Metal
Bütün kimyasal karışımları (bileşikleri) oluşturan farklı özelliklere sahip yaklaşık 108 madde vardır; element olarak adlandırılan bu maddelerin 70 kadarı metal olarak tanımlanır. Geriye kalan elementlerden yaklaşık 20’si metal özellikleri taşımaz ve bunlar ametal olarak adlandırılır; 5 element ise yarı metal, yarı ametal özelliği gösterir ve metalsiler adıyla anılır. Cıva dışındaki bütün metaller, normal sıcaklıklarda katı haldedir; bunların yüzeyi parlatıldığında ya da yeni kırıldığında parlak ya da parıltılı bir görünüm sergiler ve ışığı iyi yansıtır. Metallerin pek çoğu ısıyı ve elektriği iyi iletir. Çoğu metal, eritilip yeniden soğutulduğunda kristal biçiminde katılaşır, ama oluşan kristaller çoğu kez çıplak gözle görülemeyecek kadar küçüktür. Bu kristaller, örneğin kırılmış bir dökme demir bloğunun kırık yüzeyinde görülebilir.
Metaller, katışıksız metaller (metal elementler) ve alaşımlar (metal elementlerden oluşan karışımlar) olarak iki sınıfa ayrılabilir. Demir ve bakır katışıksız metallerdir; ama tunç (erimiş bakır ve kalay karıştırılarak yapılır) ve pirinç (erimiş bakır ve çinko karıştırılarak yapılır) alaşımdır.
Altın ve platin ile bir oranda bakır ve gümüş dışındaki metaller doğada katışıksız halde ender bulunur. Metallerin çoğu doğada cevher halinde bulunur; cevher, metallerin oksijen, kükürt ve karbon gibi başka maddelerle kimyasal olarak birleşmiş halde bulunduğu kayaç ya da toprak kütlesidir. Metali cevherinden çıkarmanın iki ana yöntemi vardır. En yaygın kullanılan yöntem, “ergitme” olarak da adlandırılan eriterek ayırma yöntemidir; bu yöntemde cevher, büyük fırınların içinde, genellikle karbon ile birlikte ısıtılarak eritilir. Ama bazen metaller elektroliz yoluyla da ayrılabilir.
Bir metalin özgül ağırlığı o metalin ağırlığını suyunkiyle karşılaştırarak tanımlamak için kullanılır. Örneğin demirin özgül ağırlığı 7,8’dir; yani demirin ağırlığı suyunkinin neredeyse 8 katıdır. En hafif metal lityum (özgül ağırlığı 0,5), en ağır metal ise osmiyumdur (özgül ağırlığı 22,5). Herhangi bir işte kullanılacak metalin seçimi, çoğunlukla özgül ağırlıklarına ve yoğunluklarına bakılarak yapılır; örneğin kurşun, terazi ağırlıklarının yapımında, alüminyum ve magnezyum alaşımları ise uçak parçalarının yapımında kullanılır.
Sarı renkli altın ve kırmızımsı bakırın dışındaki bütün metaller gümüşümsü ya da grimsidir. Bir metalin rengi, en iyi, o metalin yüzeyinde birçok kez yansımaya uğramış bir ışıkta bakıldığı zaman anlaşılır. Gümüş bir kabın ya da kaşığın parlatılmış iç yüzeyinin rengi, dış yüzeyinin renginden çok daha belirgindir.
Her metalin sabit bir erime sıcaklığı vardır. En düşük erime noktası olan metal cıvadır (—39°C); öte yandan ender bulunan bir metal olan sezyum 29°C’de erir (tereyağıyla hemen hemen aynı sıcaklıkta) ve normal koşullarda havayla temas ettiğinde derhal tutuşur. Tungsten 3.400°C’ye kadar ısıtılmadıkça erimez; onun için bu metal, elektrik ampullerindeki filaman denen ince tellerin yapımında kullanılır. Bütün metaller, yeterince yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtıldıklarında kaynar. Cıva
357°C’de kaynayıp buharlaşır, yani gaz haline gelir; bu sıcaklık aslında kurşunun erime noktasından çok yüksek değildir, ama tungsten ancak 5.930°C’de (hemen hemen Güneş’in yüzeyindeki sıcaklıkta) kaynar.
Metallerin çoğu ısıtıldığında genleşir (hacim olarak genişler), soğutulduğunda da büzülür (hacim olarak daralır). Bunun her gün karşılaşılan bir örneği, sıcaklık ölçümünde kullanılan cıvalı termometredir. Ama “invar” adıyla bilinen demir ve nikel alaşımının boyutları, sıcaklığa bağlı olarak hemen hemen hiç değişmez; bu nedenle arazi ölçümlerinde kullanılan şerit metreler bu alaşımdan yapılır.
Metal atomları katı bir yapı oluşturacak biçimde bir araya geldiklerinde, her atom sabit sayıda elektron verir ve böylece geriye artı yüklü bir iyon kalır. Metaller, elektron vererek iyon oluşturma yeteneklerine göre sıralanabilir; en kolay elektron verenler en etkin olanlardır. Bu tür bir sıralamaya etkinlik dizisi ya da elektrokimyasal dizi denir. En etkin metaller olan potasyum ve sodyum dizinin başında, en az etkin metal olan altın ise dizinin sonunda yer alır. Artı yüklü iyonlar katmanlar halinde üst üste yığılır ve böylece ortaya metal kristali çıkar. Kristaldeki katmanları bir arada tutan, atomlardan salman ve katmanlann içinde serbestçe hareket eden elektronlardan oluşan elektron bulutudur. Bu tür bir kimyasal bağa metal bağı denir. Metallerin iyi birer elektrik iletkeni olmasının nedeni de, elektronların iyon katmanları içinde serbestçe hareket edebilmeleridir. Bazı metaller elektriği öbür metallere oranla daha iyi iletir. En iyi elektrik iletkeni gümüştür. Elektrik kablolarının yapımında en çok kullanılan metal de bakırdır. Alüminyum, pek iyi bir elektrik iletkeni olmamakla birlikte çok daha hafif ve ucuz olduğundan bazen bakırın yerine kullanılır.
Metaller ısıyı da iyi iletirler; çünkü metallerde atomlar kristal yapı içinde birbirlerine çok yakın biçimde yığışmıştır ve böylece ısının iletimini sağlayan titreşimler bir atomdan öbürüne kolayca aktarılarak bütün yapı boyunca iletilir. Bir ucundan tutularak ateşe sokulan bir demir çubuk kısa sürede tutulamayacak kadar ısınır. Ama tahta saplı bir demir çubuk çok daha uzun bir süre ateşte tutulabilir; çünkü, tahta zayıf bir ısı iletkenidir.
Birkaç katışıksız metal mıknatıs haline getirilebilir. Güçlü magnetik özellikleri olan metaller yalnızca demir, nikel ve kobalttır. Ama en güçlü mıknatısların bazıları alaşımlardan yapılır. Bu tür alaşımların en iyilerinden biri olan “alniko”, kobalt ve nikel ile magnetik özellikleri bulunmayan metallerden alüminyum ve bakırın karıştırılması yoluyla elde edilir. Daha da ilgi çekici olanı, magnetik özellikleri bulunmayan metallerden manganez, alüminyum ve bakırın, belirli oranlarda karıştırıldıklarında belirgin magnetik özelliklere sahip alaşımlar oluşturmasıdır. Mıknatıslık, atomların türüne olduğu kadar, onların yerleşim düzenine de bağlıdır; bu nedenle mıknatıslık için gerekli özellikleri taşımayan bazı metaller, birleştirildiklerinde ortaya öyle bir atom yerleşme düzeni çıkar ki, alaşım yüksek magnetik özelliklere sahip olur.
Metaller sıcakken merdanelerin arasından geçirilerek ya da dövülerek istenen biçime getirilebilir. Metal, merdanelerin arasından geçirilip (buna haddeleme denir) ince levhalar haline getirildikten sonra, artık bir daha ısıtılmaya gerek kalmadan soğuk halde preslerde biçimlendirilebilir; otomobil kaportaları ya da alüminyum tencereleri bu biçimde üretilir. Bazı metaller ise, sıkıştırarak kalıptan geçirme yöntemiyle (buna bazen “ekstrüzyon” denir) belirli biçim ve kesitteki çubuklar haline getirilebilir; bu yöntemde sıcak metal diş macunu gibi sıkılarak çok sert çelikten yapılmış bir kalıbın istenen biçimdeki deliğinden dışarı çıkarılır. Tel yapmak için kalın metal çubuklar haddeden geçirilerek daha ince çubuklar haline getirilir ve daha sonra bu çubuklar tel inceliğine gelinceye kadar delikleri giderek küçülen bir dizi kalıptan çekilir.
Metallere biçim vermenin en yaygın yöntemlerinden biri dökümdür; bu yöntemde metaller eritilir ve istenen biçimdeki bir kalıba boşaltılır. Basınçlı döküm tekniğinde, erimiş metal basınç altında metal bir kalıba püskürtülür. Bir başka biçimlendirme yönteminde de, metal ya da metal karışımı, önce toz haline getirilir; bu toz, soğukken preslenerek istenen biçimde hazırlanır ve sonra sinterlenir, yani biçimi bozulmadan eritilerek toz taneciklerinin birbirine iyice yapışıp tek bir parça haline gelmesi sağlanır. Çelikten yapılmış eşyaların paslanmasını önlemek ya da görünümünü güzelleştirmek için bunların yüzeyi ince bir metal katmanıyla kaplanabilir; bunun için eşya, erimiş metal banyosunun içine daldırılır. Galvanizli saclar (ince demir levhalar) ve çit telleri, bu metallerin erimiş çinkoya daldırılması yoluyla hazırlanır. Kaplama işlemlerinde elektroliz yönteminden de yararlanılır. Elektrikli kaplama yöntemiyle üretilen ve konserve kutularının yapımında kullanılan teneke, ince bir çelik levhanın yüzeyi incecik bir kalay katmanıyla kaplanarak elde edilir.
Metallerin dayanıklılığı ve sertliği iki biçimde denetlenebilir ya da belirlenebilir; bunlardan biri alaşımlama, öbürü ise ısıl işlem uygulamasıdır. Metaller, katışıksız haldeyken genellikle yumuşak ve dayanıksızdır; bunlar başka metallerle alaşımlanarak (karıştırılarak) daha dayanıklı ve sert hale getirilebilir. Katışıksız bakır ve katışıksız kalay oldukça yumuşak maddelerdir, ama bu iki metal birlikte eritilip karıştırılırsa, çok sert ve güçlü bir alaşım olan tunç elde edilir (bak. Alaşim). Isıl işlem ise, metallerin sıcaklığını değiştirerek bunlara istenilen sertlik ve dayanıklılık özelliklerini kazandırma yöntemidir. Bu yöntemde, önce metalin sıcaklığı dikkatli bir biçimde yükseltilir; sonra suya, tuzlu suya ya da yağa daldırılarak hızla soğutulur ve böylece sertleştirilir (buna su verme denir). Metalin havada ya da denetimli bir ortamda yavaş yavaş soğutulmasına ve böylece yumuşatılmasına tavlama denir. Uygulanacak ısıl işlem metalin türüne göre değişir.
