Въпреки факта, че изкуствено създадените материали се използват все повече в индустрията и ежедневието, все още не е възможно да се откаже използването на метали. Те имат уникална комбинация от свойства, а сплавите ви позволяват да увеличите максимално техния потенциал. В какви области е производството и използването на метали?
Характеристика на група елементи
Металите се разбират като набор от неорганични химикали с характерни свойства. Те обикновено включват следното:
- висока топлопроводимост;
- пластичност, относителна лекота на обработка;
- относително висока точка на топене;
- добра електрическа проводимост;
- характерен "метален" блясък;
- роля на редуктора в реакциите;
- висока плътност.
Разбира се, не всички елементи от тази група притежават всички тези свойства, например живакът е течен при стайна температура, галият се топи от топлината на човешките ръце, а бисмутът трудно може да се нарече пластмаса. Но като цяло всички тези характеристики могат да бъдат проследени в съвкупността от метали.
Вътрешна класификация
Металите са разделени условно на няколко категории, всяка от които комбинира елементи, които са най-близо един до друг по различни параметри. Разграничават се следните групи:
- алкален - 6;
- алкалоземно - 4;
- преходно - 38;
- light - 7;
- полуметали - 7;
- лантаноиди - 14+1;
- актиниди - 14+1;
От групите има още две: берилий и магнезий. Така в момента от всички открити елементи 94 учени приписват на металите.
В допълнение, заслужава да се спомене, че има и други класификации. Според тях отделно се разглеждат благородните метали, металите от платиновата група, постпреходните, огнеупорните, черните и цветните метали и др. Този подход има смисъл само за определени цели, така че е по-удобно да се използва общоприетата класификация.
История на разписките
Човечеството през цялото си развитие е тясно свързано с обработката и използването на метали. Освен че са най-често срещаните елементи, от тях могат да се правят различни продукти само с помощта на механична обработка. Тъй като нямаше умения за работа с руда, в началото ставаше дума само за използването на самородни самородни частици. Първоначално това е мек метал, дал името си на медната епоха, която заменя каменната. През този период е разработен методът на студено коване. Топенето е станало възможно в някои цивилизации. Постепенно хората усвоиха да се оцветяватметали като злато, сребро, калай.
По-късно бронзовата епоха заменя медната епоха. Той продължи около 20 хилядолетия и се превърна в повратна точка за човечеството, тъй като именно през този период стана възможно получаването на сплави. Наблюдава се постепенно развитие на металургията, усъвършенстват се методите за получаване на метали. Въпреки това през 13-12 век. пр.н.е д. настъпва т. нар. бронзов колапс, който бележи началото на желязната епоха. Предполага се, че това се дължи на изчерпването на запасите от калай. А оловото и живакът, открити по това време, не можеха да станат заместител на бронза. Така че хората трябваше да развият производството на метали от руди.
Следващият период не продължи дълго - по-малко от хилядолетие, но остави ярка следа в историята. Въпреки факта, че желязото е било известно много по-рано, то почти никога не е било използвано поради недостатъците му в сравнение с бронза. Освен това последното е много по-лесно за получаване, докато топенето на рудата е по-трудоемко. Факт е, че самородното желязо е доста рядко, така че не е изненадващо, че изоставянето на бронза е толкова бавно.
Значение на уменията за добив на метал
Подобно на това как прародителят на човека за първи път е направил инструмент, като завързва остър камък към пръчка, преходът към нов материал се оказва също толкова грандиозен. Основните предимства на металните изделия бяха, че са по-лесни за изработка и ремонт. Камъкът няма пластичност и ковкост, така чевсякакви оръжия от него можеха да бъдат направени само наново, не можеха да бъдат ремонтирани.
По този начин преходът към използването на метали доведе до по-нататъшното усъвършенстване на инструментите, появата на нови предмети за бита, декорации, които преди това беше невъзможно да се направи. Всичко това даде тласък на технологичния прогрес и постави основата за развитието на металургията.
Модерни методи
Ако в древни времена хората са били запознати само с получаването на метали от руди или са можели да се задоволят с самородни късове, то в момента има други начини. Те станаха възможни благодарение на развитието на химията. Така се появиха две основни направления:
- Пирометалургия. Той започва своето развитие по-рано и е свързан с високите температури, необходими за обработка на материала. Съвременните технологии в тази област също позволяват използването на плазма.
- Хидрометалургия. Това направление се занимава с извличане на елементи от руди, отпадъци, концентрати и др. с помощта на вода и химически реагенти. Например, методът, включващ производството на метали чрез електролиза, е изключително разпространен, а методът на карбуризиране също е доста популярен.
Има още една интересна технология. Благодарение на него стана възможно получаването на благородни метали с висока чистота и с минимални загуби. Става дума за усъвършенстване. Този процес е един от видовете рафиниране, тоест постепенното отделяне на примесите. Например, при златото се използва насищане на стопилката с хлор и платината се разтваря вминерални киселини, последвано от изолиране с реагенти.
Между другото, получаването на метали чрез електролиза най-често се използва, ако топенето или възстановяването не е икономически изгодно. Точно това се случва с алуминия и натрия. Има и по-иновативни технологии, които позволяват получаването на цветни метали дори от сравнително бедни руди без значителни разходи, но ще говорим за това малко по-късно.
За сплавите
Повечето от металите, известни в древността, не винаги отговарят на някои нужди. Корозия, недостатъчна твърдост, крехкост, крехкост, крехкост - всеки елемент в чист вид има своите недостатъци. Поради това се наложи да се намерят нови материали, които съчетават предимствата на познатите, тоест да се намерят начини за получаване на метални сплави. Днес има два основни метода:
- Кастинг. Стопката от смесените компоненти се охлажда и кристализира. Именно този метод направи възможно получаването на първите проби от сплави: бронз и месинг.
- Натискане. Сместа от прахове се подлага на високо налягане и след това се синтерова.
Допълнително подобрение
През последните десетилетия най-обещаващо е производството на метали чрез биотехнология, предимно с помощта на бактерии. Вече стана възможно извличането на мед, никел, цинк, злато и уран от сулфидни суровини. Учените се надяват да свържат микроорганизмите с процеси като излугване, окисляване, сорбция и утаяване. Освен това е изключително важнопроблем с дълбокото пречистване на отпадъчни води, за това също се опитват да намерят решение, което включва участието на бактерии.
Заявление
Без метали и сплави животът във вида, в който сега е познат на човечеството, би бил невъзможен. Високи сгради, самолети, прибори, огледала, електрически уреди, автомобили и много други съществуват само благодарение на далечния преход на хората от камък към мед, бронз и желязо.
Поради изключителната си електрическа и топлопроводимост, металите се използват в жици и кабели за голямо разнообразие от цели. Златото се използва за създаване на неокисляващи контакти. Поради своята здравина и твърдост металите се използват широко в строителството и за голямо разнообразие от конструкции. Друга област на приложение е инструменталната. За производството на работеща, например режеща част, често се използват твърди сплави и специални видове стомана. И накрая, благородните метали са високо ценени като материал за бижута. Така че има много приложения.
Интересно за металите и сплавите
Използването на тези елементи е толкова широко разпространено и има толкова дълга история, че не е изненадващо, че възникват различни любопитни ситуации. Те и само няколко интересни факта трябва да бъдат представени накрая:
- Преди широкото му използване, алуминият беше високо ценен. Приборите за хранене, които Наполеон III използва при приемането на гости, са направени от този материал и са предмет нагордост на монарха.
- Името платина на испански означава "сребро". Елементът получи толкова неласкаво име поради относително високата точка на топене и следователно невъзможността да се използва за дълго време.
- В най-чистата си форма златото е меко и лесно се надраска с нокът. Ето защо се легира със сребро или мед за направата на бижута.
- Има сплави с любопитно свойство на термоеластичност, тоест ефекта на паметта на формата. Когато се деформират и след това се нагреят, те се връщат в първоначалното си състояние.
