Metallit ovat joukko elementtejä, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten sähkönjohtavuus, korkea lämmönsiirto, positiivinen vastuskerroin, ominaiskiilto ja suhteellinen sitkeys. Tämäntyyppiset aineet ovat yksinkertaisia kemiallisten yhdisteiden suhteen.
Luokittelu ryhmien mukaan
Metallit ovat yleisimpiä ihmiskunnan käyttämiä materiaaleja koko historiansa ajan. Suurin osa niistä sijaitsee maankuoren keskikerroksissa, mutta on myös sellaisia, jotka ovat piilossa syvällä vuoristokerroksissa.
Metallit kattavat tällä hetkellä suurimman osan jaksollisesta taulukosta (94 alkuainetta 118:sta). Virallisesti tunnustetuista ryhmistä kannattaa huomioida seuraavat ryhmät:
1. Alkalinen (litium, kalium, natrium, francium, cesium, rubidium). Joutuessaan kosketuksiin veden kanssa ne muodostavat hydroksideja.
2. Maa-alkali (kalsium, barium, strontium, radium). Tiheys ja kovuus eroavat toisistaan.
3. Valo (alumiini, lyijy, sinkki, gallium, kadmium, tina, elohopea). Käytetään usein seoksissa alhaisen tiheyden vuoksi.
4. siirtymävaiheen (uraani,kulta, titaani, kupari, hopea, nikkeli, rauta, koboltti, platina, palladium jne.). Niillä on vaihteleva hapetusaste.
5. Puolimetallit (germanium, pii, antimoni, boori, polonium jne.). Niiden rakenteessa on kiteinen kovalenttinen hila.
6. Aktinidit (americium, torium, aktinium, berkelium, curium, fermium jne.).
7. Lantanidit (gadolinium, samarium, cerium, neodyymi, lutetium, lantaani, erbium jne.).
On syytä huomata, että maankuoressa on metalleja ja sellaisia, joita ei ole määritelty ryhmiin. Näitä ovat magnesium ja beryllium.
Natiiviyhdisteet
Luonnossa on erillinen kidekemiallinen kodifikaatioluokka. Näihin elementteihin kuuluvat alkuperäiset metallit. Nämä ovat mineraaleja, jotka eivät liity toisiinsa. Useimmiten luonnossa esiintyvät metallit muodostuvat geologisten prosessien seurauksena.
45 aineet tunnetaan kiteisessä tilassa maankuoressa. Suurin osa niistä on luonteeltaan erittäin harvinaisia, mistä johtuu niiden korkea hinta. Tällaisten elementtien osuus on vain 0,1 %. On huomattava, että näiden metallien löytäminen on myös työläs ja kallis prosessi. Se perustuu atomien käyttöön, joissa on stabiilit kuoret ja elektronit.
Alkuperäisiä metalleja kutsutaan myös jalometalleiksi. Niille on ominaista yhdisteiden kemiallinen inertia ja stabiilius. Näitä ovat kulta, palladium, platina, iridium, hopea, rutenium jne. Kuparia löytyy useimmiten luonnosta. Alkuperäisessä tilassaan rautaa esiintyy pääasiassa vuoristoesiintymissä meteoriittien muodossa. enitenryhmän harvinaisia alkuaineita ovat lyijy, kromi, sinkki, indium ja kadmium.
Perusominaisuudet
Lähes kaikki metallit ovat normaaleissa olosuhteissa kovia ja kestäviä. Poikkeuksena ovat francium ja elohopea, alkalimetallit. Kaikkien ryhmän elementtien sulamislämpötila on erilainen. Sen alue vaihtelee -39 - +3410 celsiusastetta. Volframia pidetään sulamisen kestävimpänä. Sen yhdisteet menettävät vastustuskykynsä vain yli +3400 C lämpötiloissa. Lyijy ja tina tulee erottaa helposti sulavista metalleista.
Elementit on jaettu myös tiheyden (kevyt ja raskas) ja plastisuuden (kova ja pehmeä) mukaan. Kaikki metalliyhdisteet johtavat sähköä erittäin hyvin. Tämä ominaisuus johtuu aktiivisten elektronien sisältämistä kidehiloista. Kuparilla, hopealla ja alumiinilla on suurin johtavuus, natriumilla on hieman pienempi johtavuus. On syytä huomata metallien korkeat lämpöominaisuudet. Hopeaa pidetään parhaana lämmönjohtimena, elohopeaa huonompana.
Metallit ympäristössä
Useimmiten nämä alkuaineet löytyvät yhdisteiden ja malmien muodossa. Luonnossa metallit muodostavat sulfiitteja, oksideja, karbonaatteja. Yhdisteiden puhdistamiseksi on ensin tarpeen eristää ne malmin koostumuksesta. Seuraava vaihe on seostus ja loppukäsittely.
Teollisessa metallurgiassa rauta- ja ei-rautapitoiset malmit erotetaan toisistaan. Ensimmäiset on rakennettu rautayhdisteille, jälkimmäiset muille metalleille. Platinaa, kultaa ja hopeaa pidetään jalometalleina. Suurin osa niistä on maankuoressa. kuitenkinvähäisemmässä määrin myös meriveden osuus on pieni.
Elävissä organismeissakin on jaloja alkuaineita. Henkilö sisältää noin 3 % metalliyhdisteitä. Suurin osa kehosta sisältää natriumia ja kalsiumia, jotka toimivat solujen välisenä elektrolyyttinä. Magnesiumia tarvitaan keskushermoston ja lihasmassan normaalille toiminnalle, rauta on hyväksi verelle, kupari maksalle.
Metalliyhdisteiden löytäminen
Suurin osa elementeistä sijaitsee maaperän yläkerroksen alla kaikkialla. Maankuoren yleisin metalli on alumiini. Sen prosenttiosuus vaihtelee 8,2 prosentin sisällä. Yleisimmän metallin löytäminen maankuoresta ei ole vaikeaa, koska se esiintyy malmien muodossa.
Rauta ja kalsium ovat luonnossa hieman harvinaisempia. Niiden osuus on 4,1 prosenttia. Seuraavaksi tulevat magnesium ja natrium - kumpikin 2,3%, kalium - 2,1%. Loput luonnossa olevat metallit eivät sisällä enempää kuin 0,6 %. On huomionarvoista, että magnesiumia ja natriumia voidaan louhia yhtä paljon sekä maasta että merivedessä.
Metallielementtejä löytyy luonnosta malmien muodossa tai alkuperäisessä tilassa, kuten kupari tai kulta. On aineita, joita on saatava oksideista ja sulfideista, esimerkiksi hematiitti, kaoliini, magnetiitti, galenia jne.
Metallintuotanto
Alkuaineiden uuttamismenettely perustuu mineraalien uuttamiseen. Metallien löytäminen luonnosta malmien muodossa on yksinkertaisin ja yleisin prosessi yleisessä teollisuudessa. Hakua vartenkiteiset kerrostumat, erityisiä geologisia laitteita käytetään aineiden koostumuksen analysoimiseen tietyllä maa-alueella. Harvemmin metallien esiintyminen luonnossa vähennetään banaaliksi avolouhosmenetelmäksi.
Louhinnan jälkeen alkaa rikastusvaihe, jolloin malmirikaste erotetaan alkuperäisestä mineraalista. Elementtien erottamiseen käytetään kastelua, sähkövirtaa, kemiallisia reaktioita, lämpökäsittelyä. Useimmiten metallimalmin vapautuminen tapahtuu sulamisen, eli t alteenoton lämmittämisen seurauksena.
Alumiinin louhinta
Värimetallien metallurgia on mukana tässä prosessissa. Kulutukseltaan ja tuotannoltaan se on johtavassa asemassa muiden raskaan teollisuuden alojen joukossa. Maankuoren yleisimmällä metallilla on suuri kysyntä nykymaailmassa. Tuotannossa alumiini on toiseksi vain teräksen jälkeen.
Tätä elementtiä käytetään ennen kaikkea lento-, auto- ja sähköteollisuudessa. On huomionarvoista, että maankuoren yleisin metalli voidaan saada myös "keinotekoisin" keinoin. Tällaista kemiallista reaktiota varten tarvitaan bauksiitteja. Ne muodostavat alumiinioksidia. Yhdistämällä tämän aineen hiilielektrodeihin ja fluoridisuolaan sähkövirran vaikutuksesta saat puhtaimman alumiinimalmin.
Kiina on johtava maa tämän komponentin tuottajien joukossa. Siellä sulatetaan vuosittain jopa 18,5 miljoonaa tonnia metallia. Venäläis-sveitsiläinen yhdistys UC RUSAL on vastaavanlaisen alumiinikaivosluokituksen johtaja.
Metallien käyttö
Kaikki ryhmän elementit ovat kestäviä, läpäisemättömiä ja suhteellisen lämpöä kestäviä. Siksi metallit ovat niin yleisiä jokapäiväisessä elämässä. Nykyään niistä valmistetaan sähköjohtoja, vastuksia, laitteita ja taloustavaroita.
Metallit ovat ihanteellisia rakennus- ja työkalumateriaaleja. Rakentamisessa käytetään puhtaita ja yhdistettyjä metalliseoksia. Suunnittelussa ja ilmailussa pääliitokset ovat terästä ja kovemmat sidokset.
