Winkler Prins

Anthony Winkler Prins (1870)

Gepubliceerd op 09-08-2018

Metalen

betekenis & definitie

Metalen zijn enkelvoudige ligchamen (elementen), die warmte en electriciteit goed geleiden, een eigenaardigen glans bezitten en in staat zijn de waterstofzuren te vervangen, zoodat er zouten ontstaan. Men verdeelde te voren de enkelvoudige ligchamen in metalen en niet-metalen, en hoewel deze verdeeling steunt op zeer onzekere verschillen, dewijl zij niet voldoende rekening houdt met de scheikundige eigenschappen dier ligchamen, wordt zij dikwijls behouden. Behalve de metalen, die in het dagelijksche leven als zoodanig bekend zijn, rekent men tot deze afdeeling van elementen nog een groot getal andere, zoodat het aantal nu bekende 49 bedraagt. Naar hun soortelijk gewicht worden zij verdeeld in lichte en zware metalen; doelmatiger is eene rangschikking in groepen naar de scheikundige eigenschappen.

Zulk eene indeeling is de volgende: 1. alkali-metalen (lithium, natrium, kalium, rubidium, calsium); 2. aardalkali-metalen (calcium, strontium, baryum); 3. metalen van magnesiumgroep (beryllium, magnesium, zink, cadmium); 4. metalen van aarden (aluminium, indium, gallium, cerium, lanthanium, didymium, yttrium, erbium); 5. metalen der ijzergroep (mangaan, ijzer, nikkel, kobalt); 6. metalen der chroomgroep (chromium, molybdaenium, wolframium, uranium); 7. metalen van de tingroep (tin, titanium, zirkonium, thorium) , 8. metalen der stikstofgroep (antimonium, bismuth, vanadium, niobium, tantalium); 9. metalen der loodgroep (lood, thallium); 10. metalen der kopergroep (koper, kwikzilver, zilver); 11. platina-metalen (goud, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platina). De 6de, 7de, 8ste en 10de groep, naderen in velerlei opzichten tot de metalloïden (zie aldaar). De metalen, wier oxyden door verhitting gereduceerd worden, noemt men edele, de andere onedele.

Alle metalen, met uitzondering van kwik, zijn bij een gewonen warmtegraad vast en vormen ook nagenoeg uitsluitend vaste verbindingen. zij hebben op hunne effene oppervlakte een sterken glans en kaatsen het licht met kracht terug. Hunne kleur is meestal grijsachtig wit. Goud is in een fijn verdeelden toestand bruingeel, koper geelachtig rood en zilver nagenoeg wit. Alle metalen zijn kristalliseerbaar, — de meeste in het tesserale stelsel. Sommige metalen kristalliséren zeer gemakkelijk, zooals bismuth, antimonium en zink, bij andere vertoont zich de kristallijne bouw eerst bij het uitbijten (etsen). Hunne hardheid bedraagt, die van lood = 1 stellende, als volgt: tin 1,7, — bismuth 3,3, — cadmium 6,9, — goud 10,7, — zink 11,7, —zilver 13,3, — aluminium 17,3, — koper 19,3, — smeedijzer 60,7, — en grijs gietijzer 64. Metalen, die zich onderscheiden door een volkomen kristallijnen bouw, zijn zeer broos en kunnen ligt tot poeder gebragt worden. Andere zijn zeer smeedbaar en in het algemeen neemt de smeedbaarheid toe met de warmte.

Niettemin is zink bij gewone temperatuur zeer breekbaar, bij 100° C. smeedbaar en bij 200° C. broos. De smeedbare metalen zijn plet- en rekbaar; zij worden bij het hameren, pletten en uitrekken digter, harder, veerkrachtiger, en ten laatste zeer broos. Door gloeijing komen zij echter weder in den voormaligen toestand. De rekbaarheid is niet altijd evenredig aan de pletbaarheid. Volgens eene tabel van Girardin bekleeden de metalen de volgende rangen (het eerste den hoogsten) als hamerbaar: lood, tin, goud, zink, zilver, aluminium, koper, platina en ijzer, — als pletbaar: goud, zilver, aluminium, koper, tin, lood, zink, platina, ijzer, nikkel en palladium, — en als rekbaar: platina, zilver, ijzer, koper, goud, aluminium, nikkel, palladium, zink, tin en lood. De vastheid is bij de metalen vrij wel evenredig aan de hardheid. Smeedbare metalen kan men wellen, — stukken kalium vereenigen zich bij eene geringe drukking, en fijn verdeeld platina, koper en lood worden door sterke drukking in eene digte massa veranderd.

Het soortelijk gewigt der ligte metalen is voor lithium 0,59, — kalium 0,86, — natrium 0,97, — rubidium 1,52, — calcium 1,56, — magnesium 1,74, — beryllium 2,10, — strontium 2,50, — aluminium 2,56, — baryum 4, — zirconium 4,15; —der zware voor cerium 6,62, — niobium 6,27, —antimonium 6,71, — chromium 6,80, — zink 6,86, — manganium 6,14, — tin 7,30, — indium 7,36, — thorium 7,73,— ijzer 7,84, — nikkel 8,28, — molybdaenium 8,60, — cadmium 8,60, — koper 8,80 — kobalt 8,96, — bismuth 9,80, — zilver 10,50, — tantalium 10,78, — ruthenium 11, — lood 11,35, — palladium 11,40, — thallium 31,86, — rhodium 12, — kwik 13,54, — wolframium 16,64, — uranium 18,40, — goud 19,50; — iridium 21,15, — osmium 21,30, — en platina 21,40.

Stelt men het warmtegeleidend vermogen van zilver = 100, dan bedraagt dat der overige metalen, volgens Calvert en Johnson: goud 98,1, — koper 84,5, — kwik 67,7, — aluminium 66,5, — zink 64,1, — cadmium 57,7, — ijzer 43,6, — tin 42,2, —platina 37,9, — lood 28,7, — en bismuth 6,1. Omstandigheden echter, die den moleculairen bouw veranderen, wijzigen tevens het geleidend vermogen voor de warmte, en dit laatste is waarschijnlijk evenredig aan het geleidend vermogen voor de electriciteit.

De smeltpunten zijn alleen voor de ligt smeltbare metalen naauwkeurig genoeg bepaald, dewijl onze werktuigen tot nog toe niet geschikt zijn om de hoogere temperaturen aan te wijzen. Het smeltpunt van kwik is — 40° C., — van kalium 62,5°, — van natrium 95°, — van indium 176°, — van tin 235°, — van bismuth 270°, — van cadmium 320°, — van lood 332°, — van zink 412°, — van antimonium 425°, — van zilver 1000°, — van goud 1037°, — van koper 1090°, — van wit gietijzer 1400—1500°, — van grijs gietijzer 1500— 1600°, — en van smeedijzer 2000°. Nog moeijelijker smeltbaar zijn chromium, platina en iridium. Bij eene voldoende warmte worden alle metalen dampvormig; maar slechts kwik, kalium, natrium, cadmium en arsenium zijn vlugtig genoeg om gedestilleerd te kunnen worden. De metalen vereenigen zich onderling tot legéringen, die het voorkomen van metalen behouden. Alle metalen verbinden zich met zuurstof — de meeste in verschillende verhoudingen. Bij gewone temperatuur oxydeert geen metaal in drooge lucht, maar alle bij verwarming, met uitzondering van goud, platina, iridium, rhodium, palladium en zilver, daar deze slechts in bepaalde omstandigheden zich met zuurstof verbinden. Gewoonlijk beveiligt de oxydelaag der oppervlakte het metaal tegen eene verdere oxydatie.

Onderscheidene metalen ontleden het water door zich met zijne zuurstof te vereenigen, en sommige doen dit reeds bij een gewonen warmtegraad (kalium, natrium enz.), terwijl andere eerst bij hoogere temperatuur daartoe overgaan. Vele metalen, die bij een gewonen warmtegraad het water ongedeerd later, ontleden toch verdunde zuren, zoodat er onder ontwikkeling van waterstof een zout ontstaat (ijzer, manganium, zink enz.), — andere door toevoeging eener alkalische basis (aluminium, antimonium enz.). In vochtige lucht blijven kwik, goud, zilver, platina en de overige platina-metalen ongerept en ontleenen aan die eigenschap den naam van edele metalen. Zink, lood en koper worden daarin bedekt met eene zich vast aan de oppervlakte hechtende, beveiligende oxydelaag, terwijl het ijzer daardoor allengs geheel weggevreten wordt (roest). Zeer fijn verdeelde metalen oxydéren wel eens in de opene lucht onder vurige verschijnselen. Het koolzuur der vochtige lucht bevordert de oxydatie evenzeer als de dampen van andere zuren, en het ammoniak bij vele metalen (bijv. bij koper) desgelijks. Salpeterzuur wordt door de meeste metalen ontleed; het metaal vormt met een gedeelte een salpeterzuur zout onder vrij worden van waterstof, welke laatste terstond aan een ander deel van het zuur een gedeelte der zuurstof onttrekt. Deze salpeterzure zouten laten bij verwarming een oxyde achter. Eenige metalen, zooals antimonium en zink, geven met salpeterzuur slechts een oxyde of hydroxyde.

Geconcentreerd zwavelzuur vormt met eenige metalen zwavelzure zouten, terwijl een gedeelte van het zuur gereduceerd wordt tot zwavelig zuur. Bijna alle metalen vormen met zuurstof en waterstof basische oxyden (hydroxyden), welke door verwijdering van water in basische anhydriden (oxyden) veranderd worden en met zuren meestal kristalliseerbare zouten vormen. De basische anhydriden der ligte metalen zijn kleurloos, doch die der zware metalen gewoonlijk eigenaardig gekleurd. Vele hydroxyden gedragen zich jegens sterke zuren als bases, en jegens sterke bases als zuren (aluminium, zink). Eenige zware metalen echter vormen met zuurstof en waterstof alleen of hoofdzakelijk zuren (titanium, molybdaenium, enz.), en andere als lagere oxydatietrappen ook bases (ijzer, chromium, antimonium, tin enz.). Lagere oxydatietrappen der metalen verandert men in hoogere door hen in de lucht te verwarmen, door eene behandeling met salpeterzuur, smeltenden salpeter, chloor en chloorzuur, en door ze te gloeijen met alkaliën. Hoogere oxydatietrappen worden daarentegen tot lagere gebragt door zwavelig zuur, zwavelwaterstof, kool, waterstof enz. De oxyden der edele metalen worden reeds gereduceerd door verwarming, en die der overige door kool, kooloxyde, waterstof en koolwaterstof. Uit metaalzoutoplossingen worden vele metalen door andere metalen neergeslagen; ook worden metaalverbindingen gereduceerd door een electrischen stroom.

Alle metalen verbinden zich met zwavel en met de haloïden. Borium, kiezel en koolstof verbinden zich niet gemakkelijk met metalen, en nog moeijelijker is het, deze verbindingen, die zich vaak slechts weinig van de metalen zei ven onderscheiden, zuiver te bekomen. De stikstofverbindingen der metalen zijn zeer verschillend, — nu eens bestendig en metaalglanzend, somtijds ontploffend. Waterstof verbindt zich niet regtstreeks en slechts met de metalen; zij vormt met weinige eene gasvormige verbinding. Onderscheidene metalen nemen aanmerkelijke hoeveelheden waterstof op, zonder het voorkomen van metaal te verliezen; vooral zijn platina, palladium en ijzer voor waterstof toegankelijk. Gloeijend ijzer kan men ook van kooloxyde doordringen, terwiji dit gas, evenals koolzuur en zuurstof, desgelijks door andere metalen opgenomen wordt.

Men vindt de metalen in de natuur zelden in gedegen toestand, hoofdzakelijk alleen zulke, die slechts weinig verwantschap met zuurstof betoonen. Doch ook deze komen slechts gedeeltelijk voor in dien staat, en dan nog meestal met andere metalen gelégeerd (goud met zilver, platina met palladium, iridium en rhodium). Goud en vooral koper vindt men gedegen en wei eens in groote klompen. Voor ’t overige ontdekt men in de natuur de metalen meestal in ertsen, namelijk verbonden met zuurstof, zwavel, tellurium, arsenicum en antimonium. Uit de ertsen verkrijgt men het metaal op zeer verschillende wijzen, te weten: langs mechanischen weg, door het wasschen van goudzand en van goudbevattend zwavelkies, — door uitsmelting, zooals bismuth uit nikkel- en kobalterts, of door destillatie, bijv. bij kwik, — door reductie van metaaloxyden bij een verhoogden warmtegraad met kool, zooals lood uit looderts, tin uit tinerts, koper uit malachiet en lazuur, ijzer uit ijzererts, nikkel uit nikkeloxyde, zink uit galmei enz., — door ontleding van zwavelverbindingen door middel van de zuurstof der lucht, zooals kwik en goud uit hunne zwavel verbindingen, of door andere metalen, bijv. ontleding van zwavelzilver, zwavellood, enz. door ijzer, — door uittrekken met lood en door afdrijving van het zilverhoudend lood, — door uittrekken met kwik en verhitting van het amalgama om het kwik te doen verdampen, zooals goud en zilver, — door het oplossen en neêrslaan met andere metalen, zooals zilver uit eene oplossing van zilvervitriool of uit eene zilverhoudende oplossing van keukenzout door koper, van eene koperoplossing met ijzer, of met reducérende zelfstandigheden, zooals goud uit chloorgoud door ijzervitriool, — en door ontleding van vaste chloormetalen door andere metalen, zooals chioorzilver door ijzer of zink.