Det moderne mennesket er omgitt av ulike metaller i sitt daglige liv. De fleste av varene vi bruker inneholder disse kjemikaliene. Alt dette skjedde fordi folk fant en rekke måter å skaffe metaller på.
Hva er metaller
Uorganisk kjemi omhandler disse verdifulle stoffene for mennesker. Å skaffe metaller lar en person skape mer og mer perfekt teknologi som forbedrer livene våre. Hva er de? Før du vurderer de generelle metodene for å skaffe metaller, er det nødvendig å forstå hva de er. Metaller er en gruppe kjemiske grunnstoffer i form av enkle stoffer med karakteristiske egenskaper:
• termisk og elektrisk ledningsevne;
• høy duktilitet;
• glitter.
En person kan lett skille dem fra andre stoffer. Et karakteristisk trekk ved alle metaller er tilstedeværelsen av en spesiell glans. Det oppnås ved å reflektere innfallende lysstråler på en overflate som ikke overfører dem. Glans er en felles egenskap for alle metaller, men den er mest utt alt i sølv.
PåTil dags dato har forskere oppdaget 96 slike kjemiske elementer, selv om ikke alle er anerkjent av offisiell vitenskap. De er delt inn i grupper avhengig av deres karakteristiske egenskaper. Følgende metaller er isolert på denne måten:
• alkalisk – 6;
• jordalkali – 6;
• overgang – 38;
• lys – 11;
• halvmetaller – 7;
• Lanthanides – 14;
• aktinider – 14.
Få metaller
For å lage en legering må du først skaffe metall fra naturlig malm. Innfødte elementer er de stoffene som finnes i naturen i en fri tilstand. Disse inkluderer platina, gull, tinn, kvikksølv. De separeres fra urenheter mekanisk eller ved hjelp av kjemiske reagenser.
Andre metaller utvinnes ved å bearbeide forbindelsene deres. De finnes i forskjellige fossiler. Malmer er mineraler og bergarter, som inkluderer metallforbindelser i form av oksider, karbonater eller sulfider. For å få dem brukes kjemisk prosessering.
Metoder for å oppnå metaller:
• reduksjon av oksider med kull;
• får tinn fra tinnstein;
• smelting av jernmalm;
• brenning av svovelforbindelser i spesielle ovner.
For å lette utvinningen av metaller fra malmbergarter tilsettes ulike stoffer som kalles flukser. De hjelper til med å fjerne uønskede urenheter som leire, kalkstein, sand. Som et resultat av denne prosessen oppnås smeltbare forbindelser,k alt slagg.
I nærvær av en betydelig mengde urenheter, anrikes malmen før smelting av metallet ved å fjerne en stor del av de unødvendige komponentene. De mest brukte metodene for denne behandlingen er flotasjon, magnetisk og gravitasjonskraft.
Alkalimetaller
Masseproduksjon av alkalimetaller er en mer kompleks prosess. Dette skyldes det faktum at de bare finnes i naturen i form av kjemiske forbindelser. Siden de er reduksjonsmidler, er produksjonen deres ledsaget av høye energikostnader. Det er flere måter å utvinne alkalimetaller på:
• Litium kan oppnås fra dets oksid i vakuum eller ved elektrolyse av en smelte av dets klorid, dannet under behandlingen av spodumen.
• Natrium ekstraheres ved å kalsinere brus med kull i tettlukkede digler eller ved elektrolyse av en kloridsmelte med tilsetning av kalsium. Den første metoden er den mest tidkrevende.
• Kalium oppnås ved elektrolyse av en smelte av dets s alter eller ved å føre natriumdamp gjennom kloridet. Det dannes også ved interaksjon av smeltet kaliumhydroksid og flytende natrium ved en temperatur på 440 °C.
• Cesium og rubidium utvinnes ved å redusere kloridene deres med kalsium ved 700–800 °C eller zirkonium ved 650 °C. Å skaffe alkalimetaller på denne måten er ekstremt energikrevende og dyrt.
Forskjeller mellom metaller og legeringer
En grunnleggende klar grense mellom metaller og deres legeringer eksisterer praktisk t alt ikke, siden selv de reneste, enkleste stoffene haren viss mengde urenheter. Så hva er forskjellen mellom dem? Nesten alle metaller som brukes i industrien og i andre sektorer av nasjonaløkonomien, brukes i form av legeringer oppnådd målrettet ved å tilsette andre komponenter til det kjemiske hovedelementet.
legeringer
Teknologi trenger en rekke metallmaterialer. Samtidig brukes rene kjemiske elementer praktisk t alt ikke, siden de ikke har de egenskapene som er nødvendige for mennesker. For våre behov har vi funnet opp forskjellige måter å skaffe legeringer på. Dette begrepet refererer til et makroskopisk homogent materiale som består av 2 eller flere kjemiske elementer. I dette tilfellet dominerer metallkomponenter i legeringen. Dette stoffet har sin egen struktur. I legeringer skilles følgende komponenter ut:
• base bestående av ett eller flere metaller;
• små tillegg av modifiserende og legeringselementer;
• ikke-fjernede urenheter (teknologisk, naturlig, tilfeldig).
Metallegeringer er det viktigste strukturelle materialet. Innen teknologi er det mer enn 5000 av dem.
Typer of legeringer
Til tross for en slik variasjon av legeringer, er de som er basert på jern og aluminium av størst betydning for mennesker. De er de vanligste i hverdagen. Legeringstypene er forskjellige. Dessuten er de delt inn etter flere kriterier. Så ulike metoder for fremstilling av legeringer brukes. I henhold til dette kriteriet er de delt inn i:
• Cast, whichoppnådd ved smeltekrystallisering av blandede komponenter.
• Pulver, laget ved å presse en blanding av pulver og deretter sintre ved høy temperatur. Dessuten er komponentene i slike legeringer ofte ikke bare enkle kjemiske elementer, men også deres forskjellige forbindelser, som titan eller wolframkarbider i harde legeringer. Tilsetningen deres i visse mengder endrer egenskapene til metalliske materialer.
Metoder for å oppnå legeringer i form av et ferdig produkt eller emne er delt inn i:
• støperi (silumin, støpejern);
• smidd (stål);
• pulver (titan, wolfram).
Typer of legeringer
Metoder for å skaffe metaller er forskjellige, mens materialene som er laget takket være dem har forskjellige egenskaper. I fast aggregeringstilstand er legeringer:
• Homogen (uniform), bestående av krystaller av samme type. De blir ofte referert til som enfase.
• Heterogen (heterogen), k alt multifase. Når de er oppnådd, tas en fast løsning (matrisefase) som basis for legeringen. Sammensetningen av heterogene stoffer av denne typen avhenger av sammensetningen av dets kjemiske elementer. Slike legeringer kan inneholde følgende komponenter: faste løsninger av interstitiell og substitusjon, kjemiske forbindelser (karbider, intermetallider, nitrider), krystallitter av enkle stoffer.
legeringsegenskaper
Uavhengig av hvilke metoder for å oppnå metaller og legeringer som brukes, er deres egenskaper fullstendig bestemt av det krystallinskefasestruktur og mikrostruktur av disse materialene. Hver av dem er forskjellige. De makroskopiske egenskapene til legeringer avhenger av deres mikrostruktur. I alle fall skiller de seg fra egenskapene til fasene deres, som utelukkende avhenger av krystallstrukturen til materialet. Den makroskopiske homogeniteten til heterogene (flerfase) legeringer oppnås som et resultat av en jevn fordeling av faser i metallmatrisen.
Den viktigste egenskapen til legeringer er sveisbarhet. Ellers er de identiske med metaller. Så legeringer har termisk og elektrisk ledningsevne, duktilitet og reflektivitet (glans).
varianter av legeringer
Ulike metoder for å skaffe legeringer har gjort det mulig for mennesket å finne opp et stort antall metalliske materialer med forskjellige egenskaper og egenskaper. I henhold til deres formål er de delt inn i følgende grupper:
• Strukturell (stål, duralumin, støpejern). Denne gruppen inkluderer også legeringer med spesielle egenskaper. Så de utmerker seg ved egensikkerhet eller anti-friksjonsegenskaper. Disse inkluderer messing og bronse.
• For å helle lagre (babbit).
• For elektrisk oppvarming og måleutstyr (nikrom, manganin).
• For produksjon av skjærende verktøy (vinn).
I produksjonen bruker folk også andre typer metallmaterialer, som smeltbare, varmebestandige, korrosjonsbestandige og amorfe legeringer. Magneter og termoelektriske stoffer (telurider og selenider av vismut, bly, antimon og andre) er også mye brukt.
Jernlegeringer
Nesten alt jernet som smeltes på jorden er rettet mot produksjon av enkle og legerte stål. Det brukes også i produksjon av jern. Jernlegeringer har fått sin popularitet på grunn av at de har egenskaper som er gunstige for mennesker. De ble oppnådd ved å tilsette forskjellige komponenter til et enkelt kjemisk element. Så til tross for at forskjellige jernlegeringer er laget på grunnlag av ett stoff, har stål og støpejern forskjellige egenskaper. Som et resultat finner de en rekke bruksområder. De fleste stål er hardere enn støpejern. Ulike metoder for å oppnå disse metallene lar deg få forskjellige kvaliteter (merker) av disse jernlegeringene.
Forbedre legeringsegenskaper
Ved å smelte sammen visse metaller og andre kjemiske elementer kan materialer med forbedrede egenskaper oppnås. For eksempel er flytegrensen for rent aluminium 35 MPa. Når man oppnår en legering av dette metallet med kobber (1,6%), sink (5,6%), magnesium (2,5%), overskrider dette tallet 500 MPa.
Ved å kombinere forskjellige proporsjoner av forskjellige kjemikalier, kan metallmaterialer med forbedrede magnetiske, termiske eller elektriske egenskaper oppnås. Hovedrollen i denne prosessen spilles av strukturen til legeringen, som er fordelingen av dens krystaller og typen bindinger mellom atomer.
Stål og strykejern
Disse legeringene oppnås ved å kombinere jern og karbon (2%). Ved produksjon av legerte materialer tilsettes denikkel, krom, vanadium. Alle vanlige stål er delt inn i typer:
• lavkarbon (0,25 % karbon) brukt til ulike strukturer;
• Høykarbon (mer enn 0,55 %) designet for skjærende verktøy.
Ulike kvaliteter av legert stål brukes i maskinteknikk og andre produkter.
Legeringen av jern med karbon, hvorav prosentandelen er 2-4 %, kalles støpejern. Dette materialet inneholder også silisium. Ulike produkter med gode mekaniske egenskaper er støpt av støpejern.
Ikke-jernholdige metaller
Foruten jern, brukes også andre kjemiske elementer til å lage ulike metalliske materialer. Som et resultat av deres kombinasjon oppnås ikke-jernholdige legeringer. I folks liv har materialer basert på:funnet størst nytte
• Kobber, k alt messing. De inneholder 5-45% sink. Hvis innholdet er 5-20%, kalles messing rød, og hvis 20-36% - gul. Det er legeringer av kobber med silisium, tinn, beryllium, aluminium. De kalles bronse. Det finnes flere typer av disse legeringene.
• Bly, som er en vanlig loddemetall (tretnik). I denne legeringen faller 2 deler tinn på 1 del av dette kjemikaliet. Lagre er produsert ved hjelp av babbitt, som er en legering av bly, tinn, arsen og antimon.
• Aluminium, titan, magnesium og beryllium, som er lette ikke-jernholdige legeringer med høy styrke og utmerket mekaniskeiendommer.
Få fremgangsmåter
Hovedmetoder for å oppnå metaller og legeringer:
• Støperi, hvor en homogen blanding av forskjellige smeltede komponenter størkner. For å oppnå legeringer brukes pyrometallurgiske og elektrometallurgiske metoder for å oppnå metaller. I den første varianten brukes termisk energi oppnådd i prosessen med drivstoffforbrenning til å varme opp råmaterialet. Den pyrometallurgiske metoden produserer stål i ovner med åpen ild og støpejern i masovner. Med den elektrometallurgiske metoden varmes råvarene opp i induksjons- eller lysbueovner. Samtidig myknes råvaren veldig raskt.
• Pulver, der pulver av komponentene brukes til å lage legeringen. Takket være pressingen får de en viss form, og sintres deretter i spesielle ovner.
