Metalli

Fysikaaliset ominaisuudet

Kiinteitä metalleja pitää koossa atomien välinen metallisidos. Metallien yleensä hyvät sähkön- ja lämmönjohto-ominaisuudet perustuvat ns. vapaiden elektronien liikkeeseen. Myös metallinen kiilto on seurausta vapaista elektroneista, jotka estävät fotonien kulun metallihilan läpi.
Metallit ja metalliseokset ovat kiinteässä olomuodossa mikrorakenteeltaan yleensä kiteisiä toisin kuin esimerkiksi amorfinen lasi. Useimpien metallien kiderakenne on joko tilakeskinen kuutiollinen (body-centered cubic, BCC), pintakeskinen kuutiollinen (PKK, face-centered cubic, FCC) tai heksagonaalinen tiivispakkaus (hexagonal close-packing, HCP). Jotkin metalliseokset voivat esiintyä myös amorfisina.

Käyttö

Monet metallit ovat erittäin tärkeitä materiaaleja mitä erilaisimpien esineiden valmistamiseen. Ne tekee erityisen käyttökelpoisiksi se, että ne toisaalta ovat kovia ja kestäviä, toisaalta kuitenkin ainakin korkeissa lämpötiloissa helposti muokattavia valamalla tai takomalla. Erityisen suuri merkitys niillä on esihistoriallisista ajoista ollut aseiden ja työkalujen, nykyisin myös koneiden raaka-aineena. Niistä valmistetaan myös esimerkiksi astioita, putkia ja koruja. Myös sähkötekniikassa niillä on suuri merkitys sähkönjohtavuutensa vuoksi. Jalometallit ovat tulleet tärkeiksi myös sijoituskohteina, ja aikaisemmin ne olivat rahajärjestelmänkin perustana. Viime vuosikymmeninä muovit ovat kuitenkin osittain syrjäyttäneet metallit joistakin niiden vanhoista käyttötarkoituksista.
Metalliesineitä tehdään vain harvoin puhtaista, seostamattomista metallialkuaineista. Melkein kaikki käyttömetallit ovat kahden tai useamman metallin seoksia. Metalleista ylivoimaisesti eniten käytettyjä ovat rautaa sisältävät metalliseokset, joista tärkeimpiä ovat teräs ja valurauta. Rautaa käytetään maailmassa enemmän kuin kaikkia muita metalleja yhteensä. Muista metalleista tärkeimpiä ovat alumiini ja kupari.

Metallurgiset valmistusprosessit

Metallurgia käsittelee metallien valmistustekniikoita ja käyttöominaisuuksia.
Metalleja esiintyy vain harvoin luonnossa vapaina alkuaineina. Niitä runsaasti sisältävät mineraalit eli malmit ovat usein metallioksideja tai -sulfideja. Niistä valmistetaan metalleja sopivien pelkistimien avulla, joitakin myös elektrolyyttisesti. Malmeja louhitaan kaivoksista.

Metallinkäsittelytaidon kehitys

Metallinkäsittely keksittiin mahdollisesti Lähi-idässä. Ensimmäinen muokattu metalli oli kulta, joka esiintyy luonnossa metallisena. Kuparia opittiin valmistamaan sulattamalla kuparipitoista malmia, valamaan sitä muotteihin. Kuparista tehtiin muun muassa vasarakirveitä. Niiden malli kopioitiin pohjolan kivisiin vasarakirveisiin. Kuparia myös taottiin kuumana. Kupariin opittiin sekoittamaan tinaa ja sinkkiä, jolloin syntyi kuparia huomattavasti lujempi ja kovempi pronssi. Näin keksitty, aikaisempia tunnettuja teknisesti käyttökelpoisempi lejeerinki antoi nimen kokonaiselle historialliselle aikakaudelle, pronssikaudelle. Rautaa alettiin yleisesti käyttää vasta muutamia tuhansia vuosia myöhemmin, jolloin alkoi rautakausi.

Fysiologinen merkitys

Jotkin metallialkuaineet kuten magnesium, kalium ja rauta ovat ihmiselle tärkeitä kivennäis- tai hivenaineita, joita on saatava ravinnosta. Ravinnossa ne esiintyvät erilaisina yhdisteinä, yleensä ioneina.
Toisaalta monet metallit ja niiden yhdisteet ovat myrkyllisiä. Myrkyllisistä raskasmetalleista huomattavimpia ovat lyijy, elohopea ja kadmium

Tähtitieteessä

Tähtitieteessä ja astrofysiikassa, esimerkiksi puhuttaessa tähden metallipitoisuudesta, metallilla usein tarkoitetaan kaikkia muita alkuaineita paitsi vetyä ja heliumia.
Tämä jako perustuu siihen käsitykseen, että vety, helium ja vähäinen määrä litiumia olivat ensimmäiset alkuräjähdyksen synnyttämät alkuaineet, ja edelleenkin tähdissä on vetyä ja heliumia monin verroin enemmän kuin kaikkia muita alkuaineita yhteensä. Raskaammat alkuaineet ovat syntyneet myöhemmin tähtien sisäisissä fuusioreaktioissa tai supernovissa.