Moderni čovjek je u svakodnevnom životu okružen raznim metalima. Većina predmeta koje koristimo sadrži ove kemikalije. Sve se to dogodilo jer su ljudi pronašli razne načine za dobivanje metala.
Što su metali
Anorganska kemija se bavi ovim vrijednim tvarima za ljude. Dobivanje metala omogućuje osobi stvaranje sve savršenije tehnologije koja poboljšava naše živote. Što su oni? Prije razmatranja općih metoda za dobivanje metala, potrebno je razumjeti što su. Metali su skupina kemijskih elemenata u obliku jednostavnih tvari s karakterističnim svojstvima:
• toplinska i električna vodljivost;
• visoka duktilnost;
• svjetlucanje.
Osoba ih može lako razlikovati od drugih tvari. Karakteristična značajka svih metala je prisutnost 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 znanstvenici otkrili 96 takvih kemijskih elemenata, iako službena znanost ne priznaje sve. Dijele se u skupine ovisno o svojim karakterističnim svojstvima. Sljedeći metali su izolirani na ovaj način:
• alkalna – 6;
• zemnoalkalna – 6;
• prijelazno – 38;
• svjetlo – 11;
• polumetali – 7;
• Lantanidi – 14;
• aktinidi – 14.
Dobivanje metala
Da biste napravili slitinu, prvo morate dobiti metal iz prirodne rude. Nativni elementi su one tvari koje se u prirodi nalaze u slobodnom stanju. To uključuje platinu, zlato, kositar, živu. Od nečistoća se odvajaju mehanički ili uz pomoć kemijskih reagensa.
Drugi metali se kopaju preradom njihovih spojeva. Nalaze se u raznim fosilima. Rude su minerali i stijene, koje uključuju metalne spojeve u obliku oksida, karbonata ili sulfida. Za njihovo dobivanje koristi se kemijska obrada.
Metode za dobivanje metala:
• redukcija oksida ugljenom;
• dobivanje kositra iz kositrenog kamena;
• topljenje željezne rude;
• spaljivanje spojeva sumpora u posebnim pećima.
Kako bi se olakšalo vađenje metala iz rudnih stijena, dodaju im se razne tvari zvane tokovi. Pomažu u uklanjanju neželjenih nečistoća kao što su glina, vapnenac, pijesak. Kao rezultat ovog procesa dobivaju se topljivi spojevi,zove se otpad.
U prisutnosti značajne količine nečistoća, ruda se prije topljenja metala obogaćuje uklanjanjem velikog dijela nepotrebnih komponenti. Najčešće korištene metode za ovaj tretman su flotacija, magnetska i gravitacija.
Alkalijski 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 redukcijski agensi, njihovu proizvodnju prate visoki troškovi energije. Postoji nekoliko načina za ekstrakciju alkalnih metala:
• Litij se može dobiti iz njegovog oksida u vakuumu ili elektrolizom taline njegovog klorida, nastalog tijekom obrade spodumena.
• Natrij se ekstrahira kalciniranjem sode s ugljenom u dobro zatvorenim loncima ili elektrolizom taline klorida uz dodatak kalcija. Prva metoda oduzima najviše vremena.
• Kalij se dobiva elektrolizom taline njegovih soli ili propuštanjem natrijeve pare kroz njegov klorid. Također nastaje interakcijom rastaljenog kalijevog hidroksida i tekućeg natrija na temperaturi od 440 °C.
• Cezij i rubidij se rudare redukcijom njihovih klorida s kalcijem na 700–800 °C ili cirkonijem na 650 °C. Dobivanje alkalnih metala na ovaj način izuzetno je energetski intenzivno i skupo.
Razlike između metala i legura
U osnovi jasna granica između metala i njihovih legura praktički ne postoji, jer čak i najčišće, najjednostavnije tvari imajuodređena količina nečistoća. Pa koja je razlika između njih? Gotovo svi metali koji se koriste u industriji i drugim sektorima nacionalnog gospodarstva koriste se u obliku legura dobivenih namjerno dodavanjem drugih komponenti glavnom kemijskom elementu.
Legure
Tehnologija treba razne metalne materijale. Istodobno, čisti kemijski elementi praktički se ne koriste, jer nemaju svojstva potrebna ljudima. Za naše potrebe izmislili smo različite načine dobivanja legura. Ovaj se pojam odnosi na makroskopski homogeni materijal koji se sastoji od 2 ili više kemijskih elemenata. U tom slučaju u leguri prevladavaju metalne komponente. Ova tvar ima svoju strukturu. U legurama se razlikuju sljedeće komponente:
• baza koja se sastoji od jednog ili više metala;
• mali dodaci elemenata za modificiranje i legiranje;
• neuklonjene nečistoće (tehnološke, prirodne, nasumične).
Metalne legure su glavni konstrukcijski materijal. U tehnologiji ih ima više od 5000.
Vrste legura
Unatoč tolikoj raznolikosti legura, one na bazi željeza i aluminija su od najveće važnosti za ljude. Najčešći su u svakodnevnom životu. Vrste legura su različite. Štoviše, podijeljeni su prema nekoliko kriterija. Stoga se koriste različite metode proizvodnje legura. Prema ovom kriteriju dijele se na:
• Cast, kojidobiveno kristalizacijom taline miješanih komponenti.
• Prah, nastao prešanjem mješavine praha i zatim sinteriranjem na visokoj temperaturi. Štoviše, često komponente takvih legura nisu samo jednostavni kemijski elementi, već i njihovi različiti spojevi, poput titanovih ili volframovih karbida u tvrdim legurama. Njihovo dodavanje u određenim količinama mijenja svojstva metalnih materijala.
Metode za dobivanje legura u obliku gotovog proizvoda ili blanka dijele se na:
• ljevaonica (silumin, lijevano željezo);
• kovani (čelici);
• prah (titan, volfram).
Vrste legura
Metode za dobivanje metala su različite, dok materijali koji su nastali 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 baza legure uzima se čvrsta otopina (matrična faza). Sastav heterogenih tvari ove vrste ovisi o sastavu njegovih kemijskih elemenata. Takve legure mogu sadržavati sljedeće komponente: čvrste otopine međuprostora i supstitucije, kemijske spojeve (karbidi, intermetalidi, nitridi), kristalite jednostavnih tvari.
Svojstva legure
Bez obzira na to koje metode dobivanja metala i legura se koriste, njihova su svojstva u potpunosti određena kristalnimfazna struktura i mikrostruktura ovih materijala. Svaki od njih je drugačiji. Makroskopska svojstva legura ovise o njihovoj mikrostrukturi. U svakom slučaju, razlikuju se od karakteristika svojih faza, koje ovise isključivo o kristalnoj strukturi materijala. Makroskopska homogenost heterogenih (višefaznih) legura dobiva se kao rezultat ujednačene raspodjele faza u metalnoj matrici.
Najvažnije svojstvo legura je zavarljivost. Inače su identični metalima. Dakle, legure imaju toplinsku i električnu vodljivost, duktilnost i reflektivnost (sjaj).
Vorte legura
Različite metode dobivanja legura omogućile su čovjeku da izume veliki broj metalnih materijala različitih svojstava i karakteristika. Prema namjeni dijele se u sljedeće grupe:
• Konstrukcijski (čelik, duralumin, lijevano željezo). U ovu skupinu spadaju i legure s posebnim svojstvima. Stoga se razlikuju po intrinzičnoj sigurnosti ili svojstvima protiv trenja. To uključuje mesing i broncu.
• Za ležajeve (babit).
• Za električno grijanje i mjernu opremu (nikrom, manganin).
• Za proizvodnju alata za rezanje (pobjeda).
U proizvodnji ljudi također koriste druge vrste metalnih materijala, kao što su topljive, otporne na toplinu, otporne na koroziju i amorfne legure. Magneti i termoelektrici (teluridi i selenidi bizmuta, olova, antimona i drugi) također se široko koriste.
Legura željeza
Praktično svo željezo istopljeno na Zemlji usmjereno je na proizvodnju jednostavnih i legiranih čelika. Također se koristi u proizvodnji željeza. Legure željeza stekle su svoju popularnost zbog činjenice da imaju svojstva koja su korisna za ljude. Dobiveni su dodavanjem raznih komponenti jednostavnom kemijskom elementu. Dakle, unatoč činjenici da se različite legure željeza izrađuju na temelju jedne tvari, čelici i lijevano željezo imaju različita svojstva. Kao rezultat toga, nalaze razne primjene. Većina čelika je tvrđa od lijevanog željeza. Različite metode za dobivanje ovih metala omogućuju vam da dobijete različite stupnjeve (marke) ovih željeznih legura.
Poboljšajte svojstva legure
Stapanjem određenih metala i drugih kemijskih elemenata mogu se dobiti materijali s poboljšanim karakteristikama. Na primjer, granica popuštanja čistog aluminija je 35 MPa. Prilikom dobivanja legure ovog metala s bakrom (1,6%), cinkom (5,6%), magnezijem (2,5%), ova brojka prelazi 500 MPa.
Kombiniranjem različitih omjera različitih kemikalija mogu se dobiti metalni materijali s poboljšanim magnetskim, toplinskim ili električnim svojstvima. Glavnu ulogu u ovom procesu igra struktura legure, a to je raspodjela njenih kristala i vrsta veza između atoma.
Čelici i željezo
Ove legure se dobivaju kombinacijom željeza i ugljika (2%). U proizvodnji legiranih materijala dodaju senikal, krom, vanadij. Svi obični čelici podijeljeni su u vrste:
• niski ugljik (0,25% ugljika) koji se koristi za različite strukture;
• Visok sadržaj ugljika (više od 0,55%) dizajniran za alate za rezanje.
Različite vrste legiranih čelika koriste se u strojarstvu i drugim proizvodima.
Legura željeza s ugljikom, čiji je postotak 2-4%, naziva se lijevano željezo. Ovaj materijal također sadrži silicij. Od lijevanog željeza lijevaju se različiti proizvodi s dobrim mehaničkim svojstvima.
Obojeni metali
Osim željeza, za izradu raznih metalnih materijala koriste se i drugi kemijski elementi. Kao rezultat njihove kombinacije dobivaju se obojene legure. U životima ljudi, materijali koji se temelje na:našli su najveću primjenu
• Bakar, nazvan mjed. Sadrže 5-45% cinka. Ako je njegov sadržaj 5-20%, tada se mjed naziva crvenim, a ako je 20-36% - žutim. Postoje legure bakra sa silicijem, kositrom, berilijem, aluminijem. Zovu se bronce. Postoji nekoliko vrsta ovih legura.
• Olovo, koje je uobičajeni lem (tretnik). U ovoj leguri 2 dijela kositra padaju na 1 dio ove kemikalije. Ležajevi se proizvode pomoću babita, koji je legura olova, kositra, arsena i antimona.
• Aluminij, titan, magnezij i berilij, lake obojene legure visoke čvrstoće i izvrsne mehaničkesvojstva.
Načini dobivanja
Glavne metode za dobivanje metala i legura:
• Ljevaonica, u kojoj se stvrdnjava homogena smjesa različitih rastaljenih komponenti. Za dobivanje legura koriste se pirometalurške i elektrometalurške metode dobivanja metala. U prvoj varijanti toplinska energija dobivena u procesu izgaranja goriva koristi se za zagrijavanje sirovine. Pirometalurškom metodom proizvodi se čelik u otvorenim pećima i lijevano željezo u visokim pećima. Elektrometalurškom metodom sirovine se zagrijavaju u indukcijskim ili elektrolučnim pećima. U isto vrijeme, sirovina se vrlo brzo omekšava.
• Prah, u kojem se prahovi njegovih komponenti koriste za izradu legure. Zahvaljujući prešanju, dobivaju određeni oblik, a zatim sinteriraju u posebnim pećima.
