• Like
Jordens skatte
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

Jordens skatte

  • 1,135 views
Published

Power Point om Metaller

Power Point om Metaller

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
1,135
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3

Actions

Shares
Downloads
2
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. Metaller (jordens skatte)Vi starter med brugen af metal
  • 2. Uden metaller – ingen køkkenmaskiner, surt 
  • 3. Metaller, der bruges i en PC The metals contained in PC’s commonly include aluminum, antimony, arsenic, barium, beryllium, cadmium, chromium, cobalt, copper, gallium, gold, iron, lead, manganese, mercury, palladium, platinum, selenium, silver, and zinc.
  • 4. Metal scarcity is pushing some of the worlds biggestindustries into a regular Battle Royale, as they struggle toobtain enough raw materials to continue operations. Metalsare chemical elements, and prized for their uniqueproperties; usually no synthetic replacement can bedeveloped. New Scientist magazine reports that the worldis running out of several rare metals used to form keycomponents in high-tech devices, including cell phones andsemiconductors. The article mentions that supplies ofindium, used in liquid-crystal displays, and of hafnium, acritical element for next-generation semiconductors, couldbe exhausted by 2017.
  • 5. Metal Pris kr/kg Metaller (og deres legeringer) Fe 2 Zn 7 Pb (Bly) 8 • De almindeligste brugsmetaller er jern, kobber, zink, aluminium, tin, bly Al 12 Cu 25 • Legeringer er blandinger af metaller for at opnå andre egenskaber Sn (Tin) 67 Ni 94 • Legeringer er, f.eks. stål, messing, bronze m.m. Ag 2000 • Messing er en blanding af kobber og zink Pd 36200 Au 153700 • De mest værdifulde metaller kaldes ædelmetaller, f.eks. platin, sølv og guld. Pt 175500 Priserne er fundet d. 22 okt 2008.Flere data: Disse ændres dagligt, især i en tidhttp://www.sloejd- Ag, Pd, Au og Pt er jo ganske dyre. med finanskrise! (se næste side)kbh.dk/teknik/Metal/metaller.htm De handles derfor i en mindre “ounce” som er 28,35 g
  • 6. Almindelige brugsmetaller Zin k Kobber som Gu tagbelægning ld vvs grej ledningerTin Jern Sølv MessingNatrium - eksposivt I vand Almindelige brugsmetaller – her flere eksempler på anvendelser af metaller
  • 7. Metaller (og deres egenskaber)• Gode elektriske ledere (altså strømledende)• Gode varmeledere• Reflekterer lys (metalglans)• De fleste er relativt tunge (høj massefylde).• Kan formes, bearbejdes og støbes• Ved hærdning bliver metal hårdt og uformeligt• Metalionerne sidder i et gitter• Ligner i sin opbygning salte – og dog ikke!• Metaller danner altid positive ioner – f.eks Cu++, Na+• Metaller opløses i syre og der udskilles brint – ikke de ædle metaller (til højre for H)
  • 8. Metaller (fælles og næsten fælles egenskaber) • Gode elektriske ledere (fælles metalegenskab) • Gode varmeledere (fælles metalegenskab) • Reflekterer lys (fælles metalegenskab) • De fleste er relativt tunge (gælder netop de fleste …. ). • Kan formes, bearbejdes og støbes (gælder de fleste ). DrejebænkBukkemaskine Boring Svejsning Ekstrudering (aluminium)
  • 9. Gode elektriske ledereSættes der strøm (vandrende elektroner) til et metal vil strømmen(de vandrende elektroner) blot gå gennem metallets elektrongas.Det er derfor vigtigt at forstå, hvad en ”elektrongas” er – se detefterfølgende.Man kan sige, at valenselektronerne ved et metal, der ikke lederstrøm, ”fiser tilfældigt rundt”.I et strømledende metal vil alle elektroner derimod vandre densamme vej.Se de følgende 5 dias.
  • 10. 23 Proton Neutron Elektron11 Na Et Na atom. Der er 11 protoner 12 neutroner. 11 elektroner, heraf 1 elektron i yderste skal (som er speciel interessant – kaldes valenselektron).
  • 11. En lederJeg bruger Na som eksempel, da den er let et tegne – I praksis er den ikke velegnet iledninger, da den er ret ustabil. Valenselektronerne (den yderste) hænger sammen som enelektrongas.
  • 12. En elektronpå rejse.Vi holder øje meden elektron.Elektronen kanvandre frit mellemde forskellige“tredie-skaller”.
  • 13. Elektroner pårejse. metal-ion metal-ion metal-ion metal-ionNår mange elektroner“fiser rundt” på dennemåde taler vi om enelektrongas. metal-ion metal-ion metal-ion metal-ionVi bruger ordet “gas”fordi elektronerne – påsamme måde sommolekylerne i en gas –kan bevæge sig fritrundt. metal-ion metal-ion metal-ion metal-ionVi har nu “reserveret”alle de ydersteelektroner(valenselektroner) tilelektrongassen. Detbetyder at dettilbageværende skalopfattes som enpositiv ion(metalionen)
  • 14. Elektron-gassen, nochmal.Her et profbillede, hvorelektrongassen vises medrespekt for den faktiskeelektronfordelingen,og her et, hvor elektron-gassen netop vises somen ensartet gas.Og her endeligt bogensbillede…. 17
  • 15. Metalionerne (Na+) holdes på plads af elektrongassen.Elektrongassen holdes tilsvarende på plads af metalionerne.Denne gensidige ”holden på plads” er en metalbinding.
  • 16. Saltet NaCl Sammenligning Metallet natrium Metallet er sejt ogSaltet er sprød og leder ikke strøm leder strøm Na+ ioner
  • 17. Et materiales Resistivitet er lig modstanden i ohm i en tråd, der er 1meter lang og som har tværsnitsarealet 1 mm2 og temperaturen 20°C En god leder har en lille modstand. Når du trykker på en kontakt vil elektronerne “strømme rundt i kredsløbet”. Derved afsættes en del at deres energi i lederen som varme (dog ikke i superledere). Jo mindre modstand der er i metallet (se tabellen), jo bedre en leder er metallet – og jo mindre energi afsættes I metallet. I kan se hvorfor vi bruger kobber til ledninger (bl.a. fordi kobber er næsten lige så godt som sølv, og ikke så dyrt!). Superledere, f.eks. Hg (superledende ved 4 K, dvs. -269 oC) eller Yttrium barium copper oxide, (superledende ved 77K, dvs. ved -196oC )
  • 18. Gode varmeledere. Varmelednings- koefficient (W/m · K)Når et del af metallet opvarmes vil Sølv 406metalionerne/elektronerne i dette Kobber 385område vibrere begynde at vibrere. Guld 314(… eller mere præcist: begynde at Aluminum 205vibrere kraftigere……..alle atomer, Messing 109der ikke er nedkølet til det Jern 79,5absolutte nulpunkt, vil altid vibrere lidt). Steel 50,2 Bly 34,7Elektronerne (og til dels metalionerne) vil nu sætte de Is 1,6nærliggende elektroner (og metal ioner) i vibrationer,og energien forplantes således. Beton 0,8 Glas 0,8Det ses af tabellen at metallerne er langt bedre til at Mursten, massiv 0,6lede varme, end de øvrige materialer. Vand v 0,6 Mursten, hul 0,15 Træ ca. 0,1 Asbest 0,08 Gryden har håndtag af et Fiberglass 0,04 materiale med en lav Kork 0,04 varmeledningsevne (en dermed Rockwool 0,04 en lav varmeledningskoefficient). Uld 0,04 Flamingo 0,033 Air at 0° C 0,024
  • 19. Transformeren har fået enkøleplade. Den er lavet afaluminium. Aluminiumhar en rimelig godvarmeledningsevne.”Pladen” har ribber, derskal sikre en storoverflade, så ”kølepladen”kan overføre varmen tilluften.Et andet materialevalgkunne have været kobber,men valget ersandsynligvis faldet påaluminium da dette erbilligt (kobber er dobbeltså dyrt) og let at forme(det kan estruderes).
  • 20. Varmeledningskoefficienterne,Her vist grafisk. 23
  • 21. Reflekterer lys Alle metaller har jo metalglans. Du hapser en jernstang, der er lidt gusten og uregelmæssig. Du saver stangen over, og voila, du har metalglans. Det skyldes at metalioner sidder i et regelmæssig gitter, og dermed tilsvarende kan sende lyset ”regelmæssigt” tilbage (=metalglans).
  • 22. Efter et styrt kanmetalglansen tydeligt ses.Metallet er aluminium.
  • 23. Massefylde Smeltepunkt De fleste er g/cm 3 o C relativt tunge Guld 19,3 1063 Massefylden kan findes ved: Bly 11,3 327 Sølv 10,5 961 Kobber 8,9 1083 Eller den enkle udgave:Messing 8,4 940 Du finder en centicube af det aktuelle metal, f.eks. Jern 7,8 1535 aluminium ….og vejer den!. Zink 7,1 419Aluminium 2,7 659 Du har fundet massefylden.
  • 24. MassefyldeGrundstoffernes massefylde.Her vist grafisk.
  • 25. 28
  • 26. Kan formes, bearbejdes og støbes Udgangspunktet er en alm. Jernstang, her vist ved vores metalmodel.
  • 27. Jernstangen varmes opi essen, og kanefterfølgendebearbejdes
  • 28. Jernstangen vises her med voresmetalmodel. Det ses at jernet erfleksibelt da elektrongassen blot vilændre form. Elektrongassen er”ligeglad” med om geometrien ændres.Jernet siges at være ”sejt” – det kanændre form uden at der kommer brud.
  • 29. Tilsvarende kan jernstangen bøjes. Elektrongassenindretter sig…….Endnu et eksempel på at jernet er ”sejt” (modsat ”sprødt”– se de følgende sider).
  • 30. Metaller kan også formes mere avanceret, her veddybttrækning.Et rustfri stålplade formes til en håndvask.
  • 31. Et saltkrystal (modsat et metal)Metallernes ”fleksibilitet” (se deforudgående sider) er ganske forskelligfra et saltkrystals egenskaber.Et saltkrystal er sprødt – det går let i Saltets ioner sidder i et fast gitter.stykker. Det er stabilt, men kun hvis krystallet ikke udsættes for slag. Her er tiltrækningskræfterne mellem ionerne vist.
  • 32. Saltkrystallet får et slag, og ionerneforskubber sig – og kommer derved tilat frastøde hinanden
  • 33. Saltkrystallet får et slag, og ionerneforskubber sig – og kommer dervedtil at frastøde hinanden og krystalletgår i stykker…… KNÆK ….så derfor laver man cykelstel af metaller… (KNÆK-lyden er ubehagelig)….
  • 34. Woods metal, smeltepunkt på 70 oC 50% bismuth, 26.7% bly, 13.3% tin, and 10% cadmium Stål. Kulstofindholdet i moderne stål er normalt omkring 0,50%. (varierer dog) Bronze. normalt 90% kobber og 10% tin Hvid guld – guld med nikkel/palladium.Rustfrit stål (mindst 10% krom).Bestikket her indeholder 74% Fe,18 % krom og 8 % nikkel Legeringer
  • 35. Spændingsrækken • Spændingsrækken fortæller om hvilke metaller, der afgiver elektroner til hinanden. • Dem længst til venstre afgiver lettest ioner – dvs går i opløsning.
  • 36. Et stykke magnesium og et stykke kobber puttes ned i saltsyre. Der er rigtig mange Mg++ioner, der går ud i væsken. Det gør den tilbageværende stykke magnesium meget negativ – ses ved de mange elektroner, der er tilbage. Der er nogle få Cu++ioner, der går ud i væsken. Det gør den tilbageværende stykke kobber en smule negativ – ses ved de ganske få elektroner, der er tilbage. Magnesium er mere tilbøjelig til at gå i opløsning end kobber – vi siger det er mindre ædelt. Elektronerne sidder tæt på vores stykke magnesium, og de vil gerne have lov til at strømme over til kobberet, hvor der kun er ganske få elektroner. Hvis elektronerne får lov til at strømme over til kobberet gennem ledningen så vil pæren lyse. Metal-ion. Mere præcis Mg++Elektronsky. Når metalionerne ”hopperud afmetallet” vil der være en overvægt afelektroner, og metalstykket bliver negativt.
  • 37. Et batteri. Se videoen ” Galvanic cell” på you-tube
  • 38. Metaller i opløsning• Vi har et (forholdsvis) ædelt metal i opløsning (f.eks. CuSO4). Hvis du putter et mindre ædelt metal (f.eks. jern) ned i opløsningen vil det ædle metal lægge sig som et lag (kobber i eksemplet) på det mindre ædle. Kobberionerne i opløsningen “stjæler” elektroner fra jernet, som derved bliver til jern ioner. Se………billederne• Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu• Reaktionen ses med det samme.• Ved sølvnitrat og kobber dannes frit sølv på kobberets overflade• Cu + 2AgNO3 → 2Ag + Cu(NO3)2
  • 39. • Vi har igen et (forholdsvis) ædelt metal i opløsning (CuSO 4). Du putter et mindre metal (zink) ned i opløsningen, og det ædle metal vil lægge sig som et lag på det mindre ædle.• Når kobberet har lagt sig som et lag på zinkén er der kun ganske lidt kobber tilbage I vandet, og den blå farve forsvinder.
  • 40. Uddybning af reaktionen fra forrige side
  • 41. Ved processen, der er beskrevet på Hvis vi havde tvungetde to forudgående sider, afgiver zink elektronerne til at vandre fraelektronerne til kobber uden at der zinken til kobberet gennem enfrigives elektrisk energi. Dette ledning, ja så havde viskyldes at de er i fysisk kontakt med mulighed for at indfange enhinanden. Her ses det afgørende elektrisk energisekund, hvor elektronerne overgives.
  • 42. Glas med CuSO4 (for at sammenligne farven med næste glas) CuSO4 med Fe-søm.Cu sætter sig som et lag på sømmet.Hvis glasset ”dunkes” falder Cu ned ibunden. Den blå farve er forsvundet daCu++ ionerne i CuSO4 opløsningen nu eromdannet til et Cu lag.Processen finder sted da Cu er mereædel end Fe (Cu ligger til højre for Fe påspændingsrækken, se side 51 i bogen) FeSO4 med Cu-tråd. Der sker intet, da Cu-tråden er mere ædel end Fe++ ionerne En Cu-tråd i en AgNO3-opløsning (AgNO3 = sølvnitrat). Overvej selv hvad der er sket…!
  • 43. 4 Fe + 3 O2 + 6 H2O → 4Fe(OH)3
  • 44. Rust og rustbeskyttelse• Forskellige korrosionsmiljøer = forskellige rust angreb.• Fx syre, forskellige konc. af saltvand, demineraliseret vand, kogt vand (luftboblerne er væk)• Kan også vises ved at have forskellige metaller sammen. Spændingsrækken gør sit indtog• Rustbeskyttelse: Vi lægger kobberlag ved en elektrolyse – på samme måde kan galvanisering foregå. Elektrolyse bruges også til at få metallerne til at se dyre ud – forkromning f.x. (fx kølergitter på mercedesbiler) Husk at se videoen ”Fysik til søs ”: Galvanisk tæring.