På trods af at kunstigt fremstillede materialer i stigende grad bruges i industrien og hverdagen, er det endnu ikke muligt at afvise brugen af metaller. De har en unik kombination af egenskaber, og legeringer giver dig mulighed for at maksimere deres potentiale. I hvilke områder er produktion og brug af metaller?
Karakteristisk for en gruppe af elementer
Metaler forstås som et sæt uorganiske kemikalier med karakteristiske egenskaber. De omfatter typisk følgende:
- høj termisk ledningsevne;
- duktilitet, relativ nem bearbejdning;
- relativt højt smeltepunkt;
- god elektrisk ledningsevne;
- karakteristisk "metallisk" glans;
- reduktionsmiddels rolle i reaktioner;
- høj tæthed.
Selvfølgelig har ikke alle elementer i denne gruppe alle disse egenskaber, for eksempel er kviksølv flydende ved stuetemperatur, gallium smelter fra varmen fra menneskelige hænder, og vismut kan næppe kaldes plastik. Men generelt kan alle disse funktioner spores i helheden af metaller.
Intern klassifikation
Metaler er betinget opdelt i flere kategorier, som hver kombinerer elementer, der er tættest på hinanden i forskellige parametre. Der skelnes mellem følgende grupper:
- alkaline - 6;
- alkaline earth - 4;
- transitional - 38;
- light - 7;
- semimetaller - 7;
- lanthanider - 14+1;
- aktinider - 14+1;
Ud af grupperne er der to mere: beryllium og magnesium. Således, i øjeblikket, ud af alle opdagede grundstoffer, tilskriver 94 forskere metaller.
Derudover er det værd at nævne, at der er andre klassifikationer. Ifølge dem betragtes ædelmetaller, platingruppemetaller, post-transition, ildfaste, jernholdige og ikke-jernholdige metaller, osv. Denne tilgang giver kun mening til visse formål, så det er mere bekvemt at bruge den generelt accepterede klassifikation.
kvitteringshistorik
Menneskeligheden har gennem hele udviklingen været tæt forbundet med forarbejdning og brug af metaller. Ud over at være de mest almindelige elementer, kunne de kun laves til forskellige produkter ved hjælp af mekanisk bearbejdning. Da der ikke var færdigheder i at arbejde med malm, handlede det først kun om brugen af nuggets. Først var det et blødt metal, som gav navn til kobberalderen, som erstattede stenen. I denne periode blev koldsmedningsmetoden udviklet. Smeltning er blevet muligt i nogle civilisationer. Efterhånden mestrede folk at blive farvetmetaller såsom guld, sølv, tin.
Senere erstattede bronzealderen kobberalderen. Det varede omkring 20 årtusinder og blev et vendepunkt for menneskeheden, da det var i denne periode, at det blev muligt at opnå legeringer. Der er en gradvis udvikling af metallurgi, metoder til at opnå metaller bliver forbedret. Dog i 13-12 århundreder. f. Kr e. indtraf det såkaldte bronzesammenbrud, som markerede begyndelsen på jernalderen. Dette skyldtes formentlig udtømningen af tinreserverne. Og bly og kviksølv, opdaget på det tidspunkt, kunne ikke blive en erstatning for bronze. Så folk var nødt til at udvikle produktionen af metaller fra malme.
Den næste periode varede ikke længe - mindre end et årtusinde, men satte et lysende præg på historien. På trods af at jern var kendt meget tidligere, blev det næsten aldrig brugt på grund af dets mangler sammenlignet med bronze. Desuden var sidstnævnte meget lettere at få fat i, mens smeltning af malmen var mere arbejdskrævende. Faktum er, at naturligt jern er ret sjældent, så det er ikke overraskende, at opgivelsen af bronze har været så langsom.
Betydningen af metaludvindingsfærdigheder
I lighed med hvordan den menneskelige forfader først lavede et værktøj ved at binde en skarp sten til en pind, viste overgangen til et nyt materiale sig at være lige så storslået. De vigtigste fordele ved metalprodukter var, at de var nemmere at fremstille og reparere. Stenen har ikke plasticitet og formbarhed, så deteventuelle våben fra den kunne kun laves på ny, de kunne ikke repareres.
Således var det overgangen til brug af metaller, der førte til yderligere forbedring af værktøj, fremkomsten af nye husholdningsartikler, dekorationer, som tidligere var umulige at lave. Alt dette satte skub i det teknologiske fremskridt og lagde grundlaget for udviklingen af metallurgi.
Moderne metoder
Hvis folk i oldtiden kun var fortrolige med at få metaller fra malme, eller de kunne nøjes med nuggets, så er der i øjeblikket andre måder. De blev mulige takket være udviklingen af kemi. Således dukkede to hovedretninger op:
- Pyrometallurgi. Det begyndte sin udvikling tidligere og er forbundet med de høje temperaturer, der kræves for at behandle materialet. Moderne teknologi på dette område tillader også brugen af plasma.
- Hydrometallurgi. Denne retning er engageret i udvinding af elementer fra malme, affald, koncentrater osv. ved hjælp af vand og kemiske reagenser. For eksempel er en metode, der involverer fremstilling af metaller ved elektrolyse, ekstremt almindelig, og opkulningsmetoden er også ret populær.
Der er en anden interessant teknologi. At opnå ædle metaller af høj renhed og med minimale tab blev muligt takket være det. Det handler om raffinement. Denne proces er en af typerne af raffinering, det vil sige den gradvise adskillelse af urenheder. I tilfælde af guld anvendes f.eks. mætning af smelten med klor, og platin opløses imineralsyrer efterfulgt af isolering med reagenser.
I øvrigt bruges det oftest at opnå metaller ved elektrolyse, hvis smeltning eller genvinding ikke er økonomisk rentabel. Det er præcis, hvad der sker med aluminium og natrium. Der findes også mere innovative teknologier, der gør det muligt at opnå ikke-jernholdige metaller selv fra ret dårlige malme uden væsentlige omkostninger, men det vil vi tale om lidt senere.
Om legeringer
De fleste af de metaller, man kendte i antikken, opfyldte ikke altid nogle behov. Korrosion, utilstrækkelig hårdhed, skørhed, skørhed, skrøbelighed - hvert element i sin rene form har sine ulemper. Derfor blev det nødvendigt at finde nye materialer, der kombinerer fordelene ved de kendte, det vil sige at finde måder at opnå metallegeringer på. I dag er der to hovedmetoder:
- Casting. Smelten af blandede komponenter afkøles og krystalliseres. Det var denne metode, der gjorde det muligt at opnå de første prøver af legeringer: bronze og messing.
- Trykker. Blandingen af pulvere udsættes for højt tryk og sintres derefter.
Yderligere forbedring
I de seneste årtier er den mest lovende produktion af metaller ved hjælp af bioteknologi, primært ved hjælp af bakterier. Det er allerede blevet muligt at udvinde kobber, nikkel, zink, guld og uran fra sulfidråmaterialer. Forskere håber at forbinde mikroorganismer til processer som udvaskning, oxidation, sorption og nedbør. Derudover er det ekstremt vigtigtproblem med rensning af dybt spildevand, også til dette forsøger de at finde en løsning, der involverer bakteriers deltagelse.
Application
Uden metaller og legeringer ville liv i den form, som det nu er kendt for menneskeheden, være umuligt. Højhuse, fly, redskaber, spejle, elektriske apparater, biler og meget mere eksisterer kun takket være den fjerne overgang af mennesker fra sten til kobber, bronze og jern.
På grund af deres exceptionelle elektriske og termiske ledningsevne bruges metaller i ledninger og kabler til en lang række formål. Guld bruges til at skabe ikke-oxiderende kontakter. På grund af deres styrke og hårdhed anvendes metaller i vid udstrækning i byggeri og til en bred vifte af strukturer. Et andet anvendelsesområde er instrumentelt. Til fremstilling af en arbejdende anvendes ofte skærende del, hårde legeringer og specielle ståltyper. Endelig er ædle metaller højt værdsat som materiale til smykker. Så der er masser af applikationer.
Interessant om metaller og legeringer
Brugen af disse elementer er så udbredt og har så lang en historie, at det ikke er overraskende, at der opstår forskellige nysgerrige situationer. De og blot et par interessante fakta bør bringes til sidst:
- Før dets udbredte brug var aluminium højt værdsat. Bestik, som Napoleon III brugte ved modtagelse af gæster, var lavet af dette materiale og var genstand formonarkens stolthed.
- Navnet platin på spansk betyder "sølv". Grundstoffet fik et så lidet flatterende navn på grund af det relativt høje smeltepunkt og derfor umuligheden af at bruge det i lang tid.
- I sin reneste form er guld blødt og kan nemt ridses med en negl. Det er derfor, det er legeret med sølv eller kobber til at lave smykker.
- Der er legeringer med en mærkelig egenskab ved termoelasticitet, det vil sige formhukommelseseffekten. Når de er deformeret og derefter opvarmet, vender de tilbage til deres oprindelige tilstand.
