În ciuda faptului că materialele create artificial sunt din ce în ce mai folosite în industrie și viața de zi cu zi, nu este încă posibil să refuzi utilizarea metalelor. Au o combinație unică de proprietăți, iar aliajele vă permit să le maximizați potențialul. În ce domenii este producția și utilizarea metalelor?
Caracteristica unui grup de elemente
Metalele sunt înțelese ca un set de substanțe chimice anorganice cu proprietăți caracteristice. Acestea includ de obicei următoarele:
- conductivitate termică mare;
- ductilitate, ușurință relativă de prelucrare;
- punct de topire relativ ridicat;
- conductivitate electrică bună;
- luciu „metalic” caracteristic;
- rolul agentului reducător în reacții;
- densitate mare.
Desigur, nu toate elementele acestui grup au toate aceste proprietăți, de exemplu, mercurul este lichid la temperatura camerei, galiul se topește din căldura mâinilor umane, iar bismutul cu greu poate fi numit plastic. Dar, în general, toate aceste caracteristici pot fi urmărite în totalitatea metalelor.
Clasificare internă
Metalele sunt împărțite condiționat în mai multe categorii, fiecare dintre acestea combinând elemente care sunt cele mai apropiate unele de altele în diverși parametri. Se disting următoarele grupuri:
- alcalin - 6;
- alcalino-pământos - 4;
- de tranziție - 38;
- light - 7;
- semimetale - 7;
- lantanide - 14+1;
- actinide - 14+1;
Din grupuri mai sunt două: beriliu și magneziu. Astfel, în acest moment, din toate elementele descoperite, 94 de oameni de știință atribuie metalelor.
În plus, merită menționat că există și alte clasificări. Potrivit acestora, metalele nobile, metalele din grupa platinei, post-tranziție, metalele refractare, feroase și neferoase etc. sunt considerate separat. Această abordare are sens numai pentru anumite scopuri, deci este mai convenabil să folosiți clasificarea general acceptată..
Istoricul primirilor
Umanitatea de-a lungul dezvoltării sale a fost strâns asociată cu prelucrarea și utilizarea metalelor. Pe langa faptul ca sunt cele mai comune elemente, acestea puteau fi transformate in diverse produse doar cu ajutorul prelucrarilor mecanice. Deoarece nu existau abilități în lucrul cu minereu, la început a fost vorba doar despre utilizarea pepiților. La început a fost un metal moale, care a dat numele epocii cuprului, care a înlocuit-o pe cea de piatră. În această perioadă s-a dezvoltat metoda de forjare la rece. Topirea a devenit posibilă în unele civilizații. Treptat, oamenii au reușit să se colorezemetale precum aurul, argintul, staniul.
Mai târziu, epoca bronzului a înlocuit epoca cuprului. A durat aproximativ 20 de milenii și a devenit un punct de cotitură pentru omenire, deoarece în această perioadă a devenit posibilă obținerea aliajelor. Există o dezvoltare treptată a metalurgiei, metodele de obținere a metalelor sunt îmbunătățite. Cu toate acestea, în secolele 13-12. î. Hr e. a avut loc așa-numita prăbușire a bronzului, care a marcat începutul epocii fierului. Acest lucru s-a datorat probabil epuizării rezervelor de staniu. Iar plumbul și mercurul, descoperite la acea vreme, nu puteau deveni un înlocuitor pentru bronz. Așa că oamenii au trebuit să dezvolte producția de metale din minereuri.
Următoarea perioadă nu a durat mult - mai puțin de un mileniu, dar a lăsat o amprentă strălucitoare asupra istoriei. În ciuda faptului că fierul era cunoscut mult mai devreme, nu a fost folosit aproape niciodată din cauza deficiențelor sale în comparație cu bronzul. În plus, acesta din urmă a fost mult mai ușor de obținut, în timp ce topirea minereului a fost mai intensivă în muncă. Cert este că fierul nativ este destul de rar, așa că nu este surprinzător că abandonarea bronzului a fost atât de lentă.
Semnificația abilităților de extracție a metalelor
Asemănător cu modul în care strămoșul uman a făcut pentru prima dată o une altă legând o piatră ascuțită de un băț, trecerea la un material nou s-a dovedit a fi la fel de grandioasă. Principalele avantaje ale produselor metalice erau că erau mai ușor de realizat și reparate. Piatra nu are plasticitate și maleabilitate, așa căorice arme din el nu puteau fi făcute decât din nou, nu puteau fi reparate.
Astfel, trecerea la utilizarea metalelor a dus la îmbunătățirea în continuare a uneltelor, apariția de noi obiecte de uz casnic, decorațiuni, care anterior erau imposibil de realizat. Toate acestea au dat impuls progresului tehnologic și au pus bazele dezvoltării metalurgiei.
Metode moderne
Dacă în antichitate oamenii erau familiarizați doar cu obținerea metalelor din minereuri, sau s-ar putea mulțumi cu pepite, atunci în prezent există și alte modalități. Ele au devenit posibile datorită dezvoltării chimiei. Astfel, au apărut două direcții principale:
- Pirometalurgie. Și-a început dezvoltarea mai devreme și este asociată cu temperaturile ridicate necesare procesării materialului. Tehnologia modernă în acest domeniu permite, de asemenea, utilizarea plasmei.
- Hidrometalurgie. Această direcție este angajată în extracția elementelor din minereuri, deșeuri, concentrate etc. folosind apă și reactivi chimici. De exemplu, o metodă care implică producerea de metale prin electroliză este extrem de comună, iar metoda de cementare este, de asemenea, destul de populară.
Există o altă tehnologie interesantă. Obținerea de metale prețioase de în altă puritate și cu pierderi minime a devenit posibilă datorită acesteia. Este vorba de rafinament. Acest proces este unul dintre tipurile de rafinare, adică separarea treptată a impurităților. De exemplu, în cazul aurului, se utilizează saturarea topiturii cu clor, iar platina este dizolvată înacizi minerali urmat de izolarea cu reactivi.
Apropo, obținerea metalelor prin electroliză este folosită cel mai adesea dacă topirea sau recuperarea nu este viabilă din punct de vedere economic. Este exact ceea ce se întâmplă cu aluminiul și sodiul. Există și tehnologii mai inovatoare care fac posibilă obținerea de metale neferoase chiar și din minereuri destul de sărace, fără costuri semnificative, dar despre asta vom vorbi puțin mai târziu.
Despre aliaje
Majoritatea metalelor cunoscute în antichitate nu răspundeau întotdeauna unor nevoi. Coroziune, duritate insuficientă, fragilitate, fragilitate, fragilitate - fiecare element în forma sa pură are dezavantajele sale. Prin urmare, a devenit necesar să se găsească noi materiale care să combine avantajele celor cunoscute, adică să se găsească modalități de obținere a aliajelor metalice. Astăzi există două metode principale:
- Casting. Topitura componentelor amestecate este răcită și cristalizată. Această metodă a făcut posibilă obținerea primelor mostre de aliaje: bronz și alamă.
- Apăsare. Amestecul de pulberi este supus la presiune mare și apoi sinterizat.
Îmbunătățire ulterioară
În ultimele decenii, cea mai promițătoare este producția de metale folosind biotehnologie, în primul rând cu ajutorul bacteriilor. Deja a devenit posibilă extragerea cuprului, nichelului, zincului, aurului și uraniului din materii prime sulfurate. Oamenii de știință speră să conecteze microorganismele la procese precum leșierea, oxidarea, sorbția și precipitarea. În plus, este extrem de importantproblema epurării apelor uzate în adâncime, și pentru aceasta încearcă să găsească o soluție care să implice participarea bacteriilor.
Aplicație
Fără metale și aliaje, viața în forma în care este acum cunoscută omenirii ar fi imposibilă. Clădiri în alte, avioane, ustensile, oglinzi, aparate electrice, mașini și multe altele există doar datorită trecerii îndepărtate a oamenilor de la piatră la cupru, bronz și fier.
Datorită conductivității lor electrice și termice excepționale, metalele sunt folosite în fire și cabluri pentru o mare varietate de scopuri. Aurul este folosit pentru a face contacte neoxidante. Datorită rezistenței și durității lor, metalele sunt utilizate pe scară largă în construcții și pentru o mare varietate de structuri. Un alt domeniu de aplicare este instrumental. Pentru fabricarea unei piese de lucru, de exemplu, se folosesc adesea aliaje dure și tipuri speciale de oțel. În cele din urmă, metalele nobile sunt foarte apreciate ca material pentru bijuterii. Deci există o mulțime de aplicații.
Interesant despre metale și aliaje
Utilizarea acestor elemente este atât de răspândită și are o istorie atât de lungă încât nu este de mirare că apar diverse situații curioase. Ele și doar câteva fapte interesante ar trebui aduse în final:
- Înainte de utilizarea sa pe scară largă, aluminiul era foarte apreciat. Tacâmurile, pe care Napoleon al III-lea le folosea la primirea oaspeților, erau realizate din acest material și au făcut obiectulmândria monarhului.
- Numele platină în spaniolă înseamnă „argint”. Elementul a primit o denumire atât de nemăgulitoare din cauza punctului de topire relativ ridicat și, prin urmare, a imposibilității de a-l folosi pentru o perioadă lungă de timp.
- În forma sa cea mai pură, aurul este moale și ușor de zgâriat cu unghia. De aceea este aliat cu argint sau cupru pentru a face bijuterii.
- Există aliaje cu o curioasă proprietate de termoelasticitate, adică efectul de memorie a formei. Când sunt deformate și apoi încălzite, ele revin la starea inițială.
