Huolimatta siitä, että keinotekoisesti luotuja materiaaleja käytetään yhä enemmän teollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä, metallien käytöstä ei ole vielä mahdollista kieltäytyä. Niissä on ainutlaatuinen yhdistelmä ominaisuuksia, ja seosten avulla voit maksimoida niiden potentiaalin. Millä alueilla metallien tuotanto ja käyttö tapahtuu?
Elementtiryhmälle ominaista
Metallit ymmärretään joukoksi epäorgaanisia kemikaaleja, joilla on tunnusomaisia ominaisuuksia. Ne sisältävät yleensä seuraavat:
- korkea lämmönjohtavuus;
- sitkeys, suhteellinen työstön helppous;
- suhteellisen korkea sulamispiste;
- hyvä sähkönjohtavuus;
- ominainen "metallinen" kiilto;
- pelkistimen rooli reaktioissa;
- korkea tiheys.
Kaikilla tämän ryhmän elementeillä ei tietenkään ole kaikkia näitä ominaisuuksia, esimerkiksi elohopea on nestemäistä huoneenlämmössä, gallium sulaa ihmiskäsien lämmöstä ja vismuttia tuskin voi kutsua muoviksi. Mutta yleisesti ottaen kaikki nämä ominaisuudet voidaan jäljittää metallien kokonaisuudesta.
Sisäinen luokitus
Metallit on ehdollisesti jaettu useisiin luokkiin, joista jokainen yhdistää elementtejä, jotka ovat lähimpänä toisiaan eri parametreissä. Erotetaan seuraavat ryhmät:
- emäksinen - 6;
- maa-alkali - 4;
- siirtymävaihe - 38;
- valo - 7;
- puolimetallit - 7;
- lantanidit - 14+1;
- aktinidit - 14+1;
Ryhmistä on kaksi muuta: beryllium ja magnesium. Tällä hetkellä kaikista löydetyistä alkuaineista 94 tutkijaa lukee metallien syyn.
Lisäksi on syytä mainita, että on olemassa muita luokituksia. Niiden mukaan jalometallit, platinaryhmän metallit, siirtymäkauden jälkeiset metallit, tulenkestävät metallit, rauta- ja ei-rautametallit jne. Tämä lähestymistapa on järkevä vain tiettyihin tarkoituksiin, joten on helpompi käyttää yleisesti hyväksyttyä luokitusta..
Kuittihistoria
Ihmiskunta on koko kehityksensä ajan liittynyt läheisesti metallien käsittelyyn ja käyttöön. Sen lisäksi, että ne olivat yleisimpiä elementtejä, niistä voitiin valmistaa erilaisia tuotteita vain mekaanisen käsittelyn avulla. Koska malmin kanssa työskentelyssä ei ollut taitoja, oli aluksi kyse vain kimpaleiden käytöstä. Aluksi se oli pehmeä metalli, joka antoi nimensä kuparikaudelle, joka korvasi kiven. Tänä aikana kehitettiin kylmätaontamenetelmä. Sulatus on tullut mahdolliseksi joissakin sivilisaatioissa. Vähitellen ihmiset oppivat värjäämäänmetallit, kuten kulta, hopea, tina.
Myöhemmin pronssikausi korvasi kuparikauden. Se kesti noin 20 tuhatta vuotta ja siitä tuli käännekohta ihmiskunnalle, koska juuri tänä aikana oli mahdollista saada metalliseoksia. Metallurgia kehittyy asteittain, metallien hankintamenetelmiä parannetaan. Kuitenkin 13-12-luvuilla. eKr e. tapahtui niin sanottu pronssin romahdus, joka merkitsi rautakauden alkua. Tämä johtui oletettavasti tinavarantojen ehtymisestä. Ja tuolloin löydetyt lyijy ja elohopea eivät voineet korvata pronssia. Joten ihmisten oli kehitettävä metallien tuotantoa malmeista.
Seuraava kausi ei kestänyt kauan - alle vuosituhannen, mutta jätti kirkkaan jäljen historiaan. Huolimatta siitä, että rauta tunnettiin paljon aikaisemmin, sitä ei melkein koskaan käytetty sen puutteen vuoksi pronssiin verrattuna. Lisäksi jälkimmäinen oli paljon helpompi saada, kun taas malmin sulattaminen oli työvoimav altaisempaa. Tosiasia on, että alkuperäinen rauta on melko harvinaista, joten ei ole yllättävää, että pronssista luopuminen on ollut niin hidasta.
Metallin louhintataitojen merkitys
Samalla tavalla kuin ihmisen esi-isä alun perin teki työkalun sitomalla terävän kiven tikkuun, siirtyminen uuteen materiaaliin osoittautui aivan yhtä suureksi. Metallituotteiden tärkeimmät edut olivat helpompi valmistaa ja korjata. Kivellä ei ole plastisuutta ja muokattavuutta, jotenmitään aseita siitä voitiin valmistaa vain uudelleen, niitä ei voitu korjata.
Siten siirtyminen metallien käyttöön johti työkalujen edelleen parantamiseen, uusien taloustavaroiden, koristeiden syntymiseen, joita aiemmin oli mahdotonta tehdä. Kaikki tämä antoi sysäyksen teknologiselle kehitykselle ja loi pohjan metallurgian kehitykselle.
Modernit menetelmät
Jos muinaisina aikoina ihmiset tunsivat vain metallien saamisen malmeista tai tyytyivät kimpaleisiin, niin nykyään on muitakin tapoja. Ne tulivat mahdollisiksi kemian kehityksen ansiosta. Siten ilmestyi kaksi pääsuuntaa:
- Pyrometallurgia. Se aloitti kehitystyönsä aikaisemmin ja liittyy materiaalin käsittelyyn vaadittaviin korkeisiin lämpötiloihin. Nykyaikainen tekniikka tällä alueella mahdollistaa myös plasman käytön.
- Hydrometallurgia. Tämä suuntaus harjoittaa alkuaineiden uuttamista malmeista, jätteistä, rikasteista jne. käyttämällä vettä ja kemiallisia reagensseja. Esimerkiksi menetelmä, johon liittyy metallien valmistus elektrolyysillä, on erittäin yleinen, ja myös hiiletysmenetelmä on melko suosittu.
On toinenkin mielenkiintoinen tekniikka. Sen ansiosta on mahdollista saada erittäin puhtaita ja minimaalisia häviöitä jalometallit. Kyse on hienostumisesta. Tämä prosessi on yksi puhdistuksen tyypeistä, toisin sanoen epäpuhtauksien asteittaisesta erottamisesta. Esimerkiksi kullan tapauksessa käytetään sulatteen kyllästämistä kloorilla ja platina liuotetaanmineraalihapot ja sen jälkeen eristäminen reagensseilla.
Muuten, metallien saamista elektrolyysillä käytetään useimmiten, jos sulatus tai t alteenotto ei ole taloudellisesti kannattavaa. Juuri näin tapahtuu alumiinin ja natriumin kanssa. On olemassa myös innovatiivisempia teknologioita, jotka mahdollistavat ei-rautametallien saamisen jopa melko köyhistä malmeista ilman merkittäviä kustannuksia, mutta puhumme tästä hieman myöhemmin.
Tietoja seoksista
Useimmat antiikin aikana tunnetuista metalleista eivät aina vastanneet tiettyjä tarpeita. Korroosio, riittämätön kovuus, hauraus, hauraus, hauraus - jokaisella elementillä sen puhtaassa muodossa on haittapuolensa. Siksi tuli tarpeelliseksi löytää uusia materiaaleja, joissa yhdistyvät tunnettujen edut, eli löytää tapoja saada metalliseoksia. Nykyään on olemassa kaksi päämenetelmää:
- Casting. Sekoitettujen komponenttien sula jäähdytetään ja kiteytetään. Juuri tällä menetelmällä oli mahdollista saada ensimmäiset näytteet seoksista: pronssi ja messinki.
- Painataan. Jauheseos altistetaan korkealle paineelle ja sitten sintrataan.
Lisäparannuksia
Viime vuosikymmeninä lupaavin on metallien tuotanto bioteknologian avulla, ensisijaisesti bakteerien avulla. Kuparin, nikkelin, sinkin, kullan ja uraanin erottaminen rikkiraaka-aineista on jo mahdollista. Tutkijat toivovat yhdistävänsä mikro-organismeja prosesseihin, kuten huuhtoutumiseen, hapettumiseen, sorptioon ja saostukseen. Lisäksi se on erittäin tärkeääsyvän jätevesien käsittelyn ongelma, myös tähän yritetään löytää ratkaisu, johon liittyy bakteerien osallistuminen.
Hakemus
Ilman metalleja ja metalliseoksia elämä sellaisessa muodossa kuin se nyt ihmiskunnan tuntee, olisi mahdotonta. Korkeat rakennukset, lentokoneet, ruokailuvälineet, peilit, sähkölaitteet, autot ja paljon muuta ovat olemassa vain ihmisten etäisen siirtymisen ansiosta kivestä kupariin, pronssiin ja rautaan.
Poikkeuksellisen sähkön- ja lämmönjohtavuutensa vuoksi metalleja käytetään johdoissa ja kaapeleissa monenlaisiin tarkoituksiin. Kultaa käytetään hapettamattomien kontaktien valmistukseen. Lujuutensa ja kovuutensa ansiosta metalleja käytetään laajasti rakentamisessa ja monenlaisissa rakenteissa. Toinen sovellusalue on instrumentaalinen. Työstöosan valmistukseen käytetään usein esimerkiksi leikkausosan, kovia seoksia ja erikoisterästyyppejä. Lopuksi jalometallit ovat arvostettuja korujen materiaalina. Joten sovelluksia on paljon.
Kiinnostaa metalleja ja seoksia
Näiden elementtien käyttö on niin laajaa ja sillä on niin pitkä historia, ettei ole yllättävää, että erilaisia outoja tilanteita syntyy. Lopuksi ne ja vain pari mielenkiintoista faktaa on tuotava:
- Ennen sen laajaa käyttöä alumiinia arvostettiin suuresti. Ruokailuvälineet, joita Napoleon III käytti vieraita vastaanottaessaan, valmistettiin tästä materiaalista ja ne olivat kohteenahallitsijan ylpeys.
- Nimi platina espanjaksi tarkoittaa "hopeaa". Alkuaine sai niin epämiellyttävän nimen, koska sen sulamispiste oli suhteellisen korkea ja siksi sitä ei voida käyttää pitkään aikaan.
- Puhtaaimmassa muodossaan kulta on pehmeää ja naarmuuntuu helposti kynsillä. Siksi se seostetaan hopealla tai kuparilla korujen valmistukseen.
- On seoksia, joilla on omituinen lämpöelastisuusominaisuus, eli muodon muistiefekti. Kun ne muotoutuvat ja sitten kuumennetaan, ne palaavat alkuperäiseen tilaansa.
