Metall er en fellesbetegnelse for metalliske grunnstoffer eller legeringer av disse.
Metaller kan ha forskjellige egenskaper. Wolfram er ekstremt hardt og har et veldig høyt smeltepunkt. I motsetning er kalium veldig mykt, kan formes med hendene, og smelter ved 63,38 ℃. Kvikksølv er det eneste kjente metallet som er flytende ved romtemperatur. Metaller generelt gjenkjennes ofte ved den metalliske glansen.
En legering er en blanding av ulike grunnstoffer som oppfører seg som et metall og inneholder minst ett, men gjerne flere ulike, metalliske grunnstoffer.
Metaller i kjemien
Innen kjemien defineres et metall som et grunnstoff som lett gir fra seg elektroner og som danner metallbindinger. Denne typen binding, der elektroner holder til i en slags sky rundt kationer, gir metallene deres viktige egenskaper.
I det periodiske systemet blir metallene skilt fra ikke-metallene med ei skrå linje fra bor til polonium. Stoffene som ligger på denne linja er halvmetaller, mens stoffene nedenfor og til venstre for den er metaller. Selv om de tar opp størsteparten av den periodiske tabellen, utgjør metallene mindre enn 1/4 av stoffmengden på Jorda, og det er uvanlig å finne metaller fritt i naturen.
Jern (Fe) er et av de vanligste grunnstoffene på jorden og har vært brukt av mennesker minst 1500 år før Kristus. Jern brukes for å fremstille stål, noe som skjer ved å blande stål med rundt 2 % karbon, samt også mindre mengder av sporstoffer som vanadium. I jordskorpen forekommer jern i malmer, for det meste i form av oksider som magnetitt og hematitt. De største jernforekomster finnes i Kina, Australia, Brazil, India og Russland, men generelt er jernforekomstene i verden store.[1]
Aluminium (Al) er det metallet det er mest av i jordskorpen, i vekt utgjør det gjennomsnittlig 8 % av dens sammensetning. Det er et attraktivt metall på grunn av sin lave vekt, det er varig, mykt, leder elektrisitet og varme lett, det er enkelt å bearbeide og motstår korrosjon, samt at det er enkelt å gjenvinne. Aluminium fremstilles for det meste av bauksitt ved hjelp av elektrolyse. Det kreves rundt 15 kWh for å produsere 1 kg aluminium og spesielt land med store vannkraftressurser fremstiller aluminium (Canada og Norge). I 2012 ble det produsert 44,4 millioner tonn aluminium. Forekomstene av aluminium er meget store.[2]
Kopper (Cu) utvinnes fra malmer som inneholder rent kobber eller er bundet i oksider, sulfider og karbonater. Metallet har god elektrisk- og varmeledningsevne, det er mykt, fleksibelt og lett formbart. Halvparten av alt kobber brukes i elektriske maskiner og apparater. I 2013 ble det utvunnet 18,3 millioner tonn kopper, det meste fra åpne gruver i Chile, Kina, Peru, USA og Australia. Kobber kan enkelt gjenvinnes.[3]
Sink (Zn) finnes i jordskorpen som malmer med sulfider og karbonater, ofte samme med bly. Produksjon av sink avgir miljøskadelige stoffer som svoveldioksid og tungmetaller. Det er det fjerde mest bruket metallet i verden og brukes for å hindre rust på stålkonstruksjoner og i legeringer. Verdensproduksjonen i 2012 var 12 millioner tonn. De største produsentene er Kina, Peru Australia, India og USA.[4]
Bly (Pb) oppstår fra de radioaktive metallene uran og thorium. Bly finnes i jordskorpen i malmer i form av sulfider og karbonater. Det brukes blant annet til taktekking og i batterier. På grunn av dets giftighet har bruksområdene blitt redusert, det brukes for eksempel ikke i forbindelse med vannrør. Verdensproduksjonen i 2012 var 5,5 millioner tonn, der halvparten kom fra omsmelting av skrap. De største produsentene er Kina, Australia, USA, Peru og Mexico.[5]
Nikkel (Ni) er et hardt, men formbart sølvhvit metall. I jordskorpen forekommer det som oftest som en legering sammen med jern. Nikkel har tradisjonelt vært viktig for fremstilling av mynter og rustfritt stål. Det er også viktig ved fremstilling av legeringer som er rustfrie eller har magnetiske egenskaper. I 2012 ble det produsert 2,2 millioner tonn nikkel og de største produsentene er Filipinene, Indonesia, Russland, Australia og Canada. Nikkel blir i stor grad resirkulert.[6]
Det finnes en del andre metaller som utvinnes i mindre mengder og som har viktige roller i legeringer. Kobolt (Co), molybden (Mo), wolfram (W), titan (Ti), mangan (Mn), krom (Cr), vanadium (V), niobium (Nb) brukes i stållegeringer, ofte for å få stor styrke og motstand mot korrosjon. Andre metaller med forskjellige bruksområder er tinn (Sn) (lodding for rør og elektriske ledninger), zirkonium (Zr) (keramiske materialer i turbiner), tantal (Ta) (elektronikk), vismut (Bi) (medisin), kadmium (Cd) (batterier) og kvikksølv (Hg) (termometre og legeringer).[7]
Sjeldne metaller finnes i naturlig i små mengder, de er vanskelige å utvinne og har få bruksområder, dog er noen av bruksområdene viktige. De blir produsert i så små mengder at en måler verdensproduksjonen i tonn eller kg per år. De sjeldne metallene er scandium (Sc) (brukes i flyindustrien), gallium (Ga) (elektronikk), indium (In) (dataskjermer), hafnium (Hf) (atomreaktorer), rhenium (Re) (jetmotorer), thallium (Tl) (superledere) og technetium (Tc) (medisins bruk).[8]
Edelmetaller er kostbare og sjeldne. Disse er gull (Au) (brukes til smykker, investering og industrielle formål), sølv (Ag) (utsmykning, bestikk og industrielle formål), platina (Pt) (smykker), palladium (Pd) (elektronikk), osmium (Os) (legeringer), iridium (Ir) (tennplugger), rhodium (Rh) (smykker), ruthenium (Ru) (smykker), litium (Li) (medisin og betterier), natrium (Na) (matproduksjon, glass og papir), kalium (K) (kunstgjødsel), rubidium (Rb) (elektronikk), cesium (Cs) (elektronikk), francium (Fr) (ingen kommersielle anvendelser), magnesium (Mg) (legeringer), kalsium (Ca) (sement, gjødsel), strontium (Sr) (fyrverkeri, tannpasta), barium (Ba) (petroleumsindustri) og radium (Ra) (medisinsk bruk).[9]
Sjeldne jordarter er 15 grunnstoffer med atomnummer fra 57 til 71. De med odde atomnummer er mye sjeldnere enn de andre. En finner de sjeldne jordartene i minneraler og er vanskelige å skille ut fra mineralene de inngår i, dermed er årsproduksjonen liten. Forekomster på jorden er få, for eksempel blir holium (Ho) som blant annet brukes i maskiner for magnetresonanstomografi, omtrent bare utvunnet fra spesiell leireavsetninger i Kina. Årsproduksjonen av holium er 10 tonn. De sjeldne jordartene brukes i elektronikk og andre høyt spesieliserte industrier.[10]
Metallisk glans
Metaller oppviser en egen slags glans som er svært typisk for metaller. Årsaken til denne glansen ligger i at metaller er svært gode elektriske ledere. Det kan ses at metaller leder strøm. Når lys, som er energi i form av elektromagnetiske bølger, treffer metalloverflaten blir det indusert strømmer og magnetfelter som motsetter seg at energien trenger inn i metallet. Energien blir derfor kastet tilbake uten å bli redusert vesentlig; lyset blir reflektert. Refleksjonen følger lovene for refleksjon av bølger. Noen metaller absorberer en liten del av energien ved karakteristiske lysfrekvenser som er bestemt av metallets atomære oppbygging. Dette er opphav til forskjellige metallers forskjellige egenfarger.
Flere metaller reagerer med luftensoksygen og danner et ikke-ledende oksidsjikt som absorberer lys og kan ha en annen farge enn metallet selv. Bly kan tjene som eksempel; det kan ikke ses at bly er en elektrisk leder før sjiktet fjernes.
I avbildninger av våpenskjold gjengis ofte gull og sølv som gult og hvitt når gull og sølv er dyrere eller mer komplisert å framstille. På tøyduk slik som i flagg, brukes gult og hvitt.
I alle våpenskjold skal det være enten gull eller sølv, sammen med minst en av fargene rødt, blått, svart og grønt samt purpur som er sjelden. Til sammen kalles metallene og fargene for tinkturer. Regelen om at alle våpenskjold skal ha sølv og/eller gull, har sammenheng med at våpenskjold er kjennetegn som skal ses tydelig på avstand. Da vil gull og sølv være lyse, mens fargene er mørkere, og sammen gir dermed metall og farge en kontrastvirkning. Av denne grunn er det også en gammel, heraldisk hovedregel som sier at i våpenskjold skal det "ikke være farge på farge eller metall på metall". Stort sett blir disse reglene overholdt i våpenskjold helt fra middelalderen i alle europeiske land, selv om det finnes en del unntak, slik som gullskjeftet sølvøks i labbene til den norske løve.
Ordene gull og sølv brukes adjektivisk i fagmessige beskrivelser av våpenskjold, såkalte blasoneringer. Dette ser vi bl.a. i fastsettingene av norske kommunevåpen fra nyere tid.
