Moderni čovjek je u svakodnevnom životu okružen raznim metalima. Većina artikala koje koristimo sadrži ove hemikalije. Sve se to dogodilo jer su ljudi pronašli razne načine za dobijanje metala.
Šta su metali
Neorganska hemija se bavi ovim vrijednim supstancama za ljude. Dobijanje metala omogućava osobi da stvara sve savršeniju tehnologiju koja poboljšava naše živote. Šta su oni? Prije razmatranja općih metoda za dobivanje metala, potrebno je razumjeti šta su oni. Metali su grupa hemijskih elemenata u obliku jednostavnih supstanci sa karakterističnim svojstvima:
• toplotna i električna provodljivost;
• visoka duktilnost;
• glitter.
Osoba ih može lako razlikovati od drugih supstanci. Karakteristična karakteristika svih metala je prisustvo posebnog sjaja. Dobiva se odbijanjem upadnih svjetlosnih zraka na površinu koja ih ne propušta. Sjaj je zajedničko svojstvo svih metala, ali je najizraženiji kod srebra.
UključenoDo danas su naučnici otkrili 96 takvih hemijskih elemenata, iako nisu svi priznati od strane službene nauke. Podijeljeni su u grupe ovisno o njihovim karakterističnim svojstvima. Sljedeći metali su izolovani na ovaj način:
• alkalna – 6;
• alkalna zemlja – 6;
• prelazni – 38;
• svjetlo – 11;
• polumetali – 7;
• Lantanidi – 14;
• aktinidi – 14.
Dobijanje metala
Da biste napravili leguru, prvo morate dobiti metal iz prirodne rude. Nativni elementi su one supstance koje se nalaze u prirodi u slobodnom stanju. To uključuje platinu, zlato, kalaj, živu. Od nečistoća se odvajaju mehanički ili uz pomoć hemijskih reagensa.
Drugi metali se kopaju preradom njihovih jedinjenja. Nalaze se u raznim fosilima. Rude su minerali i stijene, koje uključuju metalne spojeve u obliku oksida, karbonata ili sulfida. Za njihovo dobijanje koristi se hemijska obrada.
Metode za dobijanje metala:
• redukcija oksida ugljem;
• dobijanje kalaja iz limenog kamena;
• topljenje željezne rude;
• spaljivanje jedinjenja sumpora u specijalnim pećima.
Da bi se olakšalo vađenje metala iz rudnih stijena, dodaju im se različite tvari koje se nazivaju fluksovi. Pomažu u uklanjanju neželjenih nečistoća kao što su glina, krečnjak, pijesak. Kao rezultat ovog procesa dobijaju se topljiva jedinjenja,zove se dross.
U prisustvu značajne količine nečistoća, ruda se obogaćuje prije topljenja metala uklanjanjem velikog dijela nepotrebnih komponenti. Metode koje se najčešće koriste za ovaj tretman su flotacija, magnetna i gravitacija.
Alkalni metali
Masovna proizvodnja alkalnih metala je složeniji proces. To je zbog činjenice da se u prirodi nalaze samo u obliku kemijskih spojeva. Budući da su redukcioni agensi, njihova proizvodnja je praćena visokim troškovima energije. Postoji nekoliko načina za ekstrakciju alkalnih metala:
• Litijum se može dobiti iz njegovog oksida u vakuumu ili elektrolizom taline njegovog hlorida, nastalog tokom obrade spodumena.
• Natrijum se ekstrahuje kalcinacijom sode sa ugljem u dobro zatvorenim loncima ili elektrolizom taline hlorida uz dodatak kalcijuma. Prva metoda oduzima najviše vremena.
• Kalijum se dobija elektrolizom taline njegovih soli ili propuštanjem natrijumove pare kroz njegov hlorid. Takođe nastaje interakcijom rastopljenog kalijum hidroksida i tečnog natrijuma na temperaturi od 440°C.
• Cezijum i rubidijum se dobijaju redukovanjem njihovih hlorida sa kalcijumom na 700–800 °C ili cirkonijumom na 650 °C. Dobivanje alkalnih metala na ovaj način je izuzetno energetski intenzivno i skupo.
Razlike između metala i legura
U osnovi jasna granica između metala i njihovih legura praktično ne postoji, jer čak i najčistije, najjednostavnije supstance imajuodređene količine nečistoća. Koja je razlika između njih? Skoro svi metali koji se koriste u industriji i drugim sektorima nacionalne privrede koriste se u obliku legura dobijenih namenski dodavanjem drugih komponenti glavnom hemijskom elementu.
Legure
Tehnologija treba razne metalne materijale. U isto vrijeme, čisti hemijski elementi se praktički ne koriste, jer nemaju svojstva potrebna ljudima. Za naše potrebe izmislili smo različite načine dobijanja legura. Ovaj termin se odnosi na makroskopski homogen materijal koji se sastoji od 2 ili više hemijskih elemenata. U ovom slučaju u leguri prevladavaju metalne komponente. Ova supstanca ima svoju strukturu. U legurama se razlikuju sljedeće komponente:
• baza koja se sastoji od jednog ili više metala;
• mali dodaci modificirajućih i legirajućih elemenata;
• neuklonjene nečistoće (tehnološke, prirodne, nasumične).
Metalne legure su glavni strukturni materijal. U tehnologiji ih ima više od 5000.
Vrste legura
Uprkos tolikoj raznolikosti legura, one na bazi gvožđa i aluminijuma su od najveće važnosti za ljude. Najčešći su u svakodnevnom životu. Vrste legura su različite. Štaviše, podijeljeni su prema nekoliko kriterija. Stoga se koriste različite metode proizvodnje legura. Po ovom kriteriju se dijele na:
• Cast, kojidobijeno kristalizacijom iz taline miješanih komponenti.
• Prah, nastao presovanjem mešavine praha i zatim sinterovanjem na visokoj temperaturi. Štaviše, često komponente takvih legura nisu samo jednostavni hemijski elementi, već i njihova različita jedinjenja, kao što su titanijum ili volfram karbidi u tvrdim legurama. Njihovo dodavanje u određenim količinama mijenja svojstva metalnih materijala.
Metode za dobijanje legura u obliku gotovog proizvoda ili blanko se dele na:
• livnica (silumin, liveno gvožđe);
• kovani (čelici);
• prah (titan, volfram).
Vrste legura
Metode za dobijanje metala su različite, dok materijali napravljeni zahvaljujući njima imaju različita svojstva. U čvrstom stanju agregacije, legure su:
• Homogen (uniforman), koji se sastoji od kristala istog tipa. Često se nazivaju jednofaznim.
• Heterogeno (heterogeno), nazvano višefazno. Kada se dobiju, kao osnova legure uzima se čvrsti rastvor (matrična faza). Sastav heterogenih supstanci ovog tipa zavisi od sastava njegovih hemijskih elemenata. Takve legure mogu sadržavati sljedeće komponente: čvrste otopine intersticija i supstitucije, hemijska jedinjenja (karbidi, intermetalidi, nitridi), kristalite jednostavnih supstanci.
Svojstva legure
Bez obzira na to koje metode dobijanja metala i legura se koriste, njihova svojstva su u potpunosti određena kristalnimfazna struktura i mikrostruktura ovih materijala. Svaki od njih je drugačiji. Makroskopska svojstva legura zavise od njihove mikrostrukture. U svakom slučaju, razlikuju se od karakteristika njihovih faza, koje zavise isključivo od kristalne strukture materijala. Makroskopska homogenost heterogenih (višefaznih) legura dobijena je kao rezultat ujednačene distribucije faza u metalnoj matrici.
Najvažnije svojstvo legura je zavarljivost. Inače su identični metalima. Dakle, legure imaju toplotnu i električnu provodljivost, duktilnost i refleksivnost (sjaj).
Vorte legura
Različite metode dobijanja legura omogućile su čovjeku da izmisli veliki broj metalnih materijala različitih svojstava i karakteristika. Prema namjeni dijele se u sljedeće grupe:
• Konstrukcijski (čelik, duralumin, liveno gvožđe). U ovu grupu spadaju i legure sa posebnim svojstvima. Dakle, odlikuju ih intrinzična sigurnost ili svojstva protiv trenja. To uključuje mesing i bronzu.
• Za ležajeve (babit).
• Za električnu opremu za grijanje i mjerenje (nikrom, manganin).
• Za proizvodnju reznog alata (win).
U proizvodnji ljudi koriste i druge vrste metalnih materijala, kao što su topljive, otporne na toplotu, otporne na koroziju i amorfne legure. Magneti i termoelektrici (teluridi i selenidi bizmuta, olova, antimona i drugi) također se široko koriste.
Legura gvožđa
Praktično svo željezo istopljeno na Zemlji usmjereno je na proizvodnju jednostavnih i legiranih čelika. Takođe se koristi u proizvodnji gvožđa. Legure željeza su stekle svoju popularnost zbog činjenice da imaju svojstva koja su korisna za ljude. Dobiveni su dodavanjem različitih komponenti jednostavnom hemijskom elementu. Dakle, unatoč činjenici da se različite legure željeza izrađuju na bazi jedne tvari, čelici i liveno željezo imaju različita svojstva. Kao rezultat toga, pronalaze razne primjene. Većina čelika je tvrđa od livenog gvožđa. Različite metode za dobijanje ovih metala omogućavaju vam da dobijete različite vrste (brendove) ovih legura gvožđa.
Poboljšajte svojstva legure
Stapanjem određenih metala i drugih hemijskih elemenata mogu se dobiti materijali sa poboljšanim karakteristikama. Na primjer, granica tečenja čistog aluminija je 35 MPa. Prilikom dobijanja legure ovog metala sa bakrom (1,6%), cinkom (5,6%), magnezijumom (2,5%), ova brojka prelazi 500 MPa.
Kombinovanjem različitih proporcija različitih hemikalija, mogu se dobiti metalni materijali sa poboljšanim magnetnim, termičkim ili električnim svojstvima. Glavnu ulogu u ovom procesu igra struktura legure, a to je distribucija njenih kristala i vrsta veza između atoma.
Čelici i gvožđe
Ove legure se dobijaju kombinovanjem gvožđa i ugljenika (2%). U proizvodnji legiranih materijala dodaju senikl, hrom, vanadijum. Svi obični čelici su podijeljeni u vrste:
• niski ugljik (0,25% ugljika) koji se koristi za različite strukture;
• Visok sadržaj ugljenika (više od 0,55%) dizajniran za rezne alate.
Različiti razredi legiranih čelika se koriste u mašinstvu i drugim proizvodima.
Legura gvožđa sa ugljenikom, čiji je procenat 2-4%, naziva se liveno gvožđe. Ovaj materijal takođe sadrži silicijum. Različiti proizvodi sa dobrim mehaničkim svojstvima liveni su od livenog gvožđa.
Obojeni metali
Pored gvožđa, za izradu raznih metalnih materijala koriste se i drugi hemijski elementi. Kao rezultat njihove kombinacije dobivaju se legure obojenih metala. U životima ljudi, materijali zasnovani na:našli su najveću primjenu
• Bakar, nazvan mesing. Sadrže 5-45% cinka. Ako je njegov sadržaj 5-20%, tada se mesing naziva crvenim, a ako je 20-36% - žutim. Postoje legure bakra sa silicijumom, kalajem, berilijumom, aluminijumom. Zovu se bronze. Postoji nekoliko vrsta ovih legura.
• Olovo, koje je običan lem (tretnik). U ovoj leguri 2 dijela kalaja padaju na 1 dio ove kemikalije. Ležajevi se proizvode od babita, koji je legura olova, kalaja, arsena i antimona.
• Aluminijum, titan, magnezijum i berilijum, koji su lake legure obojenih metala visoke čvrstoće i odličnih mehaničkihsvojstva.
Načini dobijanja
Glavne metode za dobijanje metala i legura:
• Livnica, u kojoj se stvrdnjava homogena mješavina različitih rastopljenih komponenti. Za dobivanje legura koriste se pirometalurške i elektrometalurške metode dobivanja metala. U prvoj varijanti toplinska energija dobijena u procesu sagorijevanja goriva koristi se za zagrijavanje sirovine. Pirometalurškom metodom se proizvodi čelik u otvorenim pećima i liveno željezo u visokim pećima. Elektrometalurškom metodom sirovine se zagrijavaju u indukcijskim ili elektrolučnim pećima. Istovremeno, sirovina se vrlo brzo omekšava.
• Prah, u kojem se prahovi njegovih komponenti koriste za pravljenje legure. Zahvaljujući presovanju dobijaju određeni oblik, a zatim sinteruju u specijalnim pećima.
