3.1. Αυτοφυή μέταλλα και κράματα

Τα μέταλλα είναι στοιχεία που αποτελούνται από άτομα ίδιου τύπου και συνήθως βρίσκονται σε στερεή κατάσταση σε θερ­μοκρασία δωματίου (εκτός από τον υδράργυρο).

Στοιχείο εί­ναι μια καθαρή ουσία που αποτελείται από ένα είδος υλικού που δε μεταβάλλεται υπό την επίδραση διάφορων παραγό­ντων (π.χ. θέρμανση, ψύξη κτλ.). Τα στοιχεία που υπάρχουν στη φύση δίνονται στον περιοδικό πίνακα και το 75% αυτών είναι μέταλλα, όπως ο χρυσός, το ασήμι, ο σίδη­ρος και το ασβέστιο.

Πατήστε στην παρακάτω εικόνα και εξερευνήστε τον διαδραστικό περιοδικό πίνακα.

Φυσικά-αυτοφυή μέταλλα είναι τα μέταλλα που υπάρχουν στη γη. Για παράδειγμα, στη φύση υπάρχουν ως αυτοφυή μέταλ­λα χρυσός, ασήμι και μερικές φορές χαλκός στην καθαρή μορ­φή του.

Όμως δεν υπάρχει σίδηρος σε καθαρή μορφή (εκτός από τους μετεωρίτες, που είναι “εξωγήινα” σώματα - δείτε εδώ και εδώ). Ο σίδη­ρος στη φύση εμφανίζεται σε μορφή οξειδωμένου ορυκτού, που καλείται σιδηρομετάλλευμα. Για να παραχθεί σίδηρος, πρέπει να θερμανθεί το σιδηρομετάλλευμα-ορυκτό σε υψηλός θερμοκρασίες, ώστε να μετατραπεί σε μεταλλικό σίδηρο. Αυ­τός είναι ο λόγος που ο μεταλλικός σίδηρος είναι τόσο αστα­θής και σκουριάζει εύκολα, επειδή ακριβώς τείνει να επιστρέφει στην αρχική φυσική του κατάσταση.

Κράμα είναι το στερεό διάλυμα δύο ή περισσότερων μετάλ­λων που σχηματίζουν ένα νέο υλικό. Μερικά παραδείγματα :

• Ο χάλυβας ή ατσάλι είναι κράμα σιδήρου και άνθρακα
• Ο μπρούντζος είναι κράμα χαλκού και κασσίτερου ή αρσενι­κού
• Ο ορείχαλκος είναι κράμα χαλκού και ψευδαργύρου.

Το κράμα μίας φάσης προκύπτει, όταν δύο μέταλλα διαλύο­νται το ένα στο άλλο και σχηματίζουν σε μία και μόνη φάση ομοιόμορφο μείγμα.

• Για παράδειγμα, ο χρυσός και ο άργυρος σχηματίζουν κράμα μίας φάσης.

Κράματα δύο ή περισσότερων φάσεων προκύπτουν, όταν δύο μέταλλα δεν διαλύονται το ένα στο άλλο και διαχωρίζονται σε δύο ή περισσότερες φάσεις μετά την τήξη και την ψύξη τους.

• Για παράδειγμα, ο άρ­γυρος και ο χαλκός διαχωρί­ζονται κατά την παραγωγή πρότυπου αργυρούχου κράματος (περιεκτικότητας 92,5% σε άργυρο και 7,5% χαλκό). Αν παρατηρήσουμε τη δομή αυτού του κράματος στο μικροσκόπιο, μετά την τήξη και την ψύξη, μπορούμε να δούμε μια φάση πλούσια σε άργυρο και μια άλλη φάση πλούσια σε χαλκό.
• Ένα άλλο παράδειγμα είναι ο χυτοσίδηρος, που είναι κράμα δύο φά­σεων, σιδήρου και γραφίτη.