Otrzymywanie metali z tlenków metali

Metale często występują w przyrodzie w połączeniu z atomami tlenu, tworząc tlenki metali. Tysiące lat temu ludzie odkryli, jak z niektórych tlenków metali można wyodrębnić metale w czystej postaci. W pewien sposób można usunąć atomy tlenu z tlenków. Jak? Korzystając z faktu, że różne pierwiastki mają różną reaktywność z tlenem.

Oto lista niektórych metali ułożonych według łatwości wchodzenia w reakcje z tlenem: szereg reaktywności. Z tych metali największą reaktywność ma magnez, a najmniejszą srebro. Jeśli weźmiemy tlenek jednego z metali znajdujących się w dolnej części listy, na przykład miedzi, i podgrzejemy go razem z metalem położonym wyżej na liście, takim jak żelazo... Jak sądzicie, co stanie się z tlenem? Pierwiastek o mniejszej reaktywności na początku był tlenkiem.

Podczas reakcji tlen przejdzie do pierwiastka o większej reaktywności. Metal znajdujący się niżej na liście staje się czystym metalem, a z metalu o wyższej reaktywności tworzy się tlenek. Metal położony w dowolnym miejscu na liście może usunąć tlen ze wszystkich metali znajdujących się niżej od niego. Ołów może usunąć tlen z tlenku miedzi i tlenku srebra, ale z tlenku cynku już nie. Dlatego łatwiejsze jest uzyskanie metali położonych w dolnej części listy, takich jak srebro czy miedź, niż tych, które znajdują się wyżej, jak na przykład glin czy cynk.

Do listy dodamy jeszcze jeden pierwiastek: węgiel, będący niemetalem. Dlaczego na liście reaktywności metali mamy niemetal? Dlatego, że węgla - podobnie jak metali z szeregu - także można użyć do usunięcia tlenu z tlenków metali znajdujących się w dolnej części listy. Jeśli na przykład podgrzejemy tlenek żelaza z węglem, węgiel usunie tlen z tlenku żelaza i otrzymamy czyste, metaliczne żelazo. Co wtedy dzieje się z tlenem? Łączy się z węglem, tworząc dwutlenek węgla.

To wyjaśnia, dlaczego różne metale odkrywano w różnych momentach w przeszłości. Kolejność ich odkrywania jest zgodna z kolejnością w szeregu reaktywności. Srebro znano od czasów prehistorycznych, ponieważ występuje ono w przyrodzie w niemal czystej formie. Miedzi używa się od około sześciu tysięcy lat, a ołowiu od około pięciu tysięcy lat. Jeśli spojrzymy, jakie miejsce zajmują w szeregu reaktywności, wszystko stanie się jasne.

Obydwa z nich dość łatwo jest uzyskać w czystej postaci przy użyciu węgla znajdującego się w drewnie opałowym, temperatura zwykłego ognia jest wystarczająco wysoka. Mniej więcej trzy tysiące lat temu kowale odkryli, że mogą użyć węgla drzewnego - którego spalanie daje temperaturę wyższą, niż spalanie drewna opałowego - do uzyskania metalicznego żelaza z tlenków żelaza. Ten proces, zwany wytapianiem, rozpoczął epokę żelaza. Jeśli chodzi o pierwiastki umieszczone nad węglem w szeregu reaktywności, dużo trudniej jest uzyskać je z ich tlenków. Dlatego właśnie, choć w skorupie ziemskiej jest dużo glinu i magnezu, dopiero 200 lat temu, w XIX wieku, uzyskano te metale w czystej formie dzięki zastosowaniu elektryczności.

Podsumowując: jeśli wystarczająco rozgrzejemy tlenek metalu razem z pierwiastkiem o większej reaktywności w tym szeregu reaktywności, tlen połączy się pierwiastkiem o większej reaktywności. Oznacza to, że metal, który najpierw ma formę tlenku można wyodrębnić w jego czystej postaci pozbawionej tlenu.