Davriy sistemadagi elementlarning 80 % dan ortig‘i metallar. Ularning umumiy fizik xossalari — metall yaltiroqligi, elektr va issiqlik o‘tkazuvchanlik, bolg‘alanuvchanlik va plastiklik — bitta sababga ega: metall bog‘lanish. Kimyoviy jihatdan esa metallar doim qaytaruvchi: reaksiyalarda elektron berib, musbat ionga (kationga) aylanadi. Metallar insoniyat tarixining butun davrlarini belgilagan (mis, bronza, temir asrlari), bugun esa ularsiz qurilish, transport, elektrotexnika va elektronika mavjud emas. Bu mavzu metallarning umumiy xossalari, olinish usullari va korroziyadan himoyasini ko‘rib chiqadi; alohida guruhlar "Ishqoriy metallar" va "d-metallar" mavzularida batafsil berilgan.
§1. Metallarning davriy sistemadagi o‘rni va tuzilishi
Metallar davriy sistemaning chap va pastki qismida — bor–astat diagonalidan pastda va chapda joylashgan. Ularga barcha s-elementlar (H va He dan tashqari), d- va f-elementlar hamda ba’zi p-elementlar (Al, Sn, Pb, Bi va boshqalar) kiradi.
Metall atomlarining tashqi pog‘onasida odatda 1–3 elektron bor, atom radiusi katta, ionlanish energiyasi va elektromanfiyligi kichik — shuning uchun ular elektronlarini oson beradi.
Kristall panjaraning tugunlarida metall kationlari (va atomlari) joylashgan, ular orasida umumlashgan erkin elektronlar ("elektron gaz") harakatlanadi — bu metall bog‘.
Metall bog‘ yo‘nalmagan, shuning uchun atom qatlamlari bir-biriga nisbatan siljiganda bog‘ uzilmaydi — metallar bolg‘alanadi va cho‘ziladi. Erkin elektronlar elektr va issiqlikni tashiydi hamda yorug‘likni qaytaradi (yaltiroqlik).
§2. Fizik xossalari
Eng yaxshi elektr o‘tkazuvchilar: Ag > Cu > Au > Al; shuning uchun simlar mis va aluminiydan tayyorlanadi. Harorat ko‘tarilganda metallarning elektr o‘tkazuvchanligi kamayadi.
Eng yengil metall — Li, eng og‘ir (zich) — Os; eng qiyin suyuqlanuvchi — volfram (taxminan 3400 °C, cho‘g‘lanma lampa tolasi), oddiy sharoitda suyuq — simob (−39 °C da qotadi), eng qattiq — xrom, eng yumshoq — ishqoriy metallar.
Rangi: ko‘pchiligi kumushrang-kulrang, oltin sariq, mis qizil.
Texnikada qora metallar (temir va uning qotishmalari) va rangli metallar farqlanadi; zichligi bo‘yicha yengil (ρ < 5 g/sm³: Li, Na, Mg, Al, Ti) va og‘ir metallar (Fe, Cu, Pb, Hg, Au). Asl (nodir) metallar — Au, Ag, Pt — korroziyaga juda chidamli.
§3. Kimyoviy xossalari
Me⁰ − ne⁻ → Meⁿ⁺ — erkin holdagi metallar faqat qaytaruvchi
Metallarning faolligi kuchlanishlar qatoriga mos keladi: Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au.
Suv bilan: Li–Na, Ca, Ba — sovuqda ishqor va H₂ hosil qiladi (2K + 2H₂O → 2KOH + H₂); Mg — qaynoq suvda; Zn, Fe — qizdirilgan suv bug‘i bilan oksid va H₂ beradi (3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂); vodoroddan keyingilari suv bilan reaksiyaga kirishmaydi.
Kislotalar bilan: vodorodgacha bo‘lgan metallar suyultirilgan HCl va H₂SO₄ dan H₂ siqib chiqaradi; HNO₃ va kons. H₂SO₄ bilan esa H₂ emas, azot yoki oltingugurt birikmalari ajraladi.
Tuzlar eritmasi bilan: faolroq metall kamroq faolini uning tuzidan siqib chiqaradi (juda faol metallardan tashqari, ular avval suv bilan reaksiyaga kirishadi).
Amfoter metallar (Al, Zn, Be) ishqor eritmalari bilan ham vodorod ajratadi.
Misol
Mis plastinka AgNO₃ eritmasiga tushirildi, uning massasi 15,2 g ga ortdi. Necha gramm kumush ajraldi?
Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag.
1 mol Cu eriydi (−64 g), 2 mol Ag cho‘kadi (+216 g): Δm = +152 g.
15,2/152 = 0,1 mol Cu → 0,2 mol Ag = 0,2·108 = 21,6 g.
Misol
2,4 g ikki valentli metall mo‘l xlorid kislotada eritilganda 2,24 l vodorod (n.sh.) ajraldi. Metallni aniqlang.
Tabiatda faqat kam faol metallar (Au, Pt, qisman Ag, Cu) erkin holda uchraydi; qolganlari rudalar — oksidlar, sulfidlar, karbonatlar, xloridlar holida. Metall olishning mohiyati — ionlarini qaytarish: Meⁿ⁺ + ne⁻ → Me⁰.
Pirometallurgiya — yuqori haroratda qaytarish: ko‘mir yoki CO (Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂, ZnO + C → Zn + CO), vodorod (WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O), faolroq metall — alyuminotermiya (Cr₂O₃ + 2Al → 2Cr + Al₂O₃).
Gidrometallurgiya — rudani eritmaga o‘tkazib, metallni eritmadan faolroq metall bilan siqib chiqarish: CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu; oltin sianid eritmalaridan ajratiladi.
Elektrometallurgiya — eng faol metallar (Na, K, Ca, Mg, Al) suyuqlanmalar elektrolizi bilan olinadi; mis va rux eritmalar elektrolizi bilan tozalanadi.
Sulfid rudalari avval havoda kuydirilib oksidga aylantiriladi: 2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂, so‘ng qaytariladi. O‘zbekistonda Olmaliq kon-metallurgiya kombinatida mis, rux va qo‘rg‘oshin, Navoiyda oltin ishlab chiqariladi.
§5. Korroziya va qotishmalar
Korroziya — metallarning muhit ta’sirida o‘z-o‘zidan yemirilishi: kimyoviy (quruq gazlarda, yuqori haroratda) va elektrokimyoviy (elektrolit ishtirokida, galvanik juft hosil bo‘lib).
Temirning zanglashi: 4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
Himoya usullari: bo‘yoq, lak, moy qatlami; metall qoplamalar (rux — galvanizatsiya, qalay — oq tunuka, xrom, nikel); protektor himoya (faolroq metall — rux yoki magniy — biriktiriladi va o‘zi yemiriladi); ingibitorlar; zanglamaydigan po‘lat (Cr va Ni qo‘shilgan). Qotishmalar — metallning boshqa metallar yoki metallmaslar bilan suyuqlantirib olingan aralashmalari; ular toza metallardan qattiqroq va mustahkamroq bo‘ladi: po‘lat va cho‘yan (Fe + C), bronza (Cu + Sn), latun (Cu + Zn), duralyumin (Al + Cu + Mg).
Misol
Ruxlangan va qalaylangan temir tirnalsa, qaysi biri tezroq zanglaydi?
Rux temirdan faolroq → galvanik juftda rux anod bo‘lib eriydi, temir himoyalanadi.
Qalay temirdan kam faol → temir anod bo‘lib tez yemiriladi.
Javob: qalaylangan temir.
O‘zingizni tekshiring
Qaysi metall sovuq suv bilan reaksiyaga kirishadi: Fe, Ca, Cu, Zn?
5,4 g Al mo‘l HCl da eritildi. Necha litr H₂ (n.sh.) ajraladi?
Qaysi juftlikda reaksiya boradi: a) Cu + FeSO₄; b) Fe + CuSO₄; c) Ag + HCl?
Alyuminotermiyada 30,4 g Cr₂O₃ qaytarildi. Necha gramm Al kerak?
Yerdagi temir quvurni zanglashdan himoya qilish uchun qaysi metall biriktiriladi?
1,2 g Mg havoda yondirildi. Mahsulot massasi qancha?
Elektr tokini eng yaxshi o‘tkazadigan metall qaysi?
Qaysi usul bilan aluminiy olinadi: pirometallurgiya, gidrometallurgiya yoki elektroliz?
Ko‘p uchraydigan xatolar
Na yoki K CuSO₄ eritmasidan misni siqib chiqaradi deb yozish: ular suv bilan reaksiyaga kirishadi.
Plastinka massasi o‘zgarishida faqat cho‘kkan metallni hisobga olish: erigan metall ham bor.
Erkin metallar oksidlovchi ham bo‘ladi deb aytish.
Qalay qoplamani protektor deb hisoblash: qalay temirdan kam faol.
Metallarning elektr o‘tkazuvchanligi qizdirilganda ortadi deb o‘ylash: kamayadi.