ייצור מתכות ושימושם

למרות יותר ויותר בתעשייהחומרים מלאכותיים משמשים בחיי היומיום, זה עדיין לא ניתן לנטוש את השימוש של מתכות. יש להם שילוב ייחודי של תכונות, וסגסוגות מאפשרים לך למקסם את הפוטנציאל שלהם. באילו תחומים ניתן לייצר ולהשתמש במתכות?

קבוצה אופיינית של אלמנטים

תחת מתכות להבין את סט של כימיקלים אנאורגניים עם תכונות אופייניות. הם כוללים בדרך כלל את הדברים הבאים:

• מוליכות תרמית גבוהה;
• פלסטיות, קלות עיבוד יחסית;
• נקודת התכה גבוהה יחסית;
• מוליכות חשמלית טובה;
• אופייני "מתכתי" ברק;
• תפקידו של הסוכן הפוחת בתגובות;
• צפיפות גבוהה.

כמובן, לא כל האלמנטים של הקבוצה הזו מחזיקיםעם כל התכונות הללו, למשל, כספית נוזלית בטמפרטורת החדר, גליום נמס מחום הידיים האנושיות, וביסמוט בקושי יכול להיקרא פלסטיק. אך באופן כללי, ניתן לאתר את כל התכונות הללו במצטבר המתכות.

סיווג פנימי

מתכות מחולקות באופן מקובל למספר קטגוריות שכל אחת מהן משלבת את האלמנטים הקרובים ביותר זה לזה בפרמטרים שונים. הקבוצות הבאות נבדלות:

• אלקליין - 6;
• אדמה אלקליין - 4;
• מעבר - 38;
• ריאות - 7;
• חצי מתכות - 7;
• לנתנידים - 14 + 1;
• אקטינידים - 14 + 1;

שניים נוספים נותרו מחוץ לקבוצות: בריליום ומגנזיום. כך, כרגע, מכל היסודות שהתגלו, 94 מדענים מתייחסים למתכות.

כמו כן, ראוי להזכיר שיש אחריםמִיוּן. לדבריהם, מתכות אצילות, מתכות מקבוצות פלטינה, מתכות שלאחר המעבר, מתכות עקשן, ברזליות ולא ברזליות וכו 'נחשבות בנפרד. גישה זו הגיונית רק למטרות מסוימות, ולכן נוח יותר להשתמש במקובל הכללי. מִיוּן.

היסטוריית קבלות

האנושות לאורך התפתחותההיה קשור קשר הדוק לעיבוד ושימוש במתכות. מלבד העובדה שהתבררו שהם האלמנטים הנפוצים ביותר, ניתן היה לייצר מהם מוצרים שונים רק בעזרת עיבוד מכני. מכיוון שכישורי העבודה עם עפרות עדיין לא היו זמינים, בהתחלה זה היה רק ​​על השימוש בנאגטס. בתחילה הייתה זו מתכת רכה, שהעניקה את שמה לעידן הנחושת, שהחליף את תקופת האבן. בתקופה זו פותחה שיטת הפרזול הקרה. התכה התרחשה בכמה תרבויות. בהדרגה אנשים שלטו בייצור מתכות לא ברזליות כמו זהב, כסף ופח.

מאוחר יותר, תקופת הנחושת הוחלפה בתקופת הברונזה.זה נמשך כ -20 אלף שנה והפך לנקודת מפנה לאנושות, שכן בתקופה זו התאפשר להשיג סגסוגות. יש התפתחות הדרגתית של מטלורגיה, שיפור השיטות להשיג מתכות. עם זאת, במאות 13-12. לִפנֵי הַסְפִירָה ה. קריסת הברונזה כביכול אירעה, שסימנה את תחילת תקופת הברזל. זה נובע כביכול מהידלדלות עתודות הפח. ועופרת וכספית, שהתגלו בתקופה זו, לא יכלו להפוך לתחליף לארד. אז אנשים נאלצו לפתח ייצור מתכות מעפרות.

התקופה הבאה לא ארכה זמן רב -פחות מאלף, אבל השאיר חותם בהיר בהיסטוריה. למרות העובדה שברזל היה ידוע הרבה יותר מוקדם, כמעט ולא נעשה בו שימוש מעולם בגלל חסרונותיו בהשוואה לארד. בנוסף, קל היה להשיג את האחרון, ואילו התכת עפרות הייתה אינטנסיבית יותר. העובדה היא שברזל מקומי הוא די נדיר, ולכן אין זה מפתיע שנטישת הארד הייתה כה איטית.

הערך של כישורי מיצוי מתכות

בהקבלה לאופן שבו קדמון אנושי בפעם הראשונהיצר כלי עבודה על ידי קשירת אבן חדה למקל, המעבר לחומר חדש התגלה כגרנדיוזי באותה מידה. היתרונות העיקריים של מוצרי מתכת היו שהם קלים יותר לייצור, והייתה גם אפשרות לתיקון. לאבן, לעומת זאת, אין פלסטיות וגמישות, כך שכל כלי ממנה יכול היה להיעשות רק מחדש, לא ניתן היה לתקן אותם.

לפיכך, זה בדיוק המעבר לשימושמתכות הובילו לשיפור נוסף של כלים, הופעתם של חפצי בית חדשים, קישוטים, שקודם לכן לא ניתן היה להכין. כל אלה נתנו תנופה להתקדמות הטכנית והניחו את הבסיס להתפתחות המטלורגיה.

שיטות מודרניות

אם בימי קדם אנשים ידעו רקהשגת מתכות מעפרות, או שהן יכולות להסתפק בנאגטס, עכשיו ישנן שיטות אחרות. הם התאפשרו הודות להתפתחות הכימיה. כך הופיעו שני כיוונים עיקריים:

• פירומטלורגיה. היא החלה את פיתוחה מוקדם יותר והיא קשורה לטמפרטורות הגבוהות הנדרשות לעיבוד החומר. טכנולוגיות מודרניות בתחום זה מאפשרות גם שימוש בפלזמה.
• הידרומטלורגיה.כיוון זה עוסק בהפקת יסודות מעפרות, פסולת, תרכיזים וכו 'באמצעות מים וכימיקלים כימיים. לדוגמא, שיטה רחבה מאוד כוללת ייצור מתכות באמצעות אלקטרוליזה; שיטת הצמנט גם היא די פופולרית.

יש עוד טכנולוגיה מעניינת אחת.בזכותה התאפשר ייצור של מתכות יקרות בעלות טוהר גבוה ובמינימום הפסדים. זה על זיקוק. תהליך זה הוא אחד מסוגי הזיקוק, כלומר ההפרדה ההדרגתית של זיהומים. לדוגמא, במקרה של זהב, ההיתוך רווי בכלור, ופלטינה מומסת בחומצות מינרליות, ואחריהן בידוד עם ריאגנטים.

אגב, ייצור מתכות באמצעות אלקטרוליזה הוא לעתים קרובות יותרחל רק אם התכה או התאוששות אינם כדאיים כלכלית. זה בדיוק מה שקורה עם אלומיניום ונתרן. ישנן גם טכנולוגיות חדשניות יותר המאפשרות להשיג מתכות לא ברזליות אפילו מעפרות ירודות למדי ללא עלויות משמעותיות, אך על כך נדון מעט מאוחר יותר.

על סגסוגות

רוב המתכות הידועות בעת העתיקה אינןתמיד ענה על צרכים מסוימים. קורוזיה, קשיות לא מספקת, שבירות, שבריריות, שבריריות - לכל יסוד בצורתו הטהורה יש חסרונות. לכן, היה צורך למצוא חומרים חדשים המשלבים את היתרונות של הידועים, כלומר למצוא דרכים להשיג סגסוגות מתכת. כיום ישנן שתי שיטות עיקריות:

• יְצִיקָה. המסת הרכיבים המעורבים מקוררת ומתגבשת. שיטה זו היא שאפשרה להשיג את הדגימות הראשונות של סגסוגות: ברונזה ופליז.
• לחיצה. תערובת האבקות מופעלת בלחץ גבוה ואז מחוטטת.

שיפור נוסף

בעשורים האחרונים, הכי מבטיחנראה כי מתכות מתקבלות באמצעות ביוטכנולוגיה, בעיקר בעזרת חיידקים. כבר התאפשר להפיק נחושת, ניקל, אבץ, זהב ואורניום מחומרי הגלם הגופרית. מדענים מקווים לחבר מיקרואורגניזמים לתהליכים כמו שטיפה, חמצון, ספיגה ושקעים. בנוסף, בעיית הטיפול בשפכים עמוקים היא דחופה ביותר: הם מנסים למצוא לה פיתרון הכרוך בהשתתפות חיידקים.

יישום

ללא מתכות וסגסוגות, החיים בבצורה בה הוא ידוע כיום לאנושות. בניינים רבי קומות, מטוסים, כלים, מראות, מוצרי חשמל, מכוניות ועוד הרבה קיימים רק בזכות המעבר הרחוק של אנשים מאבן לנחושת, ארד וברזל.

בשל החשמל החיצוני שלה ומתכות מוליכות תרמית משמשות בחוטים וכבלים למטרות שונות. זהב משמש ליצירת קשרים שאינם מחמצנים. בשל חוזקם וקשיותם, נעשה שימוש נרחב במתכות בבנייה ולקבלת מגוון רחב של מבנים. תחום יישום נוסף הוא אינסטרומנטלי. לייצור עבודה, למשל, משתמשים לעתים קרובות בחלק חיתוך, סגסוגות קרביד וסוגים מיוחדים של פלדה. לבסוף, מתכות יקרות נחשבות מאוד כחומר לתכשיטים. אז יש הרבה יישומים.

מעניין מתכות וסגסוגות

השימוש באלמנטים אלה הוא כה רחב ובעל היסטוריה כה ארוכה, עד כי אין זה מפתיע שמצבים מוזרים שונים מתעוררים. בסופו של דבר יש לציין אותם ורק כמה עובדות מוזרות:

• לפני השימוש הנרחב בה, אלומיניום היה מאודמוערך. הסכו"ם ששימש נפוליאון השלישי בקבלת אורחים היה עשוי ממש חומר זה והיה גאוותו של המלך.
• פירוש שם פלטינה שתורגם מספרדית"כסף". האלמנט קיבל שם לא מחמיא כל כך בשל נקודת ההיתוך הגבוהה יחסית, ולכן חוסר האפשרות להשתמש בו לאורך זמן.
• בצורתו הטהורה, זהב רך וניתן לשרוט אותו בקלות עם ציפורן. לכן, לייצור תכשיטים, הם מוגדרים בכסף או נחושת.
• יש סגסוגות בעלות מאפיין מעניין של גמישות תרמית, כלומר אפקט זיכרון הצורה. עם עיוות וחימום שלאחר מכן, הם חוזרים למצבם המקורי.