Den moderne mand er omgivet af forskellige metaller i sit daglige liv. De fleste af de varer, vi bruger, indeholder disse kemikalier. Det hele skete, fordi folk fandt en række forskellige måder at skaffe metaller på.
Hvad er metaller
Uorganisk kemi beskæftiger sig med disse værdifulde stoffer for mennesker. At opnå metaller giver en person mulighed for at skabe mere og mere perfekt teknologi, der forbedrer vores liv. Hvad er de? Før du overvejer de generelle metoder til at opnå metaller, er det nødvendigt at forstå, hvad de er. Metaller er en gruppe kemiske grundstoffer i form af simple stoffer med karakteristiske egenskaber:
• termisk og elektrisk ledningsevne;
• høj duktilitet;
• glitter.
En person kan nemt skelne dem fra andre stoffer. Et karakteristisk træk ved alle metaller er tilstedeværelsen af en speciel glans. Det opnås ved at reflektere indfaldende lysstråler på en overflade, der ikke transmitterer dem. Glans er en fælles egenskab for alle metaller, men den er mest udt alt i sølv.
TilTil dato har forskere opdaget 96 sådanne kemiske elementer, selvom ikke alle af dem er anerkendt af officiel videnskab. De er opdelt i grupper afhængigt af deres karakteristiske egenskaber. Følgende metaller er isoleret på denne måde:
• alkalisk – 6;
• alkalisk jord – 6;
• overgangsperiode – 38;
• lys – 11;
• halvmetaller – 7;
• Lanthanider – 14;
• aktinider – 14.
Opnåelse af metaller
For at lave en legering skal du først få metal fra naturlig malm. Native elementer er de stoffer, der findes i naturen i en fri tilstand. Disse omfatter platin, guld, tin, kviksølv. De adskilles fra urenheder mekanisk eller ved hjælp af kemiske reagenser.
Andre metaller udvindes ved at behandle deres forbindelser. De findes i forskellige fossiler. Malme er mineraler og sten, som omfatter metalforbindelser i form af oxider, carbonater eller sulfider. For at opnå dem bruges kemisk behandling.
Metoder til at opnå metaller:
• reduktion af oxider med kul;
• at få blik fra bliksten;
• smeltning af jernmalm;
• afbrænding af svovlforbindelser i specielle ovne.
For at lette udvindingen af metaller fra malmbjergarter tilsættes forskellige stoffer kaldet flusmidler til dem. De hjælper med at fjerne uønskede urenheder såsom ler, kalksten, sand. Som et resultat af denne proces opnås smeltelige forbindelser,kaldet slagg.
I nærvær af en betydelig mængde urenheder beriges malmen før smeltning af metallet ved at fjerne en stor del af de unødvendige komponenter. De mest udbredte metoder til denne behandling er flotation, magnetisk og tyngdekraft.
Alkalimetaller
Masseproduktion af alkalimetaller er en mere kompleks proces. Dette skyldes det faktum, at de kun findes i naturen i form af kemiske forbindelser. Da de er reduktionsmidler, er deres produktion ledsaget af høje energiomkostninger. Der er flere måder at udvinde alkalimetaller på:
• Lithium kan opnås ud fra dets oxid i et vakuum eller ved elektrolyse af en smelte af dets chlorid, dannet under behandlingen af spodumen.
• Natrium udvindes ved at kalcinere sodavand med kul i tæt lukkede digler eller ved elektrolyse af en chloridsmelte med tilsætning af calcium. Den første metode er den mest tidskrævende.
• Kalium opnås ved elektrolyse af en smelte af dets s alte eller ved at lede natriumdamp gennem dets chlorid. Det dannes også ved vekselvirkning mellem smeltet kaliumhydroxid og flydende natrium ved en temperatur på 440 °C.
• Cæsium og rubidium udvindes ved at reducere deres chlorider med calcium ved 700–800 °C eller zirconium ved 650 °C. At opnå alkalimetaller på denne måde er ekstremt energikrævende og dyrt.
Forskelle mellem metaller og legeringer
En grundlæggende klar grænse mellem metaller og deres legeringer eksisterer praktisk t alt ikke, da selv de reneste, enkleste stoffer haren vis mængde urenheder. Så hvad er forskellen mellem dem? Næsten alle metaller, der anvendes i industrien og i andre sektorer af den nationale økonomi, bruges i form af legeringer, der opnås målrettet ved at tilføje andre komponenter til det kemiske hovedelement.
legeringer
Teknologi har brug for en række forskellige metalmaterialer. Samtidig bruges rene kemiske elementer praktisk t alt ikke, da de ikke har de egenskaber, der er nødvendige for mennesker. Til vores behov har vi opfundet forskellige måder at opnå legeringer på. Dette udtryk refererer til et makroskopisk homogent materiale, der består af 2 eller flere kemiske elementer. I dette tilfælde dominerer metalkomponenter i legeringen. Dette stof har sin egen struktur. I legeringer skelnes følgende komponenter:
• base bestående af et eller flere metaller;
• små tilføjelser af modificerende og legeringselementer;
• ikke-fjernede urenheder (teknologiske, naturlige, tilfældige).
Metallegeringer er det vigtigste strukturelle materiale. Inden for teknologi er der mere end 5000 af dem.
Typer af legeringer
På trods af så mange forskellige legeringer er legeringer baseret på jern og aluminium af største betydning for mennesker. De er de mest almindelige i hverdagen. Legeringstyperne er forskellige. Desuden er de opdelt efter flere kriterier. Så forskellige metoder til fremstilling af legeringer bruges. Ifølge dette kriterium er de opdelt i:
• Cast, somopnået ved smeltekrystallisation af blandede komponenter.
• Pulver, fremstillet ved at presse en blanding af pulvere og derefter sintre ved høj temperatur. Desuden er komponenterne i sådanne legeringer ofte ikke kun simple kemiske elementer, men også deres forskellige forbindelser, såsom titanium eller wolframcarbider i hårde legeringer. Deres tilføjelse i visse mængder ændrer egenskaberne af metalliske materialer.
Metoder til at opnå legeringer i form af et færdigt produkt eller emne er opdelt i:
• støberi (silumin, støbejern);
• smedede (stål);
• pulver (titanium, wolfram).
Typer af legeringer
Metoder til at opnå metaller er forskellige, mens de materialer, der fremstilles takket være dem, har forskellige egenskaber. I fast aggregeringstilstand er legeringer:
• Homogen (ensartet), bestående af krystaller af samme type. De omtales ofte som enfasede.
• Heterogen (heterogen), kaldet multifase. Når de er opnået, tages en fast opløsning (matrixfase) som basis for legeringen. Sammensætningen af heterogene stoffer af denne type afhænger af sammensætningen af dets kemiske elementer. Sådanne legeringer kan indeholde følgende komponenter: faste opløsninger af interstitiel og substitution, kemiske forbindelser (carbider, intermetallider, nitrider), krystallitter af simple stoffer.
legeringsejendomme
Uanset hvilke metoder til at opnå metaller og legeringer der anvendes, er deres egenskaber fuldstændigt bestemt af det krystallinskefasestruktur og mikrostruktur af disse materialer. Hver af dem er forskellige. De makroskopiske egenskaber af legeringer afhænger af deres mikrostruktur. Under alle omstændigheder adskiller de sig fra egenskaberne af deres faser, som udelukkende afhænger af materialets krystalstruktur. Den makroskopiske homogenitet af heterogene (flerfasede) legeringer opnås som et resultat af en ensartet fordeling af faser i metalmatrixen.
Den vigtigste egenskab ved legeringer er svejsbarhed. Ellers er de identiske med metaller. Så legeringer har termisk og elektrisk ledningsevne, duktilitet og reflektivitet (glans).
Sorts af legeringer
Forskellige metoder til at opnå legeringer har gjort det muligt for mennesket at opfinde et stort antal metalliske materialer med forskellige egenskaber og egenskaber. I henhold til deres formål er de opdelt i følgende grupper:
• Strukturel (stål, duralumin, støbejern). Denne gruppe omfatter også legeringer med særlige egenskaber. Så de er kendetegnet ved iboende sikkerhed eller anti-friktionsegenskaber. Disse omfatter messing og bronze.
• Til hældning af lejer (babbit).
• Til elektrisk opvarmning og måleudstyr (nichrom, manganin).
• Til produktion af skærende værktøjer (win).
I produktionen bruger folk også andre typer metalmaterialer, såsom smeltelige, varmebestandige, korrosionsbestandige og amorfe legeringer. Magneter og termoelektriske stoffer (telurider og selenider af vismut, bly, antimon og andre) er også meget brugt.
Jernlegeringer
Næsten alt det jern, der smeltes på Jorden, er rettet mod produktionen af simple og legerede stål. Det bruges også til fremstilling af jern. Jernlegeringer har vundet deres popularitet på grund af det faktum, at de har egenskaber, der er gavnlige for mennesker. De blev opnået ved at tilføje forskellige komponenter til et simpelt kemisk element. Så på trods af, at forskellige jernlegeringer er lavet på basis af et stof, har stål og støbejern forskellige egenskaber. Som et resultat finder de en række forskellige anvendelser. De fleste stål er hårdere end støbejern. Forskellige metoder til at opnå disse metaller giver dig mulighed for at opnå forskellige kvaliteter (mærker) af disse jernlegeringer.
Forbedre legeringsegenskaber
Ved at sammensmelte visse metaller og andre kemiske elementer kan materialer med forbedrede egenskaber opnås. For eksempel er flydespændingen for rent aluminium 35 MPa. Når man opnår en legering af dette metal med kobber (1,6%), zink (5,6%), magnesium (2,5%), overstiger dette tal 500 MPa.
Ved at kombinere forskellige proportioner af forskellige kemikalier kan metalmaterialer med forbedrede magnetiske, termiske eller elektriske egenskaber opnås. Hovedrollen i denne proces spilles af strukturen af legeringen, som er fordelingen af dens krystaller og typen af bindinger mellem atomer.
Stål og jern
Disse legeringer opnås ved at kombinere jern og kulstof (2%). Ved fremstilling af legerede materialer tilsættes denikkel, krom, vanadium. Alle almindelige ståltyper er opdelt i typer:
• lavt kulstofindhold (0,25 % kulstof) brugt til forskellige strukturer;
• Højt kulstofindhold (mere end 0,55%) designet til skærende værktøjer.
Forskellige kvaliteter af legeret stål bruges i maskinteknik og andre produkter.
Legeringen af jern med kulstof, hvis procentdel er 2-4 %, kaldes støbejern. Dette materiale indeholder også silicium. Forskellige produkter med gode mekaniske egenskaber er støbt af støbejern.
Ikke-jernholdige metaller
Udover jern bruges andre kemiske grundstoffer også til at fremstille forskellige metalliske materialer. Som et resultat af deres kombination opnås ikke-jernholdige legeringer. I folks liv har materialer baseret på:fundet den største brug
• Kobber, kaldet messing. De indeholder 5-45% zink. Hvis indholdet er 5-20%, kaldes messing rød, og hvis 20-36% - gul. Der er legeringer af kobber med silicium, tin, beryllium, aluminium. De kaldes bronzer. Der er flere typer af disse legeringer.
• Bly, som er et almindeligt loddemiddel (tretnik). I denne legering falder 2 dele tin på 1 del af dette kemikalie. Lejer er fremstillet ved hjælp af babbitt, som er en legering af bly, tin, arsen og antimon.
• Aluminium, titanium, magnesium og beryllium, som er lette ikke-jernholdige legeringer med høj styrke og fremragende mekaniskejendomme.
Metoder til at opnå
Vigtigste metoder til at opnå metaller og legeringer:
• Støberi, hvor en homogen blanding af forskellige smeltede komponenter størkner. For at opnå legeringer anvendes pyrometallurgiske og elektrometallurgiske metoder til opnåelse af metaller. I den første variant bruges termisk energi opnået i processen med brændstofforbrænding til at opvarme råmaterialet. Den pyrometallurgiske metode producerer stål i åben ildovne og støbejern i højovne. Med den elektrometallurgiske metode opvarmes råvarerne i induktions- eller lysbueovne. Samtidig blødgøres råvaren meget hurtigt.
• Pulver, hvori pulvere af dets komponenter bruges til at fremstille legeringen. Takket være presning får de en bestemt form og sintres derefter i specielle ovne.
