Leerdoelen
•Je kunt de kenmerken van metalen op macroniveau benoemen.
•Je kunt de opbouw van een metaalrooster en de werking van een metaalbinding beschrijven.
•Je kunt de elektrische geleidbaarheid van metalen op microniveau toelichten.
•Je kunt uitleggen waarom een legering sterker is dan een zuiver metaal.
Kenmerken van metalen
Metalen bezitten de volgende unieke eigenschappen op macroniveau:
•Ze hebben een glimmend oppervlak.
•Ze geleiden warmte en elektriciteit goed.
•Ze zijn vervormbaar, vooral als ze heet zijn.
In gesmolten toestand kunnen ze gemengd worden met andere metalen om een legering te vormen, die vaak sterker is dan het zuivere metaal.
Metaalrooster en metaalbinding
Metalen zijn opgebouwd uit een metaalrooster waarin de metaalbinding een belangrijke rol speelt. In een metaalrooster bevinden zich:
•Metaalionen die gerangschikt zitten in een vast patroon.
•Vrij bewegende elektronen die afkomstig zijn van de buitenste schil van de metaalatomen.
De metaalbinding ontstaat door de elektrostatische aantrekking tussen de positieve metaalionen en de negatieve vrije elektronen. Deze vrije elektronen kunnen door het hele rooster bewegen, wat verklaart waarom metalen elektriciteit goed geleiden.
Een schematische weergave van een metaalrooster met metaalionen en vrije elektronen
Elektrische geleidbaarheid
Metalen kunnen elektrische stroom geleiden doordat de vrije elektronen zich makkelijk door het metaalrooster kunnen verplaatsen. Wanneer er spanning op een metaal wordt gezet, duwt een elektron vanuit de stroombron andere elektronen door het rooster. Hierdoor kan de stroom zich verplaatsen van het ene naar het andere uiteinde van de draad.
Vervormbaarheid van metalen
Metalen kunnen worden vervormd, vooral als ze worden verhit. Bij kamertemperatuur kost het kracht om metaalionen van elkaar te duwen, maar bij een hogere temperatuur trillen de metaalionen meer, waardoor ze makkelijker over elkaar kunnen schuiven. Dit wordt bijvoorbeeld toegepast bij smeden, waarbij ijzer eerst wordt verhit en vervolgens in de gewenste vorm wordt geslagen.
Legeringen: sterkere metalen
Een legering is een mengsel van een metaal met een ander element, vaak een ander metaal. Legeringen worden gemaakt om metalen sterker, harder of beter bestand tegen corrosie te maken. Dit gebeurt door atomen van verschillende grootte in het metaalrooster te mengen. Hierdoor kunnen de lagen minder makkelijk over elkaar schuiven, waardoor het materiaal sterker wordt.
Voorbeelden van legeringen
Legering | Samenstelling | Toepassing |
|---|---|---|
Messing | Koper (Cu) + Zink (Zn) | Bouten en moeren |
Brons | Koper (Cu) + Tin (Sn) | Kunstvoorwerpen, Vrijheidsbeeld |
Soldeer | Tin (Sn) + Lood (Pb) | Solderen van metalen |
Zilveramalgaam | Zilver (Ag) + Kwik (Hg) | Vroeger gebruikt voor tandvullingen |
Duuraluminium | Aluminium (Al) + Koper (Cu) | Vliegtuigbouw |
Roestvast staal | IJzer (Fe) + Chroom (Cr) of Nikkel (Ni) | Stalen constructies |
