Uprkos činjenici da se umjetno stvoreni materijali sve više koriste u industriji i svakodnevnom životu, još uvijek nije moguće odbiti korištenje metala. Imaju jedinstvenu kombinaciju svojstava, a legure vam omogućavaju da maksimalno iskoristite njihov potencijal. U kojim oblastima je proizvodnja i upotreba metala?
Karakteristika grupe elemenata
Metali se shvataju kao skup neorganskih hemikalija sa karakterističnim svojstvima. Oni obično uključuju sljedeće:
- visoka toplotna provodljivost;
- duktilnost, relativna lakoća obrade;
- relativno visoka tačka topljenja;
- dobra električna provodljivost;
- karakterističan "metalni" sjaj;
- uloga redukcijskog agensa u reakcijama;
- visoka gustina.
Naravno, nemaju svi elementi ove grupe sva ova svojstva, na primjer, živa je tečna na sobnoj temperaturi, galijum se topi od topline ljudskih ruku, a bizmut se teško može nazvati plastičnim. Ali generalno, sve ove karakteristike mogu se pratiti u ukupnosti metala.
Interna klasifikacija
Metali su uslovno podeljeni u nekoliko kategorija, od kojih svaka kombinuje elemente koji su po raznim parametrima najbliži jedan drugom. Razlikuju se sljedeće grupe:
- alkalna - 6;
- alkalna zemlja - 4;
- prijelazni - 38;
- light - 7;
- polumetali - 7;
- lantanoidi - 14+1;
- aktinidi - 14+1;
Od grupa su još dvije: berilijum i magnezijum. Tako, u ovom trenutku, od svih otkrivenih elemenata, 94 naučnika pripisuju metalima.
Pored toga, vrijedi spomenuti da postoje i druge klasifikacije. Po njima se posebno razmatraju plemeniti metali, metali platinske grupe, posttranzicijski, vatrostalni, crni i obojeni metali itd. Ovaj pristup ima smisla samo za određene svrhe, pa je pogodnije koristiti općeprihvaćenu klasifikaciju.
Historija računa
Čovječanstvo je kroz svoj razvoj usko povezano s obradom i upotrebom metala. Osim što su najčešći elementi, samo uz pomoć mehaničke obrade mogli su se izrađivati različiti proizvodi. Kako nije bilo vještina u radu s rudom, isprva se radilo samo o upotrebi grumenova. U početku je to bio meki metal, koji je dao ime bakrenom dobu, koje je zamijenilo kameno. U tom periodu razvijena je metoda hladnog kovanja. Topljenje je postalo moguće u nekim civilizacijama. Postepeno su ljudi savladali farbanjemetali kao što su zlato, srebro, kalaj.
Kasnije je bronzano doba zamijenilo bakreno doba. Trajao je oko 20 milenijuma i postao je prekretnica za čovječanstvo, jer je u tom periodu postalo moguće dobiti legure. Dolazi do postepenog razvoja metalurgije, poboljšavaju se metode dobijanja metala. Međutim, u 13-12 st. BC e. došlo je do takozvanog bronzanog kolapsa, koji je označio početak gvozdenog doba. Vjerovatno je to bilo zbog iscrpljivanja rezervi kalaja. A olovo i živa, otkriveni u to vrijeme, nisu mogli postati zamjena za bronzu. Tako su ljudi morali razviti proizvodnju metala iz ruda.
Sljedeći period nije trajao dugo - manje od jednog milenijuma, ali je ostavio blistav trag u istoriji. Uprkos činjenici da je gvožđe bilo poznato mnogo ranije, gotovo nikada nije korišćeno zbog svojih nedostataka u odnosu na bronzu. Osim toga, ovo drugo je bilo mnogo lakše dobiti, dok je topljenje rude bilo radno intenzivnije. Činjenica je da je prirodno gvožđe prilično retko, tako da ne čudi što je napuštanje bronze bilo tako sporo.
Značenje vještina vađenja metala
Slično kao što je ljudski predak prvi put napravio alat vezivanjem oštrog kamena za štap, prelazak na novi materijal pokazao se jednako grandioznim. Glavne prednosti metalnih proizvoda bile su u tome što su se lakše pravili i popravljali. Kamen nema plastičnost i savitljivost, tako dasvako oružje od njega se moglo samo iznova napraviti, nije se moglo popraviti.
Tako je prelazak na upotrebu metala doveo do daljeg usavršavanja alata, pojave novih predmeta za domaćinstvo, ukrasa, koje je ranije bilo nemoguće napraviti. Sve je to dalo podsticaj tehnološkom napretku i postavilo temelje za razvoj metalurgije.
Moderne metode
Ako su ljudi u stara vremena bili upoznati samo sa dobijanjem metala iz ruda, ili su se mogli zadovoljiti grumenima, sada postoje drugi načini. One su postale moguće zahvaljujući razvoju hemije. Tako su se pojavila dva glavna pravca:
- Pyrometallurgy. Ranije je započeo svoj razvoj i povezan je s visokim temperaturama potrebnim za obradu materijala. Moderna tehnologija u ovoj oblasti omogućava i upotrebu plazme.
- Hidrometalurgija. Ovaj pravac se bavi vađenjem elemenata iz ruda, otpada, koncentrata itd. upotrebom vode i hemijskih reagensa. Na primjer, metoda koja uključuje proizvodnju metala elektrolizom je izuzetno česta, a metoda karburizacije je također prilično popularna.
Postoji još jedna zanimljiva tehnologija. Dobivanje plemenitih metala visoke čistoće i uz minimalne gubitke postalo je moguće zahvaljujući tome. Radi se o prefinjenosti. Ovaj proces je jedna od vrsta rafiniranja, odnosno postepenog odvajanja nečistoća. Na primjer, u slučaju zlata koristi se zasićenje taline hlorom, a platina se rastvara umineralne kiseline nakon čega slijedi izolacija reagensima.
Usput, dobijanje metala elektrolizom najčešće se koristi ako topljenje ili oporavak nije ekonomski isplativo. Upravo to se dešava sa aluminijumom i natrijumom. Postoje i inovativnije tehnologije koje omogućavaju dobijanje obojenih metala čak i iz prilično siromašnih ruda bez značajnih troškova, ali o tome ćemo malo kasnije.
O legurama
Većina metala poznatih u antici nije uvijek zadovoljavala neke potrebe. Korozija, nedovoljna tvrdoća, lomljivost, lomljivost, lomljivost - svaki element u svom čistom obliku ima svoje nedostatke. Stoga je postalo neophodno pronaći nove materijale koji kombiniraju prednosti poznatih, odnosno pronaći načine za dobivanje metalnih legura. Danas postoje dvije glavne metode:
- Casting. Rastopljena mešavina komponenti se hladi i kristalizuje. Ova metoda je omogućila da se dobiju prvi uzorci legura: bronza i mesing.
- Pritiskanje. Smjesa prahova se podvrgava visokom pritisku i zatim sinteruje.
Dalje poboljšanje
Posljednjih decenija najperspektivnija je proizvodnja metala biotehnologijom, prvenstveno uz pomoć bakterija. Već je postalo moguće ekstrahovati bakar, nikl, cink, zlato i uranijum iz sulfidnih sirovina. Naučnici se nadaju da će povezati mikroorganizme s procesima kao što su ispiranje, oksidacija, sorpcija i precipitacija. Osim toga, izuzetno je važnoproblem dubinskog prečišćavanja otpadnih voda, i za ovo pokušavaju pronaći rješenje koje uključuje učešće bakterija.
Prijava
Bez metala i legura, život u obliku u kojem je sada poznat čovječanstvu bio bi nemoguć. Visoke zgrade, avioni, posuđe, ogledala, električni aparati, automobili i još mnogo toga postoje samo zahvaljujući dalekoj tranziciji ljudi od kamena do bakra, bronce i gvožđa.
Zbog njihove izuzetne električne i toplotne provodljivosti, metali se koriste u žicama i kablovima u različite svrhe. Zlato se koristi za stvaranje neoksidirajućih kontakata. Zbog svoje čvrstoće i tvrdoće, metali se široko koriste u građevinarstvu i za razne strukture. Drugo područje primjene je instrumentalno. Za proizvodnju radnog, na primjer, reznog dijela, često se koriste tvrde legure i posebne vrste čelika. Konačno, plemeniti metali su visoko cijenjeni kao materijal za izradu nakita. Dakle, ima dosta aplikacija.
Zanimljivo o metalima i legurama
Upotreba ovih elemenata je toliko rasprostranjena i ima tako dugu istoriju da nije iznenađujuće da se javljaju razne neobične situacije. Njih i samo par zanimljivih činjenica treba navesti na kraju:
- Prije široke upotrebe, aluminijum je bio veoma cijenjen. Pribor za jelo, koji je Napoleon III koristio prilikom primanja gostiju, napravljen je od ovog materijala i bio je predmetponos monarha.
- Ime platina na španskom znači "srebro". Element je dobio tako neugodno ime zbog relativno visoke tačke topljenja i zbog toga zbog nemogućnosti da se koristi dugo vremena.
- U svom najčistijem obliku, zlato je meko i lako se grebe noktom. Zato se legira sa srebrom ili bakrom za izradu nakita.
- Postoje legure sa zanimljivim svojstvom termoelastičnosti, odnosno efektom memorije oblika. Kada se deformišu, a zatim zagreju, vraćaju se u prvobitno stanje.
