Trots att artificiellt skapade material används i allt större utsträckning i industrin och vardagen är det ännu inte möjligt att vägra använda metaller. De har en unik kombination av egenskaper och legeringar gör att du kan maximera deras potential. I vilka områden finns produktion och användning av metaller?
Kännetecknande för en grupp av element
Metaller förstås som en uppsättning oorganiska kemikalier med karakteristiska egenskaper. De inkluderar vanligtvis följande:
- hög värmeledningsförmåga;
- duktilitet, relativ enkel bearbetning;
- relativt hög smältpunkt;
- bra elektrisk ledningsförmåga;
- karakteristisk "metallisk" lyster;
- reduktionsmedels roll i reaktioner;
- hög densitet.
Naturligtvis har inte alla element i denna grupp alla dessa egenskaper, till exempel är kvicksilver flytande vid rumstemperatur, gallium smälter från värmen från mänskliga händer, och vismut kan knappast kallas plast. Men i allmänhet kan alla dessa egenskaper spåras i hela metallerna.
Intern klassificering
Metaller är villkorligt indelade i flera kategorier, som var och en kombinerar element som ligger närmast varandra i olika parametrar. Följande grupper särskiljs:
- alkaline - 6;
- alkaline earth - 4;
- transitional - 38;
- light - 7;
- halvmetaller - 7;
- lanthanider - 14+1;
- aktinider - 14+1;
Ur grupperna finns det två till: beryllium och magnesium. Således, för närvarande, av alla upptäckta grundämnen, tillskriver 94 forskare metaller.
Dessutom är det värt att nämna att det finns andra klassificeringar. Enligt dem betraktas separata ädelmetaller, platinagruppmetaller, post-transition, eldfasta, järnh altiga och icke-järnh altiga metaller etc. Detta tillvägagångssätt är endast meningsfullt för vissa ändamål, så det är bekvämare att använda den allmänt accepterade klassificeringen.
Kvittohistorik
Mänskligheten har under hela dess utveckling varit nära förknippad med bearbetning och användning av metaller. Förutom att vara de vanligaste elementen kunde de göras till olika produkter endast med hjälp av mekanisk bearbetning. Eftersom det inte fanns några färdigheter i att arbeta med malm handlade det först bara om användningen av nuggets. Till en början var det en mjuk metall, som gav namn åt kopparåldern, som ersatte stenen. Under denna period utvecklades kallsmidemetoden. Smältning har blivit möjlig i vissa civilisationer. Efterhand bemästrade folk att bli färgademetaller som guld, silver, tenn.
Senare ersatte bronsåldern kopparåldern. Det varade i cirka 20 årtusenden och blev en vändpunkt för mänskligheten, eftersom det var under denna period som det blev möjligt att få tag i legeringar. Det sker en gradvis utveckling av metallurgin, metoder för att erhålla metaller förbättras. Dock på 13-12-talen. före Kristus e. inträffade den så kallade bronskollapsen, som markerade början av järnåldern. Detta berodde förmodligen på utarmningen av tennreserverna. Och bly och kvicksilver, upptäckte vid den tiden, kunde inte bli en ersättning för brons. Så folk var tvungna att utveckla produktionen av metaller från malmer.
Nästa period varade inte länge - mindre än ett millennium, men satte en ljus prägel på historien. Trots att järn var känt mycket tidigare användes det nästan aldrig på grund av dess brister jämfört med brons. Det senare var dessutom mycket lättare att få tag på, samtidigt som smältningen av malmen var mer arbetskrävande. Faktum är att inhemskt järn är ganska sällsynt, så det är inte förvånande att övergivandet av brons har gått så långsamt.
Meningen av metallutvinningsförmåga
I likhet med hur den mänskliga förfadern först gjorde ett verktyg genom att binda en vass sten till en pinne, visade sig övergången till ett nytt material vara lika storslagen. De främsta fördelarna med metallprodukter var att de var lättare att tillverka och reparera. Stenen har inte plasticitet och formbarhet, så attalla vapen från den kunde bara tillverkas på nytt, de kunde inte repareras.
Det var alltså övergången till användning av metaller som ledde till ytterligare förbättring av verktyg, uppkomsten av nya hushållsartiklar, dekorationer, som tidigare var omöjliga att göra. Allt detta satte fart på tekniska framsteg och lade grunden för utvecklingen av metallurgin.
Moderna metoder
Om man i forna tider bara var bekant med att få fram metaller från malmer, eller de kunde nöja sig med nuggets, så finns det för närvarande andra sätt. De blev möjliga tack vare utvecklingen av kemin. Sålunda dök två huvudriktningar upp:
- Pyrometallurgi. Det började sin utveckling tidigare och är förknippat med de höga temperaturer som krävs för att bearbeta materialet. Modern teknik inom detta område tillåter också användning av plasma.
- Hydrometallurgi. Denna riktning är engagerad i utvinning av element från malmer, avfall, koncentrat, etc. med hjälp av vatten och kemiska reagens. Till exempel är en metod som involverar framställning av metaller genom elektrolys extremt vanlig, och uppkolningsmetoden är också ganska populär.
Det finns en annan intressant teknik. Att få ädla metaller av hög renhet och med minimala förluster blev möjligt tack vare det. Det handlar om förfining. Denna process är en av typerna av raffinering, det vill säga den gradvisa separeringen av föroreningar. Till exempel, när det gäller guld, används mättnad av smältan med klor, och platina löses imineralsyror följt av isolering med reagens.
Förresten, framställning av metaller genom elektrolys används oftast om smältning eller återvinning inte är ekonomiskt lönsamt. Det är precis vad som händer med aluminium och natrium. Det finns också mer innovativa teknologier som gör det möjligt att få fram icke-järnmetaller även från ganska fattiga malmer utan betydande kostnader, men vi kommer att prata om detta lite senare.
Om legeringar
De flesta av de metaller som var kända under antiken uppfyllde inte alltid vissa behov. Korrosion, otillräcklig hårdhet, sprödhet, sprödhet, skörhet - varje element i sin rena form har sina nackdelar. Därför blev det nödvändigt att hitta nya material som kombinerar fördelarna med de kända, det vill säga att hitta sätt att få fram metallegeringar. Idag finns det två huvudmetoder:
- Casting. Smältan av blandade komponenter kyls och kristalliseras. Det var denna metod som gjorde det möjligt att få de första proverna av legeringar: brons och mässing.
- Tryckning. Pulverblandningen utsätts för högt tryck och sintras sedan.
Ytterligare förbättring
Under de senaste decennierna är det mest lovande framställningen av metaller med hjälp av bioteknik, främst med hjälp av bakterier. Det har redan blivit möjligt att utvinna koppar, nickel, zink, guld och uran från sulfidråvaror. Forskare hoppas kunna koppla mikroorganismer till processer som urlakning, oxidation, sorption och utfällning. Dessutom är det oerhört viktigtproblem med rening av djupt avloppsvatten, även för detta försöker de hitta en lösning som involverar bakteriers deltagande.
Application
Utan metaller och legeringar skulle liv i den form som det nu är känt för mänskligheten vara omöjligt. Höghus, flygplan, husgeråd, speglar, elektriska apparater, bilar och mycket mer existerar bara tack vare människors avlägsna övergång från sten till koppar, brons och järn.
På grund av deras exceptionella elektriska och termiska ledningsförmåga används metaller i ledningar och kablar för en mängd olika ändamål. Guld används för att skapa icke-oxiderande kontakter. På grund av sin styrka och hårdhet används metaller i stor utsträckning i konstruktion och för en mängd olika strukturer. Ett annat användningsområde är instrumentellt. För tillverkning av en fungerande används ofta skärande del, hårda legeringar och speciella typer av stål. Ädelmetaller är slutligen högt värderade som material för smycken. Så det finns gott om applikationer.
Intressant om metaller och legeringar
Användningen av dessa element är så utbredd och har en så lång historia att det inte är förvånande att olika konstiga situationer uppstår. De och bara ett par intressanta fakta bör tas med till slut:
- Före dess utbredda användning var aluminium högt värderat. Bestick, som Napoleon III använde när han tog emot gäster, tillverkades av detta material och var föremål förmonarkens stolthet.
- Namnet platina på spanska betyder "silver". Grundämnet fick ett så föga smickrande namn på grund av den relativt höga smältpunkten och därför omöjligheten att använda det under lång tid.
- I sin renaste form är guld mjukt och lätt att repa med en nagel. Det är därför det är legerat med silver eller koppar för att göra smycken.
- Det finns legeringar med en märklig egenskap av termoelasticitet, det vill säga formminneseffekten. När de deformeras och sedan upphettas återgår de till sitt ursprungliga tillstånd.
