Den moderna människan är omgiven av olika metaller i sitt dagliga liv. De flesta av de föremål vi använder innehåller dessa kemikalier. Allt detta hände för att människor hittade en mängd olika sätt att få tag i metaller.
Vad är metaller
Oorganisk kemi handlar om dessa värdefulla ämnen för människor. Att skaffa metaller gör att en person kan skapa mer och mer perfekt teknik som förbättrar våra liv. Vad är dem? Innan man överväger de allmänna metoderna för att erhålla metaller är det nödvändigt att förstå vad de är. Metaller är en grupp kemiska grundämnen i form av enkla ämnen med karakteristiska egenskaper:
• termisk och elektrisk ledningsförmåga;
• hög duktilitet;
• glitter.
En person kan lätt skilja dem från andra ämnen. En karakteristisk egenskap hos alla metaller är närvaron av en speciell briljans. Det erhålls genom att reflektera infallande ljusstrålar på en yta som inte överför dem. Glans är en gemensam egenskap för alla metaller, men det är mest uttalat i silver.
PåHittills har forskare upptäckt 96 sådana kemiska element, även om inte alla är erkända av officiell vetenskap. De är indelade i grupper beroende på deras karakteristiska egenskaper. Följande metaller isoleras på detta sätt:
• alkalisk – 6;
• alkalisk jordartsmetall – 6;
• övergångsperiod – 38;
• ljus – 11;
• halvmetaller – 7;
• Lanthanides – 14;
• aktinider – 14.
Få metaller
För att göra en legering måste du först skaffa metall från naturlig malm. Inhemska element är de ämnen som finns i naturen i ett fritt tillstånd. Dessa inkluderar platina, guld, tenn, kvicksilver. De separeras från föroreningar mekaniskt eller med hjälp av kemiska reagenser.
Andra metaller bryts genom att bearbeta deras föreningar. De finns i olika fossiler. Malmer är mineraler och bergarter, som inkluderar metallföreningar i form av oxider, karbonater eller sulfider. För att få dem används kemisk bearbetning.
Metoder för att erhålla metaller:
• reduktion av oxider med kol;
• hämta plåt från plåtsten;
• smältning av järnmalm;
• förbränning av svavelföreningar i speciella ugnar.
För att underlätta utvinningen av metaller från malmbergarter tillsätts olika ämnen som kallas flussmedel. De hjälper till att ta bort oönskade föroreningar som lera, kalksten, sand. Som ett resultat av denna process erhålls smältbara föreningar,kallas slagg.
I närvaro av en betydande mängd föroreningar anrikas malmen innan metallen smälts genom att en stor del av de onödiga komponenterna avlägsnas. De mest använda metoderna för denna behandling är flotation, magnetisk och gravitation.
Alkalimetaller
Massproduktion av alkalimetaller är en mer komplex process. Detta beror på det faktum att de endast finns i naturen i form av kemiska föreningar. Eftersom de är reduktionsmedel, åtföljs deras produktion av höga energikostnader. Det finns flera sätt att extrahera alkalimetaller:
• Litium kan erhållas från dess oxid i vakuum eller genom elektrolys av en smälta av dess klorid, bildad under bearbetningen av spodumen.
• Natrium extraheras genom att kalcinera soda med kol i tätt slutna deglar eller genom elektrolys av en kloridsmälta med tillsats av kalcium. Den första metoden är den mest tidskrävande.
• Kalium erhålls genom elektrolys av en smälta av dess s alter eller genom att leda natriumånga genom dess klorid. Det bildas också genom växelverkan mellan smält kaliumhydroxid och flytande natrium vid en temperatur av 440 °C.
• Cesium och rubidium bryts genom att reducera deras klorider med kalcium vid 700–800 °C eller zirkonium vid 650 °C. Att få fram alkalimetaller på detta sätt är extremt energikrävande och dyrt.
Skillnader mellan metaller och legeringar
En i grunden tydlig gräns mellan metaller och deras legeringar finns praktiskt taget inte, eftersom även de renaste, enklaste ämnena harviss mängd föroreningar. Så vad är skillnaden mellan dem? Nästan alla metaller som används inom industrin och i andra sektorer av den nationella ekonomin används i form av legeringar som erhålls målmedvetet genom att tillsätta andra komponenter till det huvudsakliga kemiska elementet.
legeringar
Teknik behöver en mängd olika metallmaterial. Samtidigt används rena kemiska element praktiskt taget inte, eftersom de inte har de egenskaper som är nödvändiga för människor. För våra behov har vi uppfunnit olika sätt att få fram legeringar. Denna term hänvisar till ett makroskopiskt homogent material som består av 2 eller flera kemiska element. I detta fall dominerar metallkomponenter i legeringen. Detta ämne har sin egen struktur. I legeringar särskiljs följande komponenter:
• bas bestående av en eller flera metaller;
• små tillägg av modifierande och legeringselement;
• icke-borttagna orenheter (teknologiska, naturliga, slumpmässiga).
Metallegeringar är det huvudsakliga konstruktionsmaterialet. Inom teknik finns det fler än 5 000 av dem.
Typer av legeringar
Trots en sådan variation av legeringar är de baserade på järn och aluminium av största vikt för människor. De är vanligast i vardagen. Typerna av legeringar är olika. Dessutom är de uppdelade enligt flera kriterier. Så olika metoder för tillverkning av legeringar används. Enligt detta kriterium är de indelade i:
• Cast, somerhålls genom smältkristallisation av blandade komponenter.
• Pulver, skapat genom att pressa en blandning av pulver och sedan sintra vid hög temperatur. Dessutom är komponenterna i sådana legeringar ofta inte bara enkla kemiska grundämnen, utan också deras olika föreningar, såsom titan- eller volframkarbider i hårda legeringar. Deras tillsats i vissa kvantiteter förändrar egenskaperna hos metalliska material.
Metoder för att erhålla legeringar i form av en färdig produkt eller ämne är indelade i:
• gjuteri (silumin, gjutjärn);
• smidda (stål);
• pulver (titan, volfram).
Typer av legeringar
Metoder för att få fram metaller är olika, medan materialen som tillverkas tack vare dem har olika egenskaper. I fast aggregationstillstånd är legeringar:
• Homogen (uniform), bestående av kristaller av samma typ. De kallas ofta för enfas.
• Heterogen (heterogen), kallad flerfas. När de erhålls tas en fast lösning (matrisfas) som basen för legeringen. Sammansättningen av heterogena ämnen av denna typ beror på sammansättningen av dess kemiska element. Sådana legeringar kan innehålla följande komponenter: fasta lösningar av interstitiell och substitution, kemiska föreningar (karbider, intermetallider, nitrider), kristalliter av enkla ämnen.
legeringsegenskaper
Oavsett vilka metoder för att erhålla metaller och legeringar som används, bestäms deras egenskaper helt av det kristallinafasstruktur och mikrostruktur av dessa material. Var och en av dem är olika. De makroskopiska egenskaperna hos legeringar beror på deras mikrostruktur. I alla fall skiljer de sig från egenskaperna hos deras faser, som enbart beror på materialets kristallstruktur. Den makroskopiska homogeniteten hos heterogena (flerfasiga) legeringar erhålls som ett resultat av en enhetlig fördelning av faser i metallmatrisen.
Den viktigaste egenskapen hos legeringar är svetsbarhet. Annars är de identiska med metaller. Så, legeringar har termisk och elektrisk ledningsförmåga, duktilitet och reflektivitet (lyster).
Sorter av legeringar
Olika metoder för att få fram legeringar har gjort det möjligt för människan att uppfinna ett stort antal metalliska material med olika egenskaper och egenskaper. Enligt deras syfte är de indelade i följande grupper:
• Strukturell (stål, duralumin, gjutjärn). Till denna grupp hör även legeringar med speciella egenskaper. Så de kännetecknas av inneboende säkerhet eller antifriktionsegenskaper. Dessa inkluderar mässing och brons.
• För att hälla lager (babbit).
• För elektrisk uppvärmning och mätutrustning (nikrom, manganin).
• För tillverkning av skärverktyg (win).
I produktionen använder man även andra typer av metallmaterial, som smältbara, värmebeständiga, korrosionsbeständiga och amorfa legeringar. Magneter och termoelektriska produkter (telurider och selenider av vismut, bly, antimon och andra) används också i stor utsträckning.
Järnlegeringar
Praktiskt taget allt järn som smälts på jorden är inriktat på tillverkning av enkla och legerade stål. Det används också vid tillverkning av järn. Järnlegeringar har vunnit sin popularitet på grund av att de har egenskaper som är fördelaktiga för människor. De erhölls genom att tillsätta olika komponenter till ett enkelt kemiskt element. Så trots att olika järnlegeringar är gjorda på basis av ett ämne, har stål och gjutjärn olika egenskaper. Som ett resultat hittar de en mängd olika tillämpningar. De flesta stål är hårdare än gjutjärn. Olika metoder för att erhålla dessa metaller gör att du kan få olika kvaliteter (märken) av dessa järnlegeringar.
Förbättra legeringsegenskaper
Genom att smälta samman vissa metaller och andra kemiska element kan material med förbättrade egenskaper erhållas. Till exempel är sträckgränsen för rent aluminium 35 MPa. När man erhåller en legering av denna metall med koppar (1,6%), zink (5,6%), magnesium (2,5%), överstiger denna siffra 500 MPa.
Genom att kombinera olika proportioner av olika kemikalier kan metallmaterial med förbättrade magnetiska, termiska eller elektriska egenskaper erhållas. Huvudrollen i denna process spelas av legeringens struktur, som är fördelningen av dess kristaller och typen av bindningar mellan atomer.
Stål och strykjärn
Dessa legeringar erhålls genom att kombinera järn och kol (2%). Vid tillverkning av legerade material tillsätts denickel, krom, vanadin. Alla vanliga stål är indelade i typer:
• lågkolh alt (0,25 % kol) används för olika strukturer;
• Högt kolh alt (mer än 0,55 %) utformad för skärande verktyg.
Olika kvaliteter av legerat stål används inom maskinteknik och andra produkter.
Legeringen av järn med kol, vars andel är 2-4 %, kallas gjutjärn. Detta material innehåller även kisel. Olika produkter med goda mekaniska egenskaper gjuts av gjutjärn.
Icke-järnmetaller
Förutom järn används även andra kemiska grundämnen för att tillverka olika metalliska material. Som ett resultat av deras kombination erhålls icke-järnlegeringar. I människors liv har material baserat på:fått den största användningen
• Koppar, kallad mässing. De innehåller 5-45% zink. Om innehållet är 5-20%, kallas mässing rött, och om 20-36% - gult. Det finns legeringar av koppar med kisel, tenn, beryllium, aluminium. De kallas bronser. Det finns flera typer av dessa legeringar.
• Bly, som är ett vanligt lod (tretnik). I denna legering faller 2 delar tenn på 1 del av denna kemikalie. Kullager tillverkas med babbitt, som är en legering av bly, tenn, arsenik och antimon.
• Aluminium, titan, magnesium och beryllium, som är lätta icke-järnlegeringar med hög hållfasthet och utmärkt mekaniskegenskaper.
Metoder för att erhålla
Huvudmetoder för att erhålla metaller och legeringar:
• Gjuteri, där en homogen blandning av olika smälta komponenter stelnar. För att erhålla legeringar används pyrometallurgiska och elektrometallurgiska metoder för att erhålla metaller. I den första varianten används termisk energi som erhålls i processen med bränsleförbränning för att värma råmaterialet. Den pyrometallurgiska metoden producerar stål i ugnar med öppen spis och gjutjärn i masugnar. Med den elektrometallurgiska metoden värms råvarorna i induktions- eller ljusbågsugnar. Samtidigt mjukas råvaran väldigt snabbt.
• Pulver, i vilket pulver av dess komponenter används för att tillverka legeringen. Tack vare pressningen får de en viss form och sintras sedan i speciella ugnar.
