Samenvatting · Scheikunde · havo 3 Metalen, legeringen en roest

Een fietsframe, een koperen pan, een gouden ring en een roestige spijker zijn allemaal van metaal, maar ze gedragen zich heel verschillend. Na deze samenvatting ken je de eigenschappen van metalen, weet je wat een legering is, hoe roest ontstaat en hoe je metalen tegen corrosie beschermt.

Eigenschappen van metalen

De meeste metalen hebben dezelfde eigenschappen:

• glans: ze weerkaatsen licht;
• ze geleiden stroom en warmte goed;
• ze zijn taai en vervormbaar: je kunt ze buigen, walsen en tot draad trekken;
• ze zijn meestal hard en sterk en hebben een hoog smeltpunt.

Dat komt door de bouw: in een metaal liggen de atomen in een regelmatig patroon met vrij bewegende elektronen ertussen. Die elektronen geleiden stroom en warmte en houden de atomen bij elkaar.

Uitzonderingen: kwik is bij kamertemperatuur vloeibaar, en natrium is zo zacht dat je het kunt snijden.

Edele en onedele metalen

Metalen reageren niet allemaal even gemakkelijk.

Daarom komt goud als metaal in de natuur voor, terwijl ijzer als erts voorkomt: een verbinding van ijzer met zuurstof, ijzeroxide. IJzererts wordt in een hoogoven met cokes (koolstof) omgezet in ijzer:

Aluminium wordt met elektrolyse uit erts gewonnen.

Legeringen

Een legering is een mengsel van een metaal met een of meer andere stoffen, meestal andere metalen. Een legering heeft vaak betere eigenschappen dan de zuivere metalen.

Zuiver ijzer is te zacht voor de meeste toepassingen. Door er een klein beetje koolstof in te mengen, krijg je staal.

Corrosie en roest

Corrosie is het aantasten van een metaal door stoffen uit de omgeving. De corrosie van ijzer heet roest. Daarbij reageert ijzer met zuurstof tot ijzeroxide:

In werkelijkheid is roest ijzeroxide met water erin.

Voor roest is nodig:

• zuurstof (uit de lucht of opgelost in water), en
• water of vocht.

Een spijker in droge lucht of in gekookt water zonder zuurstof (met een laagje olie) roest nauwelijks. Zout (zeewater, strooizout) versnelt het roesten.

Roest is een bros laagje dat afbrokkelt. Daardoor ligt vers ijzer bloot en gaat het roesten door tot het metaal helemaal is opgevreten.

Aluminium corrodeert ook, maar vormt daarbij een dun, dicht laagje aluminiumoxide dat het metaal eronder beschermt:

Daarom roest aluminium niet door, ook al is het een onedel metaal.

Corrosie voorkomen

Bij verzinken is het zink zelf onedeler dan ijzer. Ook als de zinklaag een kras heeft, wordt eerst het zink aangetast en roest het ijzer niet. Bij een laagje van een edeler metaal, zoals nikkel, werkt dat anders: is er een kras, dan gaat het ijzer juist sneller roesten. Een laagje moet dus heel blijven.

Hergebruik van metalen

Metalen zijn goed te recyclen: je smelt het schroot om en gebruikt het opnieuw. Dat kost veel minder energie dan nieuw metaal uit erts maken, vooral bij aluminium. Daarnaast raken de ertsvoorraden niet zo snel op.

Let op

• Voor roest zijn zuurstof én water nodig: één van beide is niet genoeg.
• Roest is geen metaal meer, maar ijzeroxide, een andere stof.
• Aluminium is onedel maar beschermt zichzelf met een oxidelaag; een onedel metaal is dus niet altijd snel aangetast.
• Staal is geen zuiver metaal maar een legering van ijzer met koolstof.
• Een laagje edeler metaal beschermt alleen zolang het heel blijft.

In het kort

• Metalen glanzen, geleiden stroom en warmte en zijn vervormbaar, door de vrije elektronen.
• Edele metalen reageren nauwelijks, onedele makkelijk.
• Een legering is een mengsel van metalen of een metaal met een andere stof, bijvoorbeeld staal en brons.
• Roest ontstaat door zuurstof en water; zout versnelt het.
• Bescherming: verf, een metaallaagje, een legering of een opofferingsmetaal; recyclen bespaart energie.