Unatoč činjenici da se umjetno stvoreni materijali sve više koriste u industriji i svakodnevnom životu, još nije moguće odbiti korištenje metala. Imaju jedinstvenu kombinaciju svojstava, a legure vam omogućuju da maksimalno iskoristite njihov potencijal. U kojim je područjima proizvodnja i upotreba metala?
Obilježje grupe elemenata
Metali se shvaćaju kao skup anorganskih kemikalija s karakterističnim svojstvima. Obično uključuju sljedeće:
- visoka toplinska vodljivost;
- duktilnost, relativna jednostavnost obrade;
- relativno visoka točka taljenja;
- dobra električna vodljivost;
- karakterističan "metalni" sjaj;
- uloga redukcijskog sredstva u reakcijama;
- visoka gustoća.
Naravno, nemaju svi elementi ove skupine sva ova svojstva, na primjer, živa je tekuća na sobnoj temperaturi, galij se topi od topline ljudskih ruku, a bizmut se teško može nazvati plastičnim. Ali općenito, sve ove značajke mogu se pratiti u ukupnosti metala.
Interna klasifikacija
Metali su uvjetno podijeljeni u nekoliko kategorija, od kojih svaka kombinira elemente koji su međusobno najbliži po različitim parametrima. Razlikuju se sljedeće grupe:
- alkalna - 6;
- alkalna zemlja - 4;
- prijelazni - 38;
- svjetlo - 7;
- polumetali - 7;
- lantanidi - 14+1;
- aktinidi - 14+1;
Od grupa su još dvije: berilij i magnezij. Tako, u ovom trenutku, od svih otkrivenih elemenata, 94 znanstvenika pripisuju metalima.
Osim toga, vrijedi spomenuti da postoje i druge klasifikacije. Po njima se zasebno razmatraju plemeniti metali, metali platinske skupine, posttranzicijski, vatrostalni, crni i obojeni metali itd. Ovaj pristup ima smisla samo za određene svrhe, pa je prikladnije koristiti općeprihvaćenu klasifikaciju.
Povijest računa
Čovječanstvo je tijekom svog razvoja usko povezano s obradom i upotrebom metala. Osim što su najčešći elementi, od njih su se mogli izraditi različiti proizvodi samo uz pomoć mehaničke obrade. Budući da nije bilo vještina u radu s rudom, isprva se radilo samo o korištenju grumenova. U početku je to bio meki metal, koji je dao ime bakrenom dobu, koje je zamijenilo kameno. U tom razdoblju razvijena je metoda hladnog kovanja. Taljenje je postalo moguće u nekim civilizacijama. Postupno su ljudi svladali bojenjemetali kao što su zlato, srebro, kositar.
Kasnije je brončano doba zamijenilo bakreno doba. Trajao je oko 20 tisućljeća i postao je prekretnica za čovječanstvo, jer je u tom razdoblju postalo moguće dobiti legure. Dolazi do postupnog razvoja metalurgije, poboljšavaju se metode dobivanja metala. Međutim, u 13-12 st. PRIJE KRISTA e. došlo je do takozvanog brončanog kolapsa koji je označio početak željeznog doba. Vjerojatno je to bilo zbog iscrpljivanja rezervi kositra. A olovo i živa, otkriveni u to vrijeme, nisu mogli postati zamjena za broncu. Tako su ljudi morali razviti proizvodnju metala iz ruda.
Sljedeće razdoblje nije trajalo dugo - manje od tisućljeća, ali je ostavilo svijetli trag u povijesti. Unatoč činjenici da je željezo bilo poznato mnogo ranije, gotovo nikada nije korišteno zbog svojih nedostataka u odnosu na broncu. Osim toga, potonje je bilo puno lakše dobiti, dok je taljenje rude bilo radno intenzivnije. Činjenica je da je prirodno željezo prilično rijetko, pa ne čudi da je napuštanje bronce bilo tako sporo.
Značenje vještine vađenja metala
Slično kao što je ljudski predak prvi put napravio alat vezivanjem oštrog kamena za štap, prijelaz na novi materijal pokazao se jednako grandioznim. Glavne prednosti metalnih proizvoda bile su u tome što ih je bilo lakše izraditi i popraviti. Kamen nema plastičnost i savitljivost, tako dasvako oružje od njega moglo se samo iznova izraditi, nije se moglo popraviti.
Tako je prijelaz na korištenje metala doveo do daljnjeg usavršavanja alata, pojave novih kućanskih predmeta, ukrasa, koje je prije bilo nemoguće izraditi. Sve je to dalo poticaj tehnološkom napretku i postavilo temelje za razvoj metalurgije.
Moderne metode
Ako su ljudi u davna vremena bili upoznati samo s dobivanjem metala iz ruda, ili su se mogli zadovoljiti grumenima, sada postoje drugi načini. Postali su mogući zahvaljujući razvoju kemije. Tako su se pojavila dva glavna smjera:
- Pirometalurgija. Ranije je započeo svoj razvoj i povezan je s visokim temperaturama potrebnim za obradu materijala. Moderna tehnologija u ovom području također omogućuje korištenje plazme.
- Hidrometalurgija. Ovaj smjer se bavi vađenjem elemenata iz ruda, otpada, koncentrata itd. pomoću vode i kemijskih reagensa. Na primjer, metoda koja uključuje proizvodnju metala elektrolizom vrlo je česta, a metoda naugljičenja također je vrlo popularna.
Postoji još jedna zanimljiva tehnologija. Dobivanje plemenitih metala visoke čistoće i s minimalnim gubicima postalo je moguće zahvaljujući tome. Riječ je o profinjenosti. Ovaj proces je jedna od vrsta rafiniranja, odnosno postupnog odvajanja nečistoća. Na primjer, u slučaju zlata koristi se zasićenje taline klorom, a platina se otapa umineralne kiseline nakon čega slijedi izolacija reagensima.
Usput, dobivanje metala elektrolizom najčešće se koristi ako taljenje ili oporaba nije ekonomski isplativa. Upravo to se događa s aluminijem i natrijem. Postoje i inovativnije tehnologije koje omogućuju dobivanje obojenih metala čak i iz prilično siromašnih ruda bez značajnih troškova, ali o tome ćemo govoriti nešto 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 potrebno pronaći nove materijale koji kombiniraju prednosti poznatih, odnosno pronaći načine za dobivanje metalnih legura. Danas postoje dvije glavne metode:
- casting. Talina miješanih komponenti se ohladi i kristalizira. Upravo je ova metoda omogućila dobivanje prvih uzoraka legura: bronce i mjedi.
- Pritiskom. Smjesa praha je podvrgnuta visokom tlaku i zatim sinterirana.
Daljnje poboljšanje
Posljednjih desetljeća najviše obećava proizvodnja metala biotehnologijom, prvenstveno uz pomoć bakterija. Već je postalo moguće ekstrahirati bakar, nikal, cink, zlato i uran iz sulfidnih sirovina. Znanstvenici se nadaju povezivanju mikroorganizama s procesima kao što su ispiranje, oksidacija, sorpcija i precipitacija. Osim toga, iznimno je važnoproblem dubinskog pročišćavanja otpadnih voda, i za to pokušavaju pronaći rješenje koje uključuje sudjelovanje bakterija.
Prijava
Bez metala i legura, život u obliku u kojem je sada poznat čovječanstvu bio bi nemoguć. Visoke zgrade, avioni, posuđe, ogledala, električni uređaji, automobili i još mnogo toga postoje samo zahvaljujući dalekom prijelazu ljudi iz kamena u bakar, broncu i željezo.
Zbog svoje iznimne električne i toplinske vodljivosti, metali se koriste u žicama i kabelima u razne 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 izradu radnog, na primjer, reznog dijela, često se koriste tvrde legure i posebne vrste čelika. Konačno, plemeniti metali su vrlo cijenjeni kao materijal za izradu nakita. Dakle, ima puno aplikacija.
Zanimljivo o metalima i legurama
Upotreba ovih elemenata je toliko raširena i ima tako dugu povijest da nije iznenađujuće da se pojavljuju razne neobične situacije. Njih i samo par zanimljivih činjenica treba donijeti na kraju:
- Prije široke upotrebe, aluminij je bio vrlo cijenjen. Pribor za jelo, koji je Napoleon III koristio prilikom primanja gostiju, izrađen je od tog materijala i bio je predmetponos monarha.
- Ime platina na španjolskom znači "srebro". Element je dobio tako neugodno ime zbog relativno visoke točke taljenja i, stoga, nemogućnosti da se koristi dugo vremena.
- U svom najčišćem obliku, zlato je mekano i lako se grebe noktom. Zato se legira srebrom ili bakrom za izradu nakita.
- Postoje legure sa zanimljivim svojstvom termoelastičnosti, odnosno efektom memorije oblika. Kada se deformiraju, a zatim zagriju, vraćaju se u prvobitno stanje.
