Unatoč činjenici da sve više u industriji iumjetno stvoreni materijali koriste se u svakodnevnom životu, još nije moguće napustiti upotrebu metala. Imaju jedinstvenu kombinaciju svojstava i njihove legure maksimiziraju svoj potencijal. U kojim je područjima proizvodnja i upotreba metala?
Karakteristike skupine elemenata
Pod metalima se podrazumijeva skup anorganskih kemikalija s karakterističnim svojstvima. Tipično uključuju sljedeće:
- visoka toplinska vodljivost;
- plastičnost, relativna lakoća obrade;
- relativno visoko talište;
- dobra električna vodljivost;
- karakteristični "metalni" sjaj;
- uloga redukcijskog sredstva u reakcijama;
- visoka gustoća.
Naravno, ne posjeduju svi elementi ove skupineUz sva ta svojstva, na primjer, živa je tekućina na sobnoj temperaturi, galij se topi od topline ljudskih ruku, a bizmut se teško može nazvati plastikom. Ali općenito, sve se te značajke mogu pratiti u skupu metala.
Interna klasifikacija
Metali su konvencionalno podijeljeni u nekoliko kategorija, od kojih svaka kombinira elemente koji su međusobno najbliži u različitim aspektima. Razlikuju se sljedeće skupine:
- alkalno - 6;
- zemno alkalna zemlja - 4;
- prijelazni - 38;
- pluća - 7;
- polumetali - 7;
- lantanidi - 14 + 1;
- aktinidi - 14 + 1;
Još dvije ostaju izvan skupina: berilij i magnezij. Tako se u ovom trenutku od svih otkrivenih elemenata 94 znanstvenika pozivaju na metale.
Također, vrijedi spomenuti da postoje i drugiklasifikacija. Prema njima, plemeniti metali, metali platinske skupine, post-prijelazni metali, vatrostalni metali, crni i obojeni itd. Ovaj pristup ima smisla samo za određene svrhe, pa je prikladnije koristiti općeprihvaćene klasifikacija.
Povijest računa
Čovječanstvo tijekom svog razvojabio usko povezan s preradom i uporabom metala. Uz činjenicu da su to bili najčešći elementi, od njih je bilo moguće izrađivati razne proizvode samo uz pomoć mehaničke obrade. Budući da vještine rada s rudom još nisu bile dostupne, isprva se radilo samo o upotrebi grumenčića. Isprva je to bio mekani metal koji je dao ime bakarnom dobu, koje je zamijenilo kameno doba. U tom je razdoblju razvijena metoda hladnog kovanja. Topljenje je postalo moguće u nekim civilizacijama. Postupno su ljudi svladavali proizvodnju obojenih metala poput zlata, srebra i kositra.
Kasnije je bakreno doba zamijenjeno brončanim dobom.Trajalo je oko 20 tisuća godina i postalo prekretnicom za čovječanstvo, jer je u tom razdoblju postalo moguće dobiti legure. Postupno se razvija metalurgija, poboljšavaju se metode dobivanja metala. Međutim, u 13-12 stoljeću. PRIJE KRISTA e. dogodio se takozvani brončani kolaps koji je označio početak željeznog doba. To je vjerojatno zbog iscrpljivanja rezervi kositra. A olovo i živa, otkriveni u to vrijeme, nisu mogli postati zamjena za broncu. Tako su ljudi morali razvijati proizvodnju metala iz ruda.
Sljedeće razdoblje nije dugo trajalo -manje od tisućljeća, ali je ostavio svijetli trag u povijesti. Unatoč činjenici da je željezo bilo poznato puno ranije, gotovo se nikada nije koristilo zbog svojih nedostataka u usporedbi s broncom. Uz to, potonje je bilo puno lakše dobiti, dok je taljenje rude bilo radno intenzivnije. Činjenica je da je izvorno željezo prilično rijetko, pa ne čudi da je napuštanje bronce bilo tako sporo.
Vrijednost vještina vađenja metala
Po analogiji s tim kako je ljudski predak prvi putnapravio instrument rada vežući oštar kamen za štap, pokazalo se da je prijelaz na novi materijal bio jednako grandiozan. Glavne prednosti metalnih proizvoda bile su u tome što ih je lakše izraditi, a postojala je i mogućnost popravka. Kamen, s druge strane, nema plastičnost i podatnost, pa se bilo koji alat od njega mogao izraditi samo na novo, nije ga bilo moguće popraviti.
Dakle, upravo je prijelaz na upotrebumetali doveli su do daljnjeg poboljšanja oruđa rada, pojave novih predmeta za domaćinstvo, ukrasa, koje prije nije bilo moguće izraditi. Sve je to dalo zamah tehničkom napretku i postavilo temelje za razvoj metalurgije.
Suvremene metode
Ako su u davna vremena ljudi znali samodobivanje metala iz ruda, ili bi se mogli zadovoljiti grumenovima, sada postoje i druge metode. Postali su mogući zahvaljujući razvoju kemije. Tako su se pojavila dva glavna smjera:
- Pirometalurgija. Razvoj je započeo ranije i povezan je s visokim temperaturama potrebnim za obradu materijala. Suvremene tehnologije na ovom području također omogućuju upotrebu plazme.
- Hidrometalurgija.Ovaj se smjer bavi ekstrakcijom elemenata iz ruda, otpada, koncentrata itd. Pomoću vode i kemijskih reagensa. Na primjer, vrlo raširena metoda uključuje proizvodnju metala elektrolizom; metoda cementiranja također je prilično popularna.
Postoji još jedna zanimljiva tehnologija.Zahvaljujući njoj postala je moguća proizvodnja plemenitih metala visoke čistoće i s minimalnim gubicima. Radi se o pročišćavanju. Taj je postupak jedna od vrsta rafiniranja, odnosno postupno odvajanje nečistoća. Na primjer, u slučaju zlata, talina je zasićena klorom, a platina je otopljena u mineralnim kiselinama, nakon čega slijedi izolacija s reagensima.
Inače, češće je proizvodnja metala elektrolizomprimjenjuje se samo ako topljenje ili oporaba nije ekonomski isplativo. Upravo se to događa s aluminijom i natrijem. Postoje i inovativnije tehnologije koje omogućuju dobivanje obojenih metala čak i iz prilično siromašnih ruda bez značajnih troškova, ali o tome će biti riječi malo kasnije.
O legurama
Većina metala poznatih u antici nisuuvijek zadovoljavao neke potrebe. Korozija, nedovoljna tvrdoća, lomljivost, lomljivost, lomljivost - svaki element u svom čistom obliku ima svojih nedostataka. Stoga je postalo neophodno pronaći nove materijale koji kombiniraju prednosti poznatih, odnosno pronaći načine za dobivanje metalnih legura. Danas postoje dvije glavne metode:
- Lijevanje. Talina miješanih komponenata se ohladi i kristalizira. Upravo je ova metoda omogućila dobivanje prvih uzoraka legura: bronce i mjedi.
- Pritiskom. Smjesa praha se podvrgava visokom tlaku, a zatim sinterira.
Daljnje poboljšanje
Posljednjih desetljeća najviše obećavačini se da se metali dobivaju biotehnologijom, prvenstveno uz pomoć bakterija. Već je postalo moguće vaditi bakar, nikal, cink, zlato i uran iz sulfidnih sirovina. Znanstvenici se nadaju da će mikroorganizme povezati s procesima poput ispiranja, oksidacije, sorpcije i taloženja. Osim toga, problem dubokog pročišćavanja otpadnih voda izuzetno je hitan, oni također pokušavaju pronaći rješenje za njega, uključujući sudjelovanje bakterija.
primjena
Bez metala i legura život uu obliku u kojem je to sada čovječanstvu poznato. Visoke zgrade, zrakoplovi, posuđe, ogledala, električni uređaji, automobili i još mnogo toga postoje samo zahvaljujući dalekom prijelazu ljudi s kamena na bakar, broncu i željezo.
Zbog svojih iznimnih električnih imetali toplinske vodljivosti koriste se u žicama i kabelima za razne svrhe. Zlato se koristi za stvaranje neoksidirajućih kontakata. Zbog svoje čvrstoće i tvrdoće, metali se široko koriste u građevinarstvu i za dobivanje najrazličitijih konstrukcija. Sljedeće je područje primjene instrumentalno. Za izradu radnog, često se koriste rezni dio, tvrde legure i posebne vrste čelika. Konačno, plemeniti metali visoko su cijenjeni kao materijal za nakit. Dakle, ima dosta aplikacija.
Zanimljivo za metale i legure
Upotreba ovih elemenata toliko je široka iima tako dugu povijest da ne čudi da se pojavljuju razne znatiželjne situacije. Na kraju treba navesti njih i samo nekoliko znatiželjnih činjenica:
- Prije svoje široke primjene, aluminij je bio vrlocijenjen. Pribor za jelo koji je Napoleon III koristio prilikom primanja gostiju izrađen je upravo od ovog materijala i bio je ponos monarha.
- Ime platine u prijevodu sa španjolskog znači"srebro". Element je dobio tako neugodno ime zbog relativno visokog tališta i, prema tome, nemogućnosti duljeg korištenja.
- U svom čistom obliku zlato je mekano i lako se može ogrebati noktom. Zato je za proizvodnju nakita legiran srebrom ili bakrom.
- Postoje legure sa zanimljivim svojstvom termoelastičnosti, odnosno efektom pamćenja oblika. Deformacijom i naknadnim zagrijavanjem vraćaju se u prvobitno stanje.
