L'uomo moderno è circondato da vari metalli nella sua vita quotidiana. La maggior parte degli articoli che utilizziamo contengono queste sostanze chimiche. Tutto questo è successo perché le persone hanno trovato una varietà di modi per ottenere metalli.
Cosa sono i metalli
La chimica inorganica si occupa di queste sostanze preziose per le persone. Ottenere metalli consente a una persona di creare una tecnologia sempre più perfetta che migliora le nostre vite. Quali sono? Prima di considerare i metodi generali per ottenere i metalli, è necessario capire quali sono. I metalli sono un gruppo di elementi chimici sotto forma di sostanze semplici con proprietà caratteristiche:
• conducibilità termica ed elettrica;
• alta duttilità;
• glitter.
Una persona può facilmente distinguerli dalle altre sostanze. Una caratteristica di tutti i metalli è la presenza di una brillantezza speciale. Si ottiene riflettendo i raggi luminosi incidenti su una superficie che non li trasmette. La lucentezza è una proprietà comune a tutti i metalli, ma è più pronunciata nell'argento.
OnAd oggi, gli scienziati hanno scoperto 96 di tali elementi chimici, sebbene non tutti siano riconosciuti dalla scienza ufficiale. Sono divisi in gruppi a seconda delle loro proprietà caratteristiche. I seguenti metalli vengono isolati in questo modo:
• alcalino – 6;
• terra alcalina – 6;
• transitorio – 38;
• luce – 11;
• semimetalli – 7;
• Lantanidi – 14;
• attinidi – 14.
Ottenere metalli
Per creare una lega, devi prima ottenere il metallo dal minerale naturale. Gli elementi nativi sono quelle sostanze che si trovano in natura allo stato libero. Questi includono platino, oro, stagno, mercurio. Sono separati dalle impurità meccanicamente o con l'aiuto di reagenti chimici.
Altri metalli vengono estratti elaborando i loro composti. Si trovano in vari fossili. I minerali sono minerali e rocce, che includono composti metallici sotto forma di ossidi, carbonati o solfuri. Per ottenerli viene utilizzata una lavorazione chimica.
Metodi per ottenere metalli:
• riduzione degli ossidi con carbone;
• ottenere stagno dalla pietra di latta;
• fusione del minerale di ferro;
• combustione di composti di zolfo in forni speciali.
Per facilitare l'estrazione dei metalli dalle rocce minerali, vengono aggiunte varie sostanze chiamate flussi. Aiutano a rimuovere le impurità indesiderate come argilla, calcare, sabbia. Come risultato di questo processo si ottengono composti fusibili,chiamato scorie.
In presenza di una notevole quantità di impurità, il minerale si arricchisce prima di fondere il metallo rimuovendo gran parte dei componenti non necessari. I metodi più utilizzati per questo trattamento sono la flottazione, il magnetico e la gravità.
Metalli alcalini
La produzione in serie di metalli alcalini è un processo più complesso. Ciò è dovuto al fatto che si trovano in natura solo sotto forma di composti chimici. Trattandosi di agenti riducenti, la loro produzione è accompagnata da elevati costi energetici. Esistono diversi modi per estrarre i metalli alcalini:
• Il litio può essere ottenuto dal suo ossido sotto vuoto o per elettrolisi di un fuso del suo cloruro, formatosi durante la lavorazione dello spodumene.
• Il sodio viene estratto calcinando la soda con carbone in crogioli ben chiusi o mediante elettrolisi di un cloruro fuso con l'aggiunta di calcio. Il primo metodo è quello che richiede più tempo.
• Il potassio si ottiene per elettrolisi di un fuso dei suoi sali o facendo passare vapore di sodio attraverso il suo cloruro. È anche formato dall'interazione di idrossido di potassio fuso e sodio liquido a una temperatura di 440 ° C.
• Il cesio e il rubidio vengono estratti riducendo i loro cloruri con calcio a 700–800 °C o zirconio a 650 °C. Ottenere metalli alcalini in questo modo è estremamente costoso e ad alta intensità energetica.
Differenze tra metalli e leghe
Un confine fondamentalmente chiaro tra i metalli e le loro leghe praticamente non esiste, poiché anche le sostanze più pure e semplici hannouna certa quantità di impurità. Allora qual è la differenza tra loro? Quasi tutti i metalli utilizzati nell'industria e in altri settori dell'economia nazionale sono utilizzati sotto forma di leghe ottenute apposta aggiungendo altri componenti all'elemento chimico principale.
Leghe
La tecnologia richiede una varietà di materiali metallici. Allo stesso tempo, gli elementi chimici puri non vengono praticamente utilizzati, poiché non hanno le proprietà necessarie per le persone. Per le nostre esigenze abbiamo inventato diversi modi per ottenere le leghe. Con questo termine si intende un materiale macroscopicamente omogeneo costituito da 2 o più elementi chimici. In questo caso, nella lega predominano i componenti metallici. Questa sostanza ha una sua struttura. Nelle leghe si distinguono i seguenti componenti:
• base costituita da uno o più metalli;
• piccole aggiunte di elementi modificanti e leganti;
• impurità non rimosse (tecnologiche, naturali, casuali).
Le leghe metalliche sono il principale materiale strutturale. Nella tecnologia, ce ne sono più di 5000.
Tipi di leghe
Nonostante una tale varietà di leghe, quelle a base di ferro e alluminio sono della massima importanza per le persone. Sono i più comuni nella vita di tutti i giorni. I tipi di leghe sono diversi. Inoltre, sono suddivisi secondo diversi criteri. Quindi vengono utilizzati vari metodi di produzione delle leghe. Secondo questo criterio si dividono in:
• Cast, cheottenuto per cristallizzazione allo stato fuso di componenti misti.
• Polvere, creata premendo una miscela di polveri e poi sinterizzando ad alta temperatura. Inoltre, spesso i componenti di tali leghe non sono solo semplici elementi chimici, ma anche loro vari composti, come il titanio oi carburi di tungsteno nelle leghe dure. La loro aggiunta in determinate quantità modifica le proprietà dei materiali metallici.
I metodi per ottenere leghe sotto forma di prodotto finito o grezzo sono suddivisi in:
• fonderia (silumin, ghisa);
• battuto (acciai);
• polvere (titanio, tungsteno).
Tipi di leghe
I metodi per ottenere i metalli sono diversi, mentre i materiali realizzati grazie ad essi hanno proprietà diverse. Allo stato solido di aggregazione, le leghe sono:
• Omogeneo (uniforme), costituito da cristalli dello stesso tipo. Sono spesso indicati come monofase.
• Eterogeneo (eterogeneo), chiamato multifase. Una volta ottenuti, si assume come base della lega una soluzione solida (fase matrice). La composizione di sostanze eterogenee di questo tipo dipende dalla composizione dei suoi elementi chimici. Tali leghe possono contenere i seguenti componenti: soluzioni solide di interstiziale e di sostituzione, composti chimici (carburi, intermetallidi, nitruri), cristalliti di sostanze semplici.
Proprietà in lega
Indipendentemente dai metodi utilizzati per ottenere metalli e leghe, le loro proprietà sono completamente determinate dal cristallinostruttura di fase e microstruttura di questi materiali. Ognuno di loro è diverso. Le proprietà macroscopiche delle leghe dipendono dalla loro microstruttura. Si differenziano comunque per le caratteristiche delle loro fasi, che dipendono unicamente dalla struttura cristallina del materiale. L'omogeneità macroscopica delle leghe eterogenee (multifase) si ottiene come risultato di una distribuzione uniforme delle fasi nella matrice metallica.
La proprietà più importante delle leghe è la saldabilità. Altrimenti, sono identici ai metalli. Quindi, le leghe hanno conducibilità termica ed elettrica, duttilità e riflettività (lucentezza).
Varietà di leghe
Diversi metodi per ottenere leghe hanno permesso all'uomo di inventare un gran numero di materiali metallici con diverse proprietà e caratteristiche. A seconda del loro scopo, sono divisi nei seguenti gruppi:
• Strutturale (acciaio, duralluminio, ghisa). Questo gruppo comprende anche leghe con proprietà speciali. Quindi si distinguono per sicurezza intrinseca o proprietà antifrizione. Questi includono ottone e bronzo.
• Per cuscinetti versatili (babbit).
• Per il riscaldamento elettrico e apparecchiature di misurazione (nicromo, manganina).
• Per la produzione di utensili da taglio (win).
Nella produzione, le persone utilizzano anche altri tipi di materiali metallici, come leghe fusibili, resistenti al calore, alla corrosione e amorfe. Anche magneti e termoelettrici (teluridi e seleniuri di bismuto, piombo, antimonio e altri) sono ampiamente utilizzati.
Leghe di ferro
Praticamente tutto il ferro fuso sulla Terra è destinato alla produzione di acciai semplici e legati. Viene utilizzato anche nella produzione del ferro. Le leghe di ferro hanno guadagnato la loro popolarità grazie al fatto che hanno proprietà benefiche per l'uomo. Sono stati ottenuti aggiungendo vari componenti ad un semplice elemento chimico. Quindi, nonostante il fatto che varie leghe di ferro siano realizzate sulla base di un'unica sostanza, gli acciai e le ghise hanno proprietà diverse. Di conseguenza, trovano una varietà di applicazioni. La maggior parte degli acciai sono più duri della ghisa. Vari metodi per ottenere questi metalli consentono di ottenere diversi gradi (marchi) di queste leghe di ferro.
Migliora le proprietà della lega
Fondendo determinati metalli e altri elementi chimici, si possono ottenere materiali con caratteristiche migliorate. Ad esempio, il limite di snervamento dell'alluminio puro è di 35 MPa. Quando si ottiene una lega di questo metallo con rame (1,6%), zinco (5,6%), magnesio (2,5%), questa cifra supera i 500 MPa.
Combinando diverse proporzioni di diversi prodotti chimici, è possibile ottenere materiali metallici con proprietà magnetiche, termiche o elettriche migliorate. Il ruolo principale in questo processo è svolto dalla struttura della lega, che è la distribuzione dei suoi cristalli e il tipo di legami tra gli atomi.
Acciai e ferri
Queste leghe sono ottenute combinando ferro e carbonio (2%). Nella produzione di materiali legati, vengono aggiuntinichel, cromo, vanadio. Tutti gli acciai ordinari sono divisi in tipi:
• basso tenore di carbonio (0,25% di carbonio) utilizzato per varie strutture;
• Alto tenore di carbonio (oltre lo 0,55%) progettato per utensili da taglio.
Diversi gradi di acciai legati vengono utilizzati nell'ingegneria meccanica e in altri prodotti.
La lega di ferro con carbonio, la cui percentuale è del 2-4%, è chiamata ghisa. Questo materiale contiene anche silicio. Vari prodotti con buone proprietà meccaniche sono fusi da ghisa.
Metalli non ferrosi
Oltre al ferro, altri elementi chimici vengono utilizzati per realizzare vari materiali metallici. Come risultato della loro combinazione si ottengono leghe non ferrose. Nella vita delle persone, i materiali basati su:hanno trovato il massimo utilizzo
• Rame, chiamato ottone. Contengono il 5-45% di zinco. Se il suo contenuto è del 5-20%, l'ottone è chiamato rosso e se il 20-36% - giallo. Esistono leghe di rame con silicio, stagno, berillio, alluminio. Si chiamano bronzi. Esistono diversi tipi di queste leghe.
• Piombo, che è una saldatura comune (tretnik). In questa lega, 2 parti di stagno cadono su 1 parte di questa sostanza chimica. I cuscinetti sono prodotti utilizzando babbitt, che è una lega di piombo, stagno, arsenico e antimonio.
• Alluminio, titanio, magnesio e berillio, leghe leggere non ferrose ad alta resistenza ed eccellente meccanicaproprietà.
Metodi per ottenere
Metodi principali per ottenere metalli e leghe:
• Fonderia, in cui solidifica una miscela omogenea di diversi componenti fusi. Per ottenere leghe vengono utilizzati metodi pirometallurgici ed elettrometallurgici per ottenere metalli. Nella prima variante, l'energia termica ottenuta nel processo di combustione del combustibile viene utilizzata per riscaldare la materia prima. Il metodo pirometallurgico produce acciaio nei forni a focolare aperto e ghisa negli altiforni. Con il metodo elettrometallurgico, le materie prime vengono riscaldate in forni a induzione o ad arco elettrico. Allo stesso tempo, la materia prima si ammorbidisce molto rapidamente.
• Polvere, in cui le polveri dei suoi componenti vengono utilizzate per realizzare la lega. Grazie alla pressatura viene data loro una certa forma, quindi sinterizzati in appositi forni.
