L'home modern està envoltat de diversos metalls en la seva vida quotidiana. La majoria dels articles que utilitzem contenen aquests productes químics. Tot això va passar perquè la gent va trobar diverses maneres d'obtenir metalls.
Què són els metalls
La química inorgànica tracta aquestes substàncies valuoses per a les persones. L'obtenció de metalls permet a una persona crear una tecnologia cada cop més perfecta que millora les nostres vides. Que són ells? Abans de considerar els mètodes generals per obtenir metalls, cal entendre quins són. Els metalls són un grup d'elements químics en forma de substàncies simples amb propietats característiques:
• conductivitat tèrmica i elèctrica;
• alta ductilitat;
• purpurina.
Una persona pot distingir-los fàcilment d' altres substàncies. Un tret característic de tots els metalls és la presència d'una brillantor especial. S'obté reflectint els raigs de llum incidents sobre una superfície que no els transmet. La brillantor és una propietat comuna de tots els metalls, però és més pronunciada a la plata.
ActivatFins ara, els científics han descobert 96 d'aquests elements químics, encara que no tots estan reconeguts per la ciència oficial. Es divideixen en grups segons les seves propietats característiques. Els metalls següents s'aïllen d'aquesta manera:
• alcalí – 6;
• alcalinotèrres – 6;
• de transició – 38;
• llum – 11;
• semimetalls – 7;
• Lantànids – 14;
• actínids – 14.
Obtenció de metalls
Per fer un aliatge, primer has d'obtenir metall a partir de mineral natural. Els elements natius són aquelles substàncies que es troben a la natura en estat lliure. Aquests inclouen platí, or, estany, mercuri. Es separen de les impureses mecànicament o amb l'ajuda de reactius químics.
Altres metalls s'extreuen processant els seus compostos. Es troben en diferents fòssils. Els minerals són minerals i roques, que inclouen compostos metàl·lics en forma d'òxids, carbonats o sulfurs. Per obtenir-los, s'utilitza un processament químic.
Mètodes per obtenir metalls:
• reducció d'òxids amb carbó;
• obtenir llauna de la pedra de llauna;
• fosa de mineral de ferro;
• cremant compostos de sofre en forns especials.
Per facilitar l'extracció de metalls de les roques minerals, s'hi afegeixen diverses substàncies anomenades fluxos. Ajuden a eliminar impureses no desitjades com argila, pedra calcària, sorra. Com a resultat d'aquest procés, s'obtenen compostos fusibles,anomenat escoria.
En presència d'una quantitat important d'impureses, el mineral s'enriqueix abans de fondre el metall eliminant gran part dels components innecessaris. Els mètodes més utilitzats per a aquest tractament són la flotació, el magnètic i la gravetat.
Metals alcalins
La producció en massa de metalls alcalins és un procés més complex. Això es deu al fet que només es troben a la natura en forma de compostos químics. Com que són agents reductors, la seva producció va acompanyada d'uns costos energètics elevats. Hi ha diverses maneres d'extreure metalls alcalins:
• El liti es pot obtenir del seu òxid al buit o per electròlisi d'una fosa del seu clorur, format durant el processament de l'espodumène.
• El sodi s'extreu calcinant sosa amb carbó en gresols ben tancats o per electròlisi d'una fosa de clorur amb l'addició de calci. El primer mètode és el que consumeix més temps.
• El potassi s'obté per electròlisi d'una fusió de les seves sals o fent passar vapor de sodi pel seu clorur. També es forma per la interacció d'hidròxid de potassi fos i sodi líquid a una temperatura de 440 °C.
• El cesi i el rubidi s'extreuen reduint els seus clorurs amb calci a 700–800 °C o zirconi a 650 °C. L'obtenció de metalls alcalins d'aquesta manera és extremadament intensa i costosa energèticament.
Diferències entre metalls i aliatges
Un límit fonamentalment clar entre els metalls i els seus aliatges pràcticament no existeix, ja que fins i tot les substàncies més pures i simples tenencerta quantitat d'impureses. Aleshores, quina és la diferència entre ells? Gairebé tots els metalls utilitzats a la indústria i en altres sectors de l'economia nacional s'utilitzen en forma d'aliatges obtinguts intencionadament afegint altres components a l'element químic principal.
Aliatges
La tecnologia necessita una varietat de materials metàl·lics. Al mateix temps, els elements químics purs pràcticament no s'utilitzen, ja que no tenen les propietats necessàries per a les persones. Per a les nostres necessitats, hem inventat diferents maneres d'obtenir aliatges. Aquest terme es refereix a un material macroscòpicament homogeni que consta de 2 o més elements químics. En aquest cas, en l'aliatge predominen els components metàl·lics. Aquesta substància té la seva pròpia estructura. En els aliatges, es distingeixen els components següents:
• base formada per un o més metalls;
• petites addicions d'elements de modificació i aliatge;
• impureses no eliminades (tecnològiques, naturals, aleatòries).
Els aliatges metàl·lics són el principal material estructural. En tecnologia, n'hi ha més de 5.000.
Tipus d'aliatges
Malgrat tanta varietat d'aliatges, els basats en ferro i alumini són de gran importància per a les persones. Són els més comuns a la vida quotidiana. Els tipus d'aliatges són diferents. A més, es divideixen segons diversos criteris. Per tant, s'utilitzen diferents mètodes de fabricació d'aliatges. Segons aquest criteri, es divideixen en:
• Cast, queobtingut per cristal·lització en fusió de components barrejats.
• Pols, creada en premsar una barreja de pols i després sinteritzar a alta temperatura. A més, sovint els components d'aquests aliatges no són només elements químics simples, sinó també els seus diferents compostos, com ara carburs de titani o tungstè en aliatges durs. La seva addició en determinades quantitats canvia les propietats dels materials metàl·lics.
Els mètodes per obtenir aliatges en forma de producte acabat o en brut es divideixen en:
• foneria (sililí, ferro colat);
• forjat (acers);
• pols (titani, tungstè).
Tipus d'aliatges
Els mètodes d'obtenció de metalls són diferents, mentre que els materials elaborats gràcies a ells tenen propietats diferents. En estat sòlid d'agregació, els aliatges són:
• Homogeni (uniforme), format per cristalls del mateix tipus. Sovint s'anomenen monofàsiques.
• Heterogeni (heterogeni), anomenat multifàsica. Quan s'obtenen, es pren com a base de l'aliatge una solució sòlida (fase matricial). La composició de substàncies heterogènies d'aquest tipus depèn de la composició dels seus elements químics. Aquests aliatges poden contenir els components següents: solucions sòlides intersticials i de substitució, compostos químics (carburs, intermetàl·lids, nitrurs), cristal·lits de substàncies simples.
Propietats de l'aliatge
Independentment de quins mètodes d'obtenció de metalls i aliatges s'utilitzen, les seves propietats estan completament determinades pel cristal·líestructura de fase i microestructura d'aquests materials. Cadascun d'ells és diferent. Les propietats macroscòpiques dels aliatges depenen de la seva microestructura. En qualsevol cas, es diferencien de les característiques de les seves fases, que depenen únicament de l'estructura cristal·lina del material. L'homogeneïtat macroscòpica dels aliatges heterogenis (multifàsics) s'obté com a resultat d'una distribució uniforme de fases a la matriu metàl·lica.
La propietat més important dels aliatges és la soldabilitat. En cas contrari, són idèntics als metalls. Per tant, els aliatges tenen conductivitat tèrmica i elèctrica, ductilitat i reflectivitat (llustre).
Varietats d'aliatges
Diferents mètodes d'obtenció d'aliatges han permès a l'home inventar un gran nombre de materials metàl·lics amb propietats i característiques diferents. Segons la seva finalitat, es divideixen en els següents grups:
• Estructurals (acer, duralumini, ferro colat). Aquest grup també inclou aliatges amb propietats especials. Per tant, es distingeixen per propietats de seguretat intrínseca o antifricció. Aquests inclouen llautó i bronze.
• Per abocar coixinets (babbit).
• Per a calefacció elèctrica i equips de mesura (nicrom, manganina).
• Per a la producció d'eines de tall (win).
A la producció, la gent també utilitza altres tipus de materials metàl·lics, com ara aliatges fusibles, resistents a la calor, resistents a la corrosió i amorfs. Els imants i els termoelèctrics (telururs i selenurs de bismut, plom, antimoni i altres) també s'utilitzen àmpliament.
Aliatges de ferro
Pràcticament tot el ferro fos a la Terra es dirigeix a la producció d'acers simples i aliats. També s'utilitza en la producció de ferro. Els aliatges de ferro han guanyat popularitat pel fet que tenen propietats beneficioses per als humans. Es van obtenir afegint diversos components a un element químic simple. Per tant, malgrat que es fabriquen diversos aliatges de ferro a partir d'una substància, els acers i les ferros colades tenen propietats diferents. Com a resultat, troben una varietat d'aplicacions. La majoria dels acers són més durs que el ferro colat. Diversos mètodes per obtenir aquests metalls permeten obtenir diferents graus (marques) d'aquests aliatges de ferro.
Millora les propietats de l'aliatge
Fosant certs metalls i altres elements químics, es poden obtenir materials amb característiques millorades. Per exemple, el límit elàstic de l'alumini pur és de 35 MPa. En obtenir un aliatge d'aquest metall amb coure (1,6%), zinc (5,6%), magnesi (2,5%), aquesta xifra supera els 500 MPa.
En combinar diferents proporcions de diferents productes químics, es poden obtenir materials metàl·lics amb propietats magnètiques, tèrmiques o elèctriques millorades. El paper principal en aquest procés el juga l'estructura de l'aliatge, que és la distribució dels seus cristalls i el tipus d'enllaços entre àtoms.
Acers i ferros
Aquests aliatges s'obtenen combinant ferro i carboni (2%). En la producció de materials aliats, s'afegeixenníquel, crom, vanadi. Tots els acers ordinaris es divideixen en tipus:
• baix en carboni (0,25% de carboni) utilitzat per a diverses estructures;
• Alt contingut en carboni (més del 0,55%) dissenyat per a eines de tall.
En enginyeria mecànica i altres productes s'utilitzen diferents graus d'acers aliats.
L'aliatge de ferro amb carboni, el percentatge del qual és del 2-4%, s'anomena ferro colat. Aquest material també conté silici. Diversos productes amb bones propietats mecàniques són de ferro colat.
Metals no ferrosos
A més del ferro, també s'utilitzen altres elements químics per fabricar diversos materials metàl·lics. Com a resultat de la seva combinació, s'obtenen aliatges no fèrrics. A la vida de les persones, els materials basats en:han trobat el major ús
• Coure, anomenat llautó. Contenen un 5-45% de zinc. Si el seu contingut és del 5-20%, el llautó s'anomena vermell, i si és del 20-36%, el groc. Hi ha aliatges de coure amb silici, estany, beril·li, alumini. S'anomenen bronzes. Hi ha diversos tipus d'aquests aliatges.
• Plom, que és una soldadura habitual (tretnik). En aquest aliatge, 2 parts d'estany cauen sobre 1 part d'aquest producte químic. Els coixinets es fabriquen amb babbitt, que és un aliatge de plom, estany, arsènic i antimoni.
• Alumini, titani, magnesi i beril·li, que són aliatges lleugers no fèrrics d' alta resistència i excel·lents mecàniques.propietats.
Mètodes d'obtenció
Mètodes principals per obtenir metalls i aliatges:
• Foneria, en la qual es solidifica una mescla homogènia de diferents components fosos. Per obtenir aliatges s'utilitzen mètodes pirometal·lúrgics i electrometal·lúrgics d'obtenció de metalls. En la primera variant, l'energia tèrmica obtinguda en el procés de combustió del combustible s'utilitza per escalfar la matèria primera. El mètode pirometal·lúrgic produeix acer en forns de foc obert i ferro colat en alts forns. Amb el mètode electrometal·lúrgic, les matèries primeres s'escalfen en forns d'inducció o d'arc elèctric. Al mateix temps, la matèria primera s'estova molt ràpidament.
• Pols, en què s'utilitzen pols dels seus components per fer l'aliatge. Gràcies al premsat, se'ls dóna una forma determinada i després es sinteritzen en forns especials.
