Pregătirea metalelor și utilizarea lor

În ciuda faptului că mai multe și mai industriale și acasă folosesc materiale artificiale, să renunțe la folosirea metalelor nu este încă posibilă. Ele au o combinație unică de proprietăți, iar aliajele permit utilizarea maximă a potențialului lor. În ce domenii este producția și utilizarea metalelor?

Caracteristicile unui grup de elemente

Metalul înseamnă un set de substanțe chimice anorganice care au proprietăți caracteristice. De obicei, acestea includ următoarele:

• conductivitate termică ridicată;
• plasticitate, ușurința relativă de prelucrare;
• un punct relativ ridicat de topire;
• conductivitate electrică bună;
• caracteristică "luciu metalic";
• rolul agentului reducător în reacții;
• densitate mare.

Desigur, nu toate elementele acestui grup posedă toate aceste proprietăți, de exemplu, mercurul la temperatura camerei este lichid, galiul se topește din căldura mâinilor umane și bismutul nu poate fi numit plastic. Dar, în general, toate aceste trăsături sunt trasate în agregatul de metale.

Clasificarea internă

Metalele sunt în mod obișnuit împărțite în mai multe categorii, fiecare combinând elementele cele mai apropiate unul cu celălalt în diferiți parametri. Există următoarele grupuri:

• alcalin - 6;
• pământ alcalin - 4;
• tranzitorie - 38;
• plămânii - 7;
• semimetale - 7;
• lantanide - 14 + 1;
• actinide - 14 + 1;

În afara grupurilor există încă două: beriliu și magneziu. Astfel, în prezent, printre toate elementele deschise, 94 oameni de știință sunt numiți metale.

În plus, merită menționat faptul că există și alte clasificări. Potrivit acestora, metalele nobile, metalele din grupul de platină, post-tranziția, refractarul, negrul și culoarea sunt considerate separat etc. Această abordare are sens doar în anumite scopuri, deci este mai convenabil să se utilizeze clasificarea general acceptată.

Istoricul primirii

Omenirea pe parcursul dezvoltării sale a fost strâns asociată cu prelucrarea și utilizarea metalelor. În afară de a fi elementele cele mai comune, acestea ar putea fi folosite pentru a produce diferite produse numai cu ajutorul prelucrării mecanice. Deoarece nu existau abilități de a lucra cu minereu, la început am vorbit doar despre folosirea nuggeturilor. La început a fost un metal moale, care a dat numele epocii de cupru, care a înlocuit piatra. În această perioadă sa dezvoltat o metodă de forjare la rece. În unele civilizații, topirea a devenit posibilă. Treptat, oamenii au stăpânit producția de metale neferoase, cum ar fi aurul, argintul, staniu.

Mai târziu, cuprul a fost înlocuit bronz de vârstă. A durat aproximativ 20 de mii de ani și a devenit un punct de cotitură pentru omenire, deoarece în această perioadă a devenit posibilă obținerea de aliaje. Există o dezvoltare treptată a metalurgiei, îmbunătățind metode de obținere a metalelor. Cu toate acestea, în secolele XII-XII, BC. e. a existat un așa numit colaps de bronz, care a marcat începutul Vârsta de fier. Acest lucru se datorează, probabil, epuizării stocurilor de staniu. Și plumbul și mercurul, descoperit în acest moment, nu au putut deveni un înlocuitor pentru bronz. Deci, oamenii trebuiau să dezvolte producția de metale din minereuri.

Următoarea perioadă a durat o perioadă relativ scurtă - mai puțin de un mileniu, dar a lăsat un semn luminos în istorie. În ciuda faptului că fierul era cunoscut mai devreme, acesta nu era aproape folosit din cauza dezavantajelor sale comparativ cu bronzul. În plus, acesta din urmă a fost mult mai ușor de obținut, în timp ce topirea minereului a fost mai intensă pentru muncă. Lucrul este că fierul nativ este rar, deci nu este surprinzător faptul că respingerea bronzului a avut loc atât de încet.

Importanța abilităților de extragere a metalelor

Prin analogie cu modul în care strămoșul omului a făcut pentru prima oară un instrument de muncă, legând o piatră ascuțită unui băț, trecerea la un material nou a fost la fel de grandioasă. Principalele avantaje ale produselor metalice au fost că ele erau mai ușor de realizat și că există și posibilitatea de fixare. Piatra nu are plasticitate și maleabilitate, astfel încât orice unelte din el să poată fi făcute din nou, nu au putut fi reparate.

Astfel, trecerea la utilizarea metalelor a dus la îmbunătățirea în continuare a instrumentelor muncii, apariția unor noi obiecte din viața de zi cu zi, ornamente, pe care era imposibil să le producem înainte. Toate acestea au dat impuls progresului tehnic și au pus bazele dezvoltării metalurgiei.

Metode moderne

Dacă în vremurile antice oamenii erau familiarizați numai cu obținerea de metale din minereuri, sau ar putea fi mulțumiți de nuggeturi, atunci există și alte modalități. Acestea au devenit posibile datorită dezvoltării chimiei. Astfel, au existat două direcții principale:

• Pyrometallurgy. A început dezvoltarea mai devreme și este asociată cu temperaturile ridicate necesare pentru prelucrarea materialului. Tehnologiile moderne din acest domeniu permit, de asemenea, utilizarea plasmei.
• Hidrometalurgia. Această direcție se referă la extracția elementelor din minereuri, deșeuri, concentrate etc., cu ajutorul reactivilor de apă și chimici. De exemplu, metoda care implică producerea de metale prin electroliză este extrem de comună, iar metoda de cimentare este, de asemenea, destul de populară.

Există o altă tehnologie interesantă. Producția de metale prețioase de mare puritate și cu pierderi minime a devenit posibilă datorită acesteia. E vorba de rafinare. Acest proces este unul dintre tipurile de rafinare, adică separarea treptată a impurităților. De exemplu, în cazul aurului, se utilizează saturația topiturii cu clor și platina se dizolvă în acizi minerali, urmată de izolarea cu reactivi.

Apropo, producția de metale prin electroliză este cea mai des utilizată, dacă topirea sau recuperarea este economic neprofitabilă. Acesta este cazul cu aluminiu și sodiu. Există, de asemenea, mai multe tehnologii inovatoare care fac posibilă producerea metalelor neferoase, chiar și din minele destul de sărace, fără costuri semnificative, dar acest lucru va fi discutat puțin mai târziu.

Despre aliaje

Majoritatea metalelor cunoscute în antichitate nu îndeplinesc întotdeauna anumite 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 combină avantajele unui bine-cunoscut, care este de a găsi modalități de a produce aliaje metalice. Până în prezent, există două metode principale:

• Casting. Topitura componentelor mixte este răcită și cristalizată. Această metodă a făcut posibilă obținerea primelor probe de aliaje: bronz și alamă.
• Apăsarea. Amestecul de pulberi este supus unei presiuni ridicate și apoi este sinterizat.

Îmbunătățiri suplimentare

În ultimele decenii, cea mai promițătoare pare să fie producția de metale folosind biotehnologia, în primul rând cu ajutorul bacteriilor. A devenit deja posibilă extragerea cuprului, a nichelului, a zincului, a aurului și a uraniului din materiile prime sulfură. Oamenii de știință speră să conecteze microorganismele la procese precum leșiere, oxidare, sorbție și precipitații. În plus, problema curățării apei uzate adânci este extrem de actuală, pentru că și ea încearcă să găsească o soluție care implică participarea bacteriilor.

cerere

Fără metale și aliaje, viața nu ar fi posibilă în forma în care acum este cunoscută omenirii. Casele de înaltă altitudine, avioanele, vasele, oglinzile, aparatele electrice, mașinile și multe alte lucruri există numai datorită unei tranziții îndepărtate a oamenilor de la piatră la cupru, bronz și fier.

Datorită proprietăților electrice și de excepție conductivitatea metalelor Acestea sunt utilizate în fire și cabluri pentru diverse scopuri. Aurul este folosit pentru a face contacte neoxidabile. Datorită rezistenței sale și duritate metale utilizate pe scară largă în construcții și pentru obținerea unei varietăți de modele. Un alt domeniu de aplicare este instrumental. Aliajele metalice grele și tipurile speciale de oțel sunt adesea folosite pentru a face partea de lucru, de exemplu, partea de tăiere. În cele din urmă, metalele prețioase sunt foarte apreciate ca un material pentru bijuterii. Există o mulțime de aplicații.

Interesant despre metale și aliaje

Folosirea acestor elemente este atât de răspândită și are o istorie atât de lungă încât nu este surprinzător faptul că apar diverse situații curioase. Ele și doar câteva fapte interesante și ar trebui să fie aduse la sfârșit:

• Înainte de folosirea pe scară largă, aluminiul era foarte apreciat. Tacârul folosit de Napoleon al III-lea pentru a primi oaspeții a fost făcut din acest material și a fost mândria monarhului.
• Numele de platină în limba spaniolă înseamnă "argint". Un astfel de element de nume nefondrat a fost primit din cauza punctului de topire relativ ridicat și, prin urmare, a incapacității de a se aplica pentru o perioadă lungă de timp.
• În formă pură, aurul este moale și poate fi ușor zgâriat cu unghia. De aceea, pentru a face bijuterii, este cuplat cu argint sau cupru.
• Există aliaje cu o proprietate curioasă a termoelasticității, adică efectul de "memorie" al formei. Odată cu deformarea și încălzirea ulterioară, ei se reîntorc în starea inițială.