Најважније из лекције
Метали у неживој природи: Већина метала се јавља у облику минерала/руда, а само слабо реактивни (\(\text{Au, Pt, Ag, Cu}\)) као самородни. Најзаступљенији метал коре је \(\text{Al}\) (\(8\%\)), затим \(\text{Fe}\) (\(5\%\)) и \(\text{Ca}\) (\(3\%\)), док је језгро Земље изграђено од \(\text{Fe}\) (\(85\%\)) и \(\text{Ni}\) (\(15\%\)).
Метали у живим бићима: Јављају се искључиво као јони. \(\text{K}^+\) и \(\text{Mg}^{2+}\) доминирају унутар ћелија, док \(\text{Na}^+\) доминира у ванћелијским течностима где одржава притисак, запремину течности и нервну проводљивост.
Примена и легуре: Метали се из руда издвајају металуршким поступцима и често спајају у легуре (нпр. бронза = \(\text{Cu} + \text{Sn}\)) ради бољих физичко-хемијских својстава.
Метали у живим бићима: Јављају се искључиво као јони. \(\text{K}^+\) и \(\text{Mg}^{2+}\) доминирају унутар ћелија, док \(\text{Na}^+\) доминира у ванћелијским течностима где одржава притисак, запремину течности и нервну проводљивост.
Примена и легуре: Метали се из руда издвајају металуршким поступцима и често спајају у легуре (нпр. бронза = \(\text{Cu} + \text{Sn}\)) ради бољих физичко-хемијских својстава.
Већина познатих хемијских елемената у Периодном систему према својим физичким и хемијским својствима спада у метале (налазе се са леве стране, у средини и на дну таблице).
Металургија је грана индустрије, као и област науке и инжењерства, која се бави добијањем метала из руда, њиховом прерадом и проучавањем физичких и хемијских својстава метала, њихових једињења и легура.
Легуре су хомогене смеше два или више метала (или метала и неметала) које имају побољшана својства у односу на чисте метале (нпр. већу тврдоћу или отпорност на корозију).
Бронза је легура бакра (\(\text{Cu}\)) и калаја (\(\text{Sn}\)). Откриће бронзе омогућило је израду знатно чвршћег алата и оружја у односу на чист бакар.
Који метал је човечанство прво почело да добија из руде и због чега су касније развијене легуре попут бронзе?
Први метал добијен из руде био је бакар. Легуре попут бронзе развијене су зато што имају знатно боља механичка својства од чистог бакра - тврђе су, чвршће и отпорније на корозију.
У природи се већина метала налази у облику једињења (минерала), док се само слабо реактивни (племенити) метали могу наћи у елементарном (самородном) стању: злато (\(\text{Au}\)), платина (\(\text{Pt}\)), сребро (\(\text{Ag}\)) и бакар (\(\text{Cu}\)).
Минерали су природна једињења метала сталног хемијског састава (нпр. калцит \(\text{CaCO}_3\), магнетит \(\text{Fe}_3\text{O}_4\), малахит \(\text{Cu}_2\text{CO}_3(\text{OH})_2\)).
Руде су природне минералне сировине из којих се економски исплати добијати метали, а састоје се од минерала помешаних са песком, глином и стенама.
| Елемент | Масени удео у Земљиној кори (%) | Категорија |
|---|---|---|
| Кисеоник (\(\text{O}\)) | \(49\%\) | Неметал |
| Силицијум (\(\text{Si}\)) | \(26\%\) | Металоид |
| Алуминијум (\(\text{Al}\)) | \(8\%\) | Најзаступљенији метал |
| Гвожђе (\(\text{Fe}\)) | \(5\%\) | Метал |
| Калцијум (\(\text{Ca}\)) | \(3\%\) | Метал |
| Остали (\(\text{Na, K, Mg}\) итд.) | \(9\%\) | Метали и други елементи |
Језгро планете Земље чини око \(31\%\) укупне масе Земље и састоји се претежно од метала: око \(85\%\) гвожђа (\(\text{Fe}\)) и око \(15\%\) никла (\(\text{Ni}\)), што ствара магнетно поље наше планете.
Који је најзаступљенији метал у Земљиној кори, а који метал чини највећи део Земљиног језгра?
Најзаступљенији метал у Земљиној кори је алуминијум (\(\text{Al}\), око \(8\%\)), док у Земљином језгру доминира гвожђе (\(\text{Fe}\), око \(85\%\)).
Биоелементи су хемијски елементи који улазе у састав живих организама. Док неметали (\(\text{O, C, H, N, P, S}\)) граде ковалентна органска једињења, метали се у живим бићима налазе искључиво у облику јона.
Најзаступљенији јони метала у организму су: \(\text{Ca}^{2+}\), \(\text{Mg}^{2+}\), \(\text{Na}^+\) и \(\text{K}^+\).
Расподела јона метала у течностима организма:
- Унутарћелијска течност: доминирају катјони калијума (\(\text{K}^+\)) и магнезијума (\(\text{Mg}^{2+}\)).
- Ванћелијска течност (крвна плазма и ткивна течност): доминирају катјони натријума (\(\text{Na}^+\)).
Биолошка улога натријума:
- Јони \(\text{Na}^+\) успоравају излучивање воде и регулишу крвни притисак.
- Заједно са \(\text{K}^+\) јонима учествују у преносу нервних импулса и правилном раду срца.
- Соли попут натријум-хидрогенкарбоната и натријум-фосфата одржавају сталну киселост (pH) крвне плазме.
- Вишак \(\text{Na}^+\) изазива задржавање воде и висок крвни притисак, док мањак узрокује пад притиска и губитак апетита.
Метали као што су \(\text{Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Cr, Mo, Ni, V}\) налазе се у организму у веома малим количинама (олигоелементи/елементи у траговима), али су неопходни за правилно одвијање животних процеса.
У ком облику се метали налазе у живим организмима и који су главни јони метала унутар саме ћелије?
Метали се у живим организмима налазе у облику јона (катјона). Главни јони метала у унутарћелијској течности су јони калијума (\(\text{K}^+\)) и магнезијума (\(\text{Mg}^{2+}\)).
Задаци за вежбање
1. (Лаки ниво) Заокружите тачне тврдње:
а) Злато и платина се у природи најчешће налазе у облику руда и минерала.
б) Алуминијум је најзаступљенији метал у Земљиној кори.
в) У живим организмима метали граде чврсте ковалентне везе у органским молекулима.
г) Најзаступљенији јон метала у ванћелијској течности је јон натријума (\(\text{Na}^+\)).
а) Злато и платина се у природи најчешће налазе у облику руда и минерала.
б) Алуминијум је најзаступљенији метал у Земљиној кори.
в) У живим организмима метали граде чврсте ковалентне везе у органским молекулима.
г) Најзаступљенији јон метала у ванћелијској течности је јон натријума (\(\text{Na}^+\)).
Тачне тврдње су б и г.
Објашњење:
а) Нетачно - злато и платина су слабо реактивни и налазе се у елементарном (самородном) стању.
б) Тачно - \(\text{Al}\) чини око \(8\%\) масе Земљине коре.
в) Нетачно - метали се у организму налазе искључиво као јони.
г) Тачно - \(\text{Na}^+\) је главни катјон ванћелијских течности.
Објашњење:
а) Нетачно - злато и платина су слабо реактивни и налазе се у елементарном (самородном) стању.
б) Тачно - \(\text{Al}\) чини око \(8\%\) масе Земљине коре.
в) Нетачно - метали се у организму налазе искључиво као јони.
г) Тачно - \(\text{Na}^+\) је главни катјон ванћелијских течности.
2. (Средњи ниво) Објасните разлику између минерала и руде. Наведите по један пример.
Минерал је природно хемијско једињење метала строго дефинисаног хемијског састава и структуре (на пример, калцит \(\text{CaCO}_3\) или магнетит \(\text{Fe}_3\text{O}_4\)).
Руда је природна минерална стена/смеша која поред корисног минерала садржи и пратеће материјале (песак, глину, друге стене) из које је технолошки и економски исплативо екстраховати чист метал.
Руда је природна минерална стена/смеша која поред корисног минерала садржи и пратеће материјале (песак, глину, друге стене) из које је технолошки и економски исплативо екстраховати чист метал.
3. (Средњи ниво) На који начин јони натријума (\(\text{Na}^+\)) и калијума (\(\text{K}^+\)) учествују у функционисању људског организма и шта се дешава услед прекомерног уноса кухињске соли (\(\text{NaCl}\))?
Одређени однос концентрација \(\text{Na}^+\) (ван ћелије) и \(\text{K}^+\) (унутар ћелије) одговоран је за пренос нервних импулса и правилан рад срчаног мишића.
Прекомеран унос соли доводи до вишка \(\text{Na}^+\) јона, што узрокује задржавање воде у организму, повећање крвног притиска (хипертензију) и оптерећење рада бубрега.
Прекомеран унос соли доводи до вишка \(\text{Na}^+\) јона, што узрокује задржавање воде у организму, повећање крвног притиска (хипертензију) и оптерећење рада бубрега.
4. (Напредни ниво) Упоредите заступљеност и облик појављивања хемијских елемената у неживој природи (Земљина кора) и у живој природи (људски организам).
- Земљина кора: Преко \(90\%\) њене масе чине кисеоник (\(49\%\)), силицијум (\(26\%\)) и метали алуминијум (\(8\%\)), гвожђе (\(5\%\)) и калцијум (\(3\%\)). Метали су овде већином везани у неорганска једињења (минерале).
- Људски организам: Преко \(93\%\) масе чине неметали: кисеоник (\(65\%\)), угљеник (\(18\%\)) и водоник (\(10\%\)), који граде сложена органска ковалентна једињења. Метали чине мањи масени удео и присутни су искључиво као растворени јони (\(\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Na}^+, \text{K}^+\)) или као јони везани за протеинске комплексе.
