Hoofdstuk 18 Nieuwe materialen
§2. Metalen en legeringen
Toepassingen van metalen
De eigenschappen van metalen bepalen hoe het wordt toegepast;
- Koper en brons: koper wordt veel gebruikt in stroomdraden, omdat het elektriciteit
goed geleidt en buigzaam is. Omdat zuiver koper erg zacht is, wordt het vaak in de
vloeibare fase gemengd met tin. Er ontstaat dan de legering brons, dat harder is.
- IJzer en staal: onedele metalen zijn goede reductoren. Ze worden wel makkelijk
aangetast door water en zuurstof (corrosie). IJzer is relatief goedkoop, omdat ijzererts
op veel plaatsen in de grond zit en het kan gemakkelijk worden gemaakt. Zuiver ijzer
is zacht, daarom wordt er vaak met koolstof een legering gemaakt. Er ontstaat dan
staal, dat veel harder is en wordt gebuikt voor bruggen en gebouwen.
- Aluminium: zeer onedel metaal dat geproduceerd wordt door elektrolyse van
gesmolten bauxiet (aliminiumerts). Omdat dit veel energie kost, is het duurder dan
ijzer. Aluminium is lichter dan ijzer en wordt niet aangetast door corrosie.
Het standaardelektrodepotentiaal bepaalt hoe edel een metaal is. Een metaal met een lage
waarde is een onedel metaal. De meeste onedele metalen moeten worden beschermd tegen
corrosie met bijvoorbeeld aluminium of chroom (die vormen een oxidelaagje).
Bouw van metalen
Het macroniveau is het niveau waarop stoffen en materialen in de praktijk worden gebruikt.
Het microniveau is het niveau van de moleculen, ionen en atomen. Het mesoniveau is het
niveau van de wijze waarop de deeltjes van het microniveau gegroepeerd zijn.
De geleidbaarheid van metalen is een eigenschap op macroniveau. Dit is te verklaren door het
microniveau: een metaal is omringd door vrij bewegende valentie-elektronen.
De buigzaamheid van metalen is een andere eigenschap op macroniveau. Op mesoniveau
vormen metalen kleine kristallen (groepjes van metaalionen). Deze roosters passen niet altijd
goed op elkaar. Deze kristalstructuur verklaart welke metalen goed gebogen kunnen worden.
Een laag positief geladen metaal ionen in het metaalrooster van een kristal verschuift bij een
kracht. De negatief geladen valentie-elektronen bewegen hier tussendoor en houden de
metaalionen op hun nieuwe plaats bij elkaar.
Roosterfouten
Zuivere metalen zijn vrij zacht. Daarom worden vaak legeringen gebruikt die minder
gemakkelijk vervormen en beschadigen. Op mesoniveau gezien zorgen deze nieuwe atomen
voor verstoringen van het metaalrooster: roosterfouten. Hierdoor wordt het verschuiven van
lagen in de metaalkristallen moeilijker.
§2. Metalen en legeringen
Toepassingen van metalen
De eigenschappen van metalen bepalen hoe het wordt toegepast;
- Koper en brons: koper wordt veel gebruikt in stroomdraden, omdat het elektriciteit
goed geleidt en buigzaam is. Omdat zuiver koper erg zacht is, wordt het vaak in de
vloeibare fase gemengd met tin. Er ontstaat dan de legering brons, dat harder is.
- IJzer en staal: onedele metalen zijn goede reductoren. Ze worden wel makkelijk
aangetast door water en zuurstof (corrosie). IJzer is relatief goedkoop, omdat ijzererts
op veel plaatsen in de grond zit en het kan gemakkelijk worden gemaakt. Zuiver ijzer
is zacht, daarom wordt er vaak met koolstof een legering gemaakt. Er ontstaat dan
staal, dat veel harder is en wordt gebuikt voor bruggen en gebouwen.
- Aluminium: zeer onedel metaal dat geproduceerd wordt door elektrolyse van
gesmolten bauxiet (aliminiumerts). Omdat dit veel energie kost, is het duurder dan
ijzer. Aluminium is lichter dan ijzer en wordt niet aangetast door corrosie.
Het standaardelektrodepotentiaal bepaalt hoe edel een metaal is. Een metaal met een lage
waarde is een onedel metaal. De meeste onedele metalen moeten worden beschermd tegen
corrosie met bijvoorbeeld aluminium of chroom (die vormen een oxidelaagje).
Bouw van metalen
Het macroniveau is het niveau waarop stoffen en materialen in de praktijk worden gebruikt.
Het microniveau is het niveau van de moleculen, ionen en atomen. Het mesoniveau is het
niveau van de wijze waarop de deeltjes van het microniveau gegroepeerd zijn.
De geleidbaarheid van metalen is een eigenschap op macroniveau. Dit is te verklaren door het
microniveau: een metaal is omringd door vrij bewegende valentie-elektronen.
De buigzaamheid van metalen is een andere eigenschap op macroniveau. Op mesoniveau
vormen metalen kleine kristallen (groepjes van metaalionen). Deze roosters passen niet altijd
goed op elkaar. Deze kristalstructuur verklaart welke metalen goed gebogen kunnen worden.
Een laag positief geladen metaal ionen in het metaalrooster van een kristal verschuift bij een
kracht. De negatief geladen valentie-elektronen bewegen hier tussendoor en houden de
metaalionen op hun nieuwe plaats bij elkaar.
Roosterfouten
Zuivere metalen zijn vrij zacht. Daarom worden vaak legeringen gebruikt die minder
gemakkelijk vervormen en beschadigen. Op mesoniveau gezien zorgen deze nieuwe atomen
voor verstoringen van het metaalrooster: roosterfouten. Hierdoor wordt het verschuiven van
lagen in de metaalkristallen moeilijker.
