OGÓLNY PRZEGLĄD METALI

Współczesna teoria metali opiera się na prawie okresowości i na układzie okresowym pierwiastków. Jeżeli poprowadzi się przekątną od boru do astatu, to w prawej górnej części układu  okresowego  znajdą  się  niemetale (wyłączywszy pierwiastki i dodatkowych), w lewej dolnej części znajdą się metale (należą do nich również pierwiastki rodzin dodatkowych). Pierwiastki znajdujące się w pobliżu na przykład Al, Ti, Ge, Nb, Sb i inne mają charakter amfoteryczny. Aż 82 pierwiastki ze 104 są metalami.

Spośród metali sód, potas, wapń,  glin i żelazo znajdują się w I, II, III i VIII grupie układu okresowego pierwiastków. Na podstawie położenia metali w układzie okresowym można przedstawić rozmieszczenie elektronów w ich atomach (rozmieszczenie takie podaje się  na ogól w nowych wydaniach układu okresowego). Atomy większości metali zawierają na zewnętrznym poziomie energetycznym niewielką liczbę elektronów. Po jednym elektronie na zewnętrznym poziomie energetycznym ma 16 pierwiastków, po dwa - 55 pierwiastków, po trzy - cztery pierwiastki. Pallad nie  ma  ani jednego elektronu. Spośród pozostałych  jedynie Ge, Sn i Pb mają na zewnętrznym poziomie po 4 elektrony. Sb i Bi po 5 elektonów, Mo i Po - 6 elektronów. Pierwiastki te nie są typowymi metalami.

Właściwości  fizyczne  metali.

Właściwości fizyczne metali związane są ze szczególną budową ich sieci krystalicznej. Kryształy metali zbudowane są z jonów dodatnich położonych w węzłach sieci krystalicznej oraz z uwspólnionych elektronów walencyjnych (gazu elektronowego), które bezładnie poruszają się między jonami utrzymując je w bliskim położeniu. Taki rodzaj  wiązania chemicznego  nazywa  się  wiązaniem  metalicznym. W  przypadku dostatecznego zbliżenia elektronów i jonów tworzą się obojętne atomy, które natychmiast rozpadają się na jony i elektrony. Dlatego też w metalu istnieją stale naładowane jony i elektrony, jak również niewielka ilość atomów obojętnych.

Wiązanie metaliczne wykazuje pewne podobieństwo do wiązania kowalencyjnego, ponieważ ich podstawą jest zjawisko uwspólnienia elektronów walencyjnych. W przypadku wiązania kowalencyjnego uwspólnione są elektrony tylko  dwóch  sąsiednich  atomów,  podczas gdy w przypadku wiązania metalicznego w uwspółnieniu tych elektronów biorą udział wszystkie atomy. Dlatego też kryształy o wiązaniu kowalencyjnym są kruche, natomiast kryształy o wiązaniu metalicznym są plastyczne: w ostatnim przypadku możliwe jest wzajemne przesuwanie się jonów i atomów bez naruszania wiązania.

Powyższe dane pozwalają wytłumaczyć właściwości fizyczne metali. A więc fakt, że metale przewodzą prąd elektryczny, tłumaczy się obecnością w nich wolnych elektronów, które pod wpływem niewielkiej nawet różnicy potencjałów przemieszczają się od bieguna ujemnego do dodatniego.

Ze wzrostem temperatury zwiększają się drgania jonów i atomów metali; co utrudnia prostoliniowy ruch elektronów, a tym samym prowadzi do zmniejszenia przewodnictwa  elektrycznego. W  niskiej  temperaturze ruchy jonów i atomów znacznie zmniejsza się i przewodnictwo wyraźnie rośnie. Ale w pobliżu  zera bezwzględnego przewodnictwo  metali praktycznie nie występuje.

Jednym z lepszych przewodników elektryczności jest srebro, następnie w  kolejności: miedź, złoto, glin, żelazo. Obok przewodów miedzianych praktykowane są również przewody elektryczne z aluminium.

W większości przypadków w tej  samej  kolejności zmienia się także przewodnictwo cieplne metali. Uwarunkowane jest ono zarówno dużą ruchliwością elektronów swobodnych, jak też ruchem drgającym jonów i atomów dzięki czemu następuje  szybkie wyrównywanie  temperatury w masie metalu.

Ważną cechą metali jest ich plastyczność - zdolność do zmiany kształtu pod wpływem uderzenia, walcowania w cienkie płaty i wyciągania w postać drutu. Plastyczność metali zmniejsza się w następującym szeregu Au, Ag, Cu, Sn, Pb. Zn, Fe. Złoto można na przykład rozwalcowywać na arkusze o grubości nie większej niż 0,003 milimetra, które stosuje się do pozłacania różnych przedmiotów.

Gęstość metali jest różnorodna. Najlżejszy z metali lit ma gęstość 0,53 g/cm3, najcięższy osm - 22,6 g/cm3. Metale o gęstości mniejszej niż 5 g/cm3 nazywają się metalami lekkimi, pozostałe - ciężkimi.

Różnorodne są także temperatury topnienia metali. Cez i gal topią się w ręku, temperatura topnienia wolframu wynosi 3410°C. Używa się go do wyrobu włókien w żarówkach. Metale różnią się pod względem twardości. Najtwardszy z metali chrom tnie szkło, najbardziej miękkie -  potas, rubid i cez łatwo dają się kroić nożem. W  stanie  gazowym  wszystkie  metale  występują  w  postaci  atomowej.

Stopy.

Stopy powstają w wyniku mieszania stopionych metali, a następnie krzepnięcia ich. Składają się one z dwóch lub więcej liczby metali. Właściwości stopów są bardzo różnorodne. Zależą one od składu stopu i jego  budowy  wewnętrznej. Stopy  mają  na ogół temperaturę  topnienia niższą, zaś  wytrzymałość i twardość  większą niż  składniki tworzące dany stop. Na przykład stop: 40% kadmu (temp. topn. 321°C) i 60% bizmutu (temp. topn. 271°C) topi się w 144°C. Stop złota ze srebrem odznacza się bardzo dużą twardością, podczas gdy same metale są stosunkowo miękkie. Stopy wykazują mniejsze przewodnictwo elektryczne i cieplne niż metale tworzące te stopy. Duże znaczenie mają stopy na bazie żelaza i glinu. W skład niektórych stopów wchodzą niemetale, na przykład węgiel, krzem, bór i inne. Poniżej podano kilka  przykładów  stopów  szeroko  stosowanych  w  gospodarce narodowej.

Stal jest stopem żelaza z niewielką ilością węgla (do 1,7%) i z innymi dodatkami metalurgicznymi (Mn, Si, S, P). Stale specjalne zawierają w swoim składzie  do 10 różnych pierwiastków. W  porównaniu  z  czystym  żelazem odznaczają się one dużą twardością.

Żeliwo jest stopem żelaza z węglem (2%) krzemem, manganem, fosforem i  siarką. W porównaniu z czystym żelazem jest ono bardzo twarde i kruche. W technice stopy na bazie żelaza, to jest stal, żeliwo oraz samo żelazo, nazywają się metalami żelaznymi, wszystkie pozostałe metale nazywają się talami kolorowymi. Stąd pochodzi podział metalurgii zajmującej się otrzymywaniem metali z rud na metalurgię żelaza i metalurgię kolorową.

Brąz - stop miedzi z innymi pierwiastkami, głównie metalami. W zależności od składu rozróżnia się: brąz cynowy (składający się z miedzi i cyny), brąz aluminiowy (zawiera 5-11% glinu), brąz ołowiany (do 33% ołowiu), krzemowy (do 4% krzemu) i inne. Brąz stosowany jest do wyrobu części maszyn i do odlewów artystycznych.

Mosiądz - stop miedzi z cynkiem, zawiera zwykle około 65 - 70 miedzi i  35 - 30% cynku. Odznacza się wysoką plastycznością. Stosuje się go do wyrobu narzędzi, części maszyn, przedmiotów codziennego użytku.

Babbity - stopy zmniejszające tarcie, wytwarzane na bazie cyny lub ołowiu z dodatkiem antymonu, miedzi i innych metali. Stosuje się je do zalewania łożysk tocznych.

Nichrom - stop niklu (67,5%), chromu (15%), żelaza (16%) oraz manganu (1,5%). Wykazuje  dużą  oporność  elektryczną  i  wytrzymałość  termiczną dlatego też  stosuje  się go do wyrobu elektrycznych elementów grzejnych.

Lut - najbardziej topliwy stop składający się z ołowiu (37%) i cyny (63%). Temperatura topnienia 182°C.

Stop cyny (50%) i indu (50%) stosowany jest do spawania szkła i metalu.

Stopy renu z tantalem i wolframem są stopami najbardziej żaroodpornymi spośród wszystkich znanych stopów.

Pobiedit  -  stop węgla,  wolframu i kobaltu.  Pod względem twardości dorównuje diamentowi, stosuje się go do wiercenia skał górskich.

Duraluminium -  stop glinu (95%), magnezu, miedzi i manganu jest stopem bardzo lekkim i wytrzymałym. Pod względem wytrzymałości dorównuje stali, ale jest od niej 3 razy lżejszy. Stosowany jest w przemyśle lotniczym.

Stopy lekkie na bazie tytanu zachowują wytrzymałość i odporność na korozję przy podwyższonych temperaturach, ciśnieniach i prędkościach. Wytwarza się z nich poszczególne części silników odrzutowych. W technice stosuje się powyżej 5000 stopów.

Właściwości chemiczne metali. Właściwości chemiczne n_ określone są przez budowę ich atomów stosunkowo łatwo. Oddają one elektrony walencyjne i przechodzą w jony naładowane dodatnio. Dlatego metale są dobrymi reduktorami. Zdolność do redukcji jest najbardziej charakterystyczną wspólną właściwością chemiczną metali.

Metale jako reduktory będą oczywiście wstępować w reakcje z różnymi utleniaczami, wśród których mogą znaleźć się substancje proste (niemetale)  kwasy, sole metali mniej aktywnych oraz niektóre inne związki. Wszystkie metale tworzą z tlenem tlenki. Tlenki najbardziej aktywnych metali odznaczają się właściwościami zasadowymi. Ze zmniejszeniem aktywności metali  właściwości tlenków zmieniają się od zasadowych (w tlenkach tych metale wykazują najniższy stopień utlenienia), poprzez amfoteryczne  (na pośrednim stopniu utlenienia) do kwasowych  (wykazują w nich najwyższy stopień utlenienia). Chrom może występować na przykład na trzech różnych  stopniach utlenienia: +2, +3, +6.  Występując na stopniu najniższym tworzy zasadowy tlenek CrO, któremu odpowiada wodorotlenek Cr(OH)2. Chrom na stopniu utlenienia  +6 tworzy kwasowy tlenek CrO3,  któremu opowiada  kwas chromowy H2CrO4; chrom na  pośrednim stopniu utle­nienia tworzy amfoteryczny tlenek Cr2O3, któremu odpowiada wodoro­tlenek Cr(OH)3. Z przykładu tego wynika, że metale posiadające różne stopnie utlenienia mogą wykazywać zarówno właściwości metali jak też niemetali.

Metale tworzą połączenia z licznymi niemetalami. Związki z chlorowcami (halogenami) nazywają się halogenkami, z siarką - siarczkami, z azotem – azotkami, z fosforem-fosforkami, z węglem  - węglikami, z krzemem - krzemkami, z borem - borkami, z wodorem - wodorkami itd. Liczne  związki spośród wyliczonych  znalazły ważne zastosowania w nowoczesnej technice. Reakcje metali z kwasami należą do procesów typu utleniania - redukcji. .W tym przypadku utleniaczem jest jon wodoru, który przyjmuje elektron od atomu metalu.

Wszystkie metale znajdujące się w szeregu napięciowym na lewo od wodoru wypierają (redukują) wodór z rozcieńczonych kwasów typu HC1 lub H2SO4, zaś metale znajdujące się na prawo od wodoru nie wypierają go. Co prawda kwas azotowy zarówno rozcieńczony, jak i stężony reaguje z metalami inaczej, utlenia on metale nie wypierając wodoru. Produkty końcowe reakcji zależą przy tym od stężenia kwasu i aktywności metalu.

Reakcje metali z wodnymi roztworami soli metali o mniejszej aktywności i zilustrować następującym przykładem:

Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu

W tym  przypadku następuje oderwanie elektronów od atomów metalu bardziej aktywnego (Zn) i przyłączenie ich przez jony metalu o mniejszej aktywności (Cu2+). Kierując  się  szeregiem  napięciowym  można  powiedzieć,  że  każdy metal z tego szeregu wypiera (redukuje) z roztworów ich soli metale następujące po nim.

Metale aktywne reagują również z wodą, która występuje w roli utleniacza. Metale, których wodorotlenki są amfoteryczne z reguły reagują z roztworami i kwasów i zasad. Tak więc zachowanie się metali względem kwasów, roztworów soli mniej aktywnych  metali,  wody i  zasad  potwierdza  ich  podstawową  właściwość chemiczną  - zdolność do redukcji. Metale  mogą  tworzyć  związki chemiczne  między  sobą. Takie  związki tworzą zwykle typowe metale z metalami wykazującymi słabe własności metaliczne. Przykładem mogą tu być związki sodu z ołowiem: NaPb5, Na4Pb9,  NaPb, Na2Pb oraz Na4Pb. Związki jednych metali z drugimi metalami określane są wspólną nazwę związków międzymetalicznych. Wiązanie chemiczne między atomami w połączeniach międzymetalicznych jest wiązaniem metalicznym. Również pod względem  wyglądu zewnętrznego i właściwości fizycznych stanowią one substancje metalopodobne.

SZEREG NAPIĘCIOWY

Z budowy atomów metali wynika, że są one zdolne do oddawania elektronów walencyjnych podczas reakcji chemicznych. Im łatwiej atomy oddają elektrony, tym większą wykazują one aktywność chemiczną. W celu scharakteryzowania tej aktywności można posłużyć się reakcjami  wypierania.  Jeżeli płytkę żelazną zanurzy się do roztworu siarczanu miedziowego, to zachodzący proces oznacza, że żelazo wypiera miedź z jej związku, jak również, że żelazo jest metalem bardziej aktywnym niż miedź, a jego atomy łatwiej przechodzą w dodatnio naładowane jony.

Pod  względem aktywności chemicznej metale układają się w szereg,  który nazywa się szeregiem napięciowym metali.

wzrost szlachetności

-----------------------------------------------------------------------→

K Ca Al Mn Zn Fe Cd Co  Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Au

<-------------------------------------------------------------------------

spadek szlachetności

W szeregu napięciowym znajduje się także wodór, ponieważ jego atomy, podobnie jak atomy metali, łatwo tworzą dodatnie jony H+.

Ilościowej oceny aktywności metalu dokonuje się na podstawie standardowych potencjałów elektrodowych. Po  zanurzeniu  dowolnego metalu  do  roztworu  elektrolitu  na  granicy podziału metal-roztwór powstaje różnica potencjałów zwana  potencjałem elektrodowym. Przyczyny powstawania potencjału elektrodowego mogą być różne. Tak więc po zanurzeniu płytki cynkowej do roztworu soli cynku polarne cząsteczki wody działając  swymi  biegunami ujemnymi na  dodatnie jony metalu przenoszą je do roztworu. Elektrony zostają przy tym na powierzchni metalu, ładując ją ujemnie. Hydratowane jony metalu po przejściu do roztworu  przyciągane  są  przez  naładowaną  powierzchnię  płytki  i  pozostają w jej pobliżu. W wyniku tego zjawiska powstają dwie warstwy o przeciwnych ładunkach - tak zwana elektryczna warstwa podwójna. Warstwę tę można przyrównać do płaskiego mikrokondensatora, w którym rolę okładki ujemnej spełnia powierzchnia metalu, zaś rolę okładki dodatniej pełnią jony metalu znajdujące się w roztworze.

Proces przechodzenia jonów metalu do cieczy jest procesem odwracalnym. Jeżeli weźmie się płytkę z metalu mało aktywnego, na przykład z miedzi i zanurzy się ją do roztworu soli miedzi, to wówczas przeważa proces odwrotny, jony metalu będą tracić otoczkę hydratacyjną i przechodzić z roztworu do sieci krystalicznej metalu ładując płytkę dodatnio. Roztwór zaś kosztem pozostającego nadmiaru anionów ładuje się ujemnie. W rezultacie również powstanie podwójna warstwa elektryczna, a więc i określony potencjał elektrodowy. Wynika stąd, że po zanurzeniu metali do roztworów ich soli jedne z nich (mniej aktywne) ładują się dodatnio, drugie zaś (bardziej aktywne) na odwrót ładują się ujemnie. Potencjał każdej elektrody zależy od charakteru metalu, stężenia jego jonów w roztworze i od temperatury.

Wielkość potencjału poszczególnej elektrody nie da się zmierzyć w sposób bezpośredni. Dlatego potencjały elektrodowe mierzy się przez porównanie ich z potencjałem elektrody przyjętej za elektrodę porównawczą. W charak­terze takiej elektrody porównawczej używa się standardowej elektrody wodorowej, której wielkość potencjału przyjmuje się umownie za zero. Elektro­da ta składa się z płytki platynowej pokrytej czernią platynową (platyną osadzoną elektrolitycznie). Płytka jest zanurzona do 2N roztworu kwasu siarkowego i omywana jest strumieniem gazowego wodoru pod ciśnieniem l atm.

Jeżeli płytkę dowolnego metalu zanurzoną do roztworu swojej soli za­wierającego 1 gramojon metalu w 1000 g wody połączymy z elektrodą wodo­rową, to powstanie ogniwo galwaniczne, w którym łatwo można zmierzyć siłę elektromotoryczną (SEM). Ta SEM zmierzona w 25 °C nazywa się standardowym potencjałem elektrodowym danego metalu E0.

Ustawiając metale w kolejności wzrastania bezwzględnych wartości ich stan­dardowych potencjałów elektrodowych E0 otrzymuje się szereg napięciowy me­tali.

Szereg napięciowy charakteryzuje właściwości chemiczne metali. Korzysta się z niego podczas rozpatrywania kolejności rozładowania jonów na skutek elektrolizy oraz do opisu ogólnych właściwości metali. Wielkości standardo­wych potencjałów elektrodowych dają przy tym ilościową charakterystykę zdolności redukującej metali oraz zdolności utleniającej ich jonów.

Im mniejsza jest algebraiczna wartość potencjału, tym wyższa jest zdolność redukująca tego metalu i tym niższa zdolność utleniająca jego jonów. Jak wynika z tego szeregu, metaliczny lit jest najsilniejszym reduktorem,  złoto zaś jest reduktorem najsłabszym. Odwrotnie, jon złota Au3+ jest najsilniej­szym utleniaczem, jon litu zaś reduktorem najsłabszym.

Każdy metal w szeregu napięciowym wykazuje właściwość wypierania wszystkich następnych po nim metali z roztworów ich soli. Nie oznacza to jednak, że wypieranie będzie następowało absolutnie we wszystkich przy­padkach. Na przykład glin wypiera miedź z roztworu chlorku miedziowego CuCl2, nie wypiera jej jednak z roztworu siarczanu miedziowego CuSO4. Tłumaczy się to tym. że jon chlorkowy Cl- niszczy warstewkę powierzchniowa glinu, natomiast jon siarczanowy S04- nie może tego uczynić.

Bardzo często na podstawie szeregu napięciowego próbuje się napisać równania reakcji wypierania metali z roztworów wodnych, ich soli bardziej aktywnymi metalami alkalicznymi i metalami ziem alkalicznych. W tym przypadku wypieranie metalu nie następuje z tej przyczyny, że metale alka­liczne oraz metale ziem alkalicznych same reagują z wodą. Przy okazji można tu powiedzieć, że potencjały elektrodowe tych metali wyznacza się metodą pośrednią.

Wreszcie wszystkie metale o ujemnych standardowych potencjałach elektrodowych, to jest znajdujące się w szeregu przed wodorem, wypierają wodór z rozcieńczonych kwasów, których aniony nie wykazują właściwości utleniających, a przy tym rozpuszczają się w nich. Ołów na przykład prak­tycznie nie rozpuszcza się w kwasie siarkowym. Dzieje się tak dlatego, że na powierzchni ołowiu powstaje warstwa ochronna z trudno rozpuszczalnej soli PbSO4 i reakcja zatrzymuje się.

Z powyższych przykładów można wysnuć wniosek, że szeregiem napięciowym można posługiwać się bez zastrzeżeń jedynie po uwzględnieniu specy­ficznych, cech rozpatrywanych procesów. Najważniejszą rzeczą jest to, aby mieć na uwadze, że szereg napięciowy daje się zastosować jedynie do roztwo­rów wodnych i charakteryzuje aktywność chemiczną metali jedynie w reakcjach utleniania - redukcji, przebiegających w środowisku wodnym. Hydratacja jonów uzależniona od ich wymiarów i wielkości ładunku wywołuje niezgodność zmian aktywności metali w szeregu napięciowym ze zmianami ich aktywności w układzie okresowym. Na przykład aktywność litu (E°= - 3,04 V) jest nieco większa niż aktywność cezu (E°= - 3,02 V), mimo że ze względu na miejsce zajmowane przez lit w układzie okresowym aktywność ta powinna być mniejsza.

Tłumaczy się to tym, że w roztworach mamy do czynienia z jonami hydratowanymi. Wprawdzie jony Cs+ oraz Li+ mają jednakowy ładunek, jednak objętość jonu Li+ jest znacznie mniejsza (zawiera on jedynie jedną powłokę elektronową), dlatego cząsteczki wody przyciągane są do niego biegunami ujemnymi znacznie silniej niż do jonów Cs+). W rezultacie lit w porównaniu z cezem dysponuje większym ładunkiem ujemnym i ich potencjały różnią się odpowiednio między sobą. Aktywność litu i cezu względem ich jonów hydratowanych jest największa toteż stawia je to na początku szeregu napięciowego.

W szeregu napięciowym sód powinien znajdować się za wapniem: ma on większą bezwzględna wartość standardowego potencjału elektrodowego. Jeżeli weźmie się jednak pod uwagę aktywność tych metali nie w roztwo­rach (w warunkach „suchych"), to aktywność sodu jest większa niż wapnia.

Szereg napięciowy metali nie jest nazwą zupełnie dokładną. Zgodnie z tym co zostało powiedziane wyżej, szereg ten należy nazywać szeregiem standardowych potencjałów elektrodowych. Zupełnie błędne jest użycie nazwy „szereg aktywności", którą także często się spotyka.

METODY OTRZYMYWANIA METALI

Metale występują w przyrodzie zarówno w wolnej postaci (metale rodzime) jak również, i to głównie, w postaci związków chemicznych.

Metale rodzime.

 Są to metale najmniej aktywne. Typowymi ich przedsta­wicielami są złoto i platyna. Takie metale jak srebro, miedź, rtęć, cyna wys­tępują w przyrodzie zarówno w postaci rodzimej, jak też w postaci związków. Wszystkie pozostałe metale (znajdujące się w szeregu napięciowym przed cyną) występują w przyrodzie jedynie w postaci związków z innymi pier­wiastkami.

Naturalne związki metali.

Minerały i skały górskie zawierające w swoim składzie metale albo ich związki nadające się do przemysłowego otrzymywania metali nazywa się rudami. Najważniejszymi rudami metali są ich tlenki oraz sole (siarczki, siarczany, węglany) i inne. Jeżeli rudy zawierają związki dwóch lub więcej metali, to nazywają się one rudami polimetalicznymi, na przykład miedziowo-cynkowe,  ołowiowo-srebrowe i inne.

Otrzymywanie metali.

Otrzymywanie metali z rud jest zadaniem metalurgii. Metalurgia jest nauką o przemysłowych metodach otrzymywania metali z surowców naturalnych. Metalurgią nazywa się również przemysł metalurgiczny. We współczesnej metalurgii otrzymuje się ponad 75 metali oraz liczne ich stopy. W zależności od metod otrzymywania metali rozróżnia się piro-, hydro-oraz elektrometalurgię. Piro metalurgia zajmuje w metalurgii czołową pozycję. Obejmuje ona metody otrzymywania metali z rud za pomocą reakcji redukcji prowa­dzonych w wysokich temperaturach. W charakterze reduktorów stosuje się węgiel, metale aktywne, tlenek węgla, wodór, metan. Istotą tej metody jest redukcja metalu z jego tlenku. Na przykład węgiel i tlenek węgla redukują miedź z czerwonej rudy miedziowej kuprytu Cu2O. Analogicznym przykładem może być otrzymywanie żeliwa i stali z rud że­laza. W tych przypadkach, kiedy ruda jest siarczkiem metalu zamienia się ją uprzednio na tlenek drogą wypalania utleniającego (wypalanie z dos­tępem tlenu), następnie tlenek metalu redukuje się węglem. Redukcję węglem (koksem) prowadzi się wtedy, kiedy otrzymywane metale wcale nie tworzą węglików albo tworzą węgliki nietrwałe (związki z węglem). Otrzymuje się w ten sposób żelazo i liczne metale kolorowe – miedź, cynk, kadm, german, cynę, ołów i inne.

Redukcja metali i ich związków z innymi metalami, bardziej aktywnymi chemicznie, nazywa się metalotermią. Te procesy również przebiegają w podwyższonej temperaturze. W charakterze reduktorów stosuje się glin, magnez, wapń, sód oraz krzem. Jeżeli reduktorem jest glin to proces nazywa się aluminotermia.

Metodą metalotermii otrzymuje się te metale (oraz ich stopy), które podczas redukcji ich tlenków węglem tworzą węgliki. Są to mangan, chrom, tytan, molibden, wolfram i inne.

Niekiedy metale z ich tlenków redukuje się wodorem.

Hydrometalurgia obejmuje metody otrzymywania metali z roz­tworów ich soli. Metal wchodzący w skład rudy najpierw przeprowadza się do roztworu za pomocą odpowiednich reagentów, potem zaś odzyskuje się z tego roztworu. Na przykład podczas obróbki rozcieńczonym kwasem siar­kowym rudy miedzi zawierającej tlenek miedziowy CuO, miedź przechodzi do roztworu w postaci siarczanu. Następnie miedź odzyskuje się z roztworu albo drogą elektrolizy, albo poprzez wypieranie jej za pomocą żelaza. Metodą hydrometalurgiczną otrzymuje się obecnie do 25% całej wydo­bywanej miedzi. Metoda ta ma dużą przyszłość, jako że pozwala otrzymywać metale bez wydobywaniarudy na powierzchnię. Podobną metodą otrzymuje się złoto. Rudę zawierającą złoto rodzime po rozdrobnieniu traktuje się roz­tworem cyjanku potasowego KCN. Złoto przechodzi do roztworu. Z roztworu wydobywa się je metodą elektrolizy albo wypierając cynkiem metalicznym. Metodą hydrometaliczną otrzymuje się srebro, cynk. kadm, molibden, uran i inne.

 Elektrometalurgia obejmuje metody otrzymywania metali za pomocą prądu elektrycznego (elektrolizy). Tą metodą otrzymuje się głównie metale lekkie z ich stopionych tlenków albo chlorków. Przykładem może być otrzymywanie glinu z boksytu . Innym przykładem jest otrzymywanie metali sodu i potasu.

Elektrolizę wykorzystuje się również w celu oczyszczenia niektórych metali. Z oczyszczonego metalu sporządza się anodę. Podczas elektrolizy anoda rozpuszcza się, jony metalu przechodzą do roztworu, na katodzie zaś jony te osadzają się. W ten sposób otrzymuje się elektrolitycznie metale czyste: miedź, srebro, żelazo, nikiel, ołów i wiele innych.

We współczesnej technice półprzewodnikowej i atomowej niezbędne są metale o niezwykle wysokiej czystości (zawartość domieszek rzędu 10-8 i mniej procent). Najważniejszymi metodami dokładnego oczyszczania metali jest topienie strefowe, rozkład lotnych związków metali na ogrzanej powierzchni, przetapianie metali w próżni i inne. Podstawą wszystkich metod otrzymywania metali z ich związków są zatem reakcje utleniania: - redukcji. Za pomocą różnych reduktorów oraz prądu elektrycznego jon metalu z rudy przekształca się w atom. Proces odwrotny - przejście atomu w jon następuje podczas korozji metali.