Utvinning av metall ur metalloxider

Metaller återfinns ofta i naturen i kombination med syreatomer, i form av metalloxider. För tusentals år sedan, upptäckte vi att det går att ta några av de här metalloxiderna, och utvinna metallen, i ren form. På något sätt går det alltså att ta bort syreatomerna från oxiderna. Hur? Vi använder det faktum att olika ämnen har olika reaktivitet med syre.

Här är en lista med några metaller, ordnade efter hur lätt de reagerar med syrgas – en reaktivitetsserie. Av de här metallerna är magnesium mest reaktiv, medan silver är minst reaktiv. Om du tar oxiden av en av metallerna längre ner i listan, som koppar … och så värmer du den tillsammans med en metall högre upp i listan, som järn … Vad tror du kommer hända med syret? Ämnet som är minst reaktivt började som en oxid. I reaktionen kommer syret gå till det ämne som är mer reaktivt. Ämnet längre ner i listan blir till ren metall, medan metallen med högre reaktivitet blir en oxid. En metall på en viss plats i listan kan ta bort syre från alla metaller under den.

Bly kan ta bort syre från kopparoxid och silveroxid, men inte från zinkoxid eller de andra ovanför den. Det gör att det är lättare att få ut metaller som är längre ner i den här listan, som silver och koppar, än från de som är högre upp i listan, som aluminium eller zink. Vi lägger till ett ämne i listan: kol – en icke-metall. Varför ska vi ha en icke-metall i en lista över metallers reaktivitet? Jo, för att precis som metallerna i listan, kan kol också användas för att avlägsna syre, från oxiderna nedanför den i listan.

Om vi hettar upp järnoxid med kol till exempel … kommer kolet ta bort syret från järnoxiden – som blir till rent metalliskt järn. Vad händer med syret? Det sätter sig på kolet, och bildar koldioxid. Det här förklarar också varför olika metaller upptäcktes vid olika tidpunkter genom historien. Ordningen de upptäcktes i, följer listan över ämnenas reaktivitet.

Silver har varit känt sedan förhistorisk tid, eftersom det går att hitta i nästan ren form i naturen. Koppar har använts i ungefär sex tusen år, och bly ungefär fem tusen år. Om du tittar på deras plats i reaktivitetsserien, ser du varför: De är båda ganska lätta att få ut i ren form, med hjälp av kolet som finns i ved – i en vanlig brasa är temperaturen tillräckligt hög. För tre tusen år sedan upptäckte man att det gick att använda träkol – som ger högre temperatur än vanlig ved – för att få ut metalliskt järn ur järnoxider. Den upptäckten var det som inledde Järnåldern.

När det gäller de ämnen som står ovanför kol i reaktivitetslistan, är det mycket svårare att utvinna dem i metallisk form. Trots att det finns massor av aluminium och magnesium i jordskorpan, dröjde det till 1800-talet – för tvåhundra år sedan – innan de metallerna kunde utvinnas i ren form, med hjälp av elektricitet. Så: om en metalloxid värms upp tillräckligt mycket, tillsammans med ett annat ämne som är mer reaktivt med syre … kommer syret bindas till det mer reaktiva ämnet. Det betyder att en metall som börjar som en oxid, kan utvinnas i sin rena, syrefria, form.