Vaatamata sellele, et tööstuses ja igapäevaelus kasutatakse üha enam kunstlikult loodud materjale, ei saa veel metallide kasutamisest keelduda. Neil on ainulaadne omaduste kombinatsioon ja sulamid võimaldavad teil nende potentsiaali maksimeerida. Millistes valdkondades toimub metallide tootmine ja kasutamine?
Elementide rühmale iseloomulik
Metalli all mõistetakse iseloomulike omadustega anorgaaniliste kemikaalide kogumit. Tavaliselt sisaldavad need järgmist:
- kõrge soojusjuhtivus;
- plastilisus, töötlemise suhteline lihtsus;
- suhteliselt kõrge sulamistemperatuur;
- hea elektrijuhtivus;
- iseloomulik "metalliline" läige;
- redutseerija roll reaktsioonides;
- kõrge tihedusega.
Muidugi ei ole kõigil selle rühma elementidel kõiki neid omadusi, näiteks elavhõbe on toatemperatuuril vedel, gallium sulab inimese käte kuumusest ja vaev alt saab vismutit plastiks nimetada. Kuid üldiselt saab kõiki neid tunnuseid jälgida metallide tervikus.
Sisemine klassifikatsioon
Metallid jagunevad tinglikult mitmesse kategooriasse, millest igaüks ühendab erinevate parameetrite poolest üksteisele kõige lähemal olevaid elemente. Eristatakse järgmisi rühmi:
- leeliseline - 6;
- leelismuld – 4;
- üleminek - 38;
- valgus - 7;
- poolmetall - 7;
- lantaniidid - 14+1;
- aktiniidid - 14+1;
Rühmadest on veel kaks: berüllium ja magneesium. Seega omistab praegu kõigist avastatud elementidest 94 teadlast metallidele.
Lisaks tasub mainida, et on ka teisi klassifikatsioone. Nende järgi käsitletakse eraldi väärismetalle, plaatinarühma metalle, üleminekujärgseid, tulekindlaid, must- ja värvilisi metalle jne. Selline lähenemine on mõttekas ainult teatud eesmärkidel, seega on mugavam kasutada üldtunnustatud klassifikatsiooni..
Kviitungi ajalugu
Inimkond on kogu oma arengu jooksul olnud tihed alt seotud metallide töötlemise ja kasutamisega. Lisaks sellele, et need on levinumad elemendid, sai neist erinevaid tooteid valmistada vaid mehaanilise töötlemise abil. Kuna maagiga töötamise oskused puudusid, siis algul oli jutt vaid tükikeste kasutamisest. Algul oli see pehme metall, mis andis oma nime vaseajastule, mis asendas kivi. Sel perioodil töötati välja külmsepistamise meetod. Mõnes tsivilisatsioonis on sulatamine muutunud võimalikuks. Järk-järgult õppisid inimesed värvi saamametallid nagu kuld, hõbe, tina.
Hiljem asendas pronksiaeg vaseaja. See kestis umbes 20 aastatuhandet ja sai inimkonna jaoks pöördepunktiks, kuna sel perioodil sai võimalikuks sulamite hankimine. Metallurgia areneb järk-järgult, täiustatakse metallide saamise meetodeid. Kuid 13-12 sajandil. eKr e. toimus nn pronksivaring, mis tähistas rauaaja algust. Selle põhjuseks oli oletatavasti tinavarude ammendumine. Ja sel ajal avastatud plii ja elavhõbe ei saanud pronksi asendada. Seega pidid inimesed arendama maakidest metallide tootmist.
Järgmine periood ei kestnud kaua – alla aastatuhande, kuid jättis ajalukku ereda jälje. Hoolimata asjaolust, et rauda tunti palju varem, ei kasutatud seda pronksiga võrreldes peaaegu üldse puuduste tõttu. Lisaks oli viimast palju lihtsam hankida, maagi sulatamine aga töömahukam. Fakt on see, et kohalik raud on üsna haruldane, mistõttu pole üllatav, et pronksist loobumine on olnud nii aeglane.
Metalli kaevandamise oskuste tähendus
Sarnaselt sellele, kuidas inimese esivanem valmistas esm alt tööriista, sidudes terava kivi pulga külge, osutus üleminek uuele materjalile sama suurejooneliseks. Metalltoodete peamised eelised olid lihtsamini valmistatavad ja parandatavad. Kivil ei ole plastilisust ja tempermalmist, nii etmingeid relvi sellest sai teha ainult uuesti, neid ei saanud parandada.
Seega oli üleminek metallide kasutamisele, mis viis tööriistade edasise täiustamiseni, uute majapidamistarvete, kaunistuste tekkeni, mida varem oli võimatu valmistada. Kõik see andis tõuke tehnoloogilisele progressile ja pani aluse metallurgia arengule.
Kaasaegsed meetodid
Kui iidsetel aegadel olid inimesed tuttavad ainult maakidest metallide hankimisega või võidi rahulduda tükikestega, siis praegu on muid võimalusi. Need said võimalikuks tänu keemia arengule. Seega ilmnes kaks põhisuunda:
- Pürometallurgia. See alustas oma väljatöötamist varem ja on seotud materjali töötlemiseks vajalike kõrgete temperatuuridega. Kaasaegne tehnoloogia selles valdkonnas võimaldab kasutada ka plasmat.
- Hüdrometallurgia. See suund tegeleb elementide ekstraheerimisega maakidest, jäätmetest, kontsentraatidest jne, kasutades vett ja keemilisi reaktiive. Näiteks meetod, mis hõlmab metallide elektrolüüsi tootmist, on äärmiselt levinud ja ka karburiseerimismeetod on üsna populaarne.
On veel üks huvitav tehnoloogia. Tänu sellele sai võimalikuks kõrge puhtusastmega ja minimaalsete kadudega väärismetallide saamine. See puudutab täpsustamist. See protsess on üks rafineerimise liike, see tähendab lisandite järkjärgulist eraldamist. Näiteks kulla puhul kasutatakse sulatise küllastamist klooriga ja plaatina lahustataksemineraalhapped, millele järgneb isoleerimine reagentidega.
Muide, metallide saamist elektrolüüsi teel kasutatakse kõige sagedamini siis, kui sulatamine või taaskasutamine ei ole majanduslikult otstarbekas. Täpselt nii juhtub alumiiniumi ja naatriumiga. On ka uuenduslikumaid tehnoloogiaid, mis võimaldavad ilma märkimisväärsete kulutusteta saada värvilisi metalle ka üsna kehvadest maakidest, kuid sellest räägime veidi hiljem.
Teave sulamite kohta
Enamik antiikajal tuntud metalle ei vastanud alati teatud vajadustele. Korrosioon, ebapiisav kõvadus, rabedus, rabedus, haprus - igal elemendil puhtal kujul on oma puudused. Seetõttu tekkis vajadus leida uusi materjale, mis ühendavad endas teadaolevate eelised ehk leida viise metallisulamite saamiseks. Tänapäeval on kaks peamist meetodit:
- Ülekandmine. Segatud komponentide sulam jahutatakse ja kristalliseeritakse. Just see meetod võimaldas saada esimesed sulamite proovid: pronks ja messing.
- Vajutamine. Pulbride segu allutatakse kõrgele rõhule ja seejärel paagutatakse.
Edasine täiustamine
Viimastel aastakümnetel on kõige perspektiivikam metallide tootmine biotehnoloogia abil, eelkõige bakterite abil. Juba on saanud võimalikuks vase, nikli, tsingi, kulla ja uraani ekstraheerimine sulfiidist toorainest. Teadlased loodavad ühendada mikroorganismid selliste protsessidega nagu leostumine, oksüdatsioon, sorptsioon ja sadestumine. Lisaks on see äärmiselt olulinereovee süvapuhastuse probleem, ka sellele püütakse leida lahendust, mis hõlmab bakterite osalust.
Rakendus
Ilma metallide ja sulamiteta oleks elu sellisel kujul, nagu see praegu on inimkonnale teada, võimatu. Kõrghooned, lennukid, riistad, peeglid, elektriseadmed, autod ja palju muud eksisteerivad ainult tänu inimeste kaugele üleminekule kivist vasele, pronksile ja rauale.
Erandliku elektri- ja soojusjuhtivuse tõttu kasutatakse metalle juhtmetes ja kaablites väga erinevatel eesmärkidel. Kulda kasutatakse mitteoksüdeerivate kontaktide valmistamiseks. Oma tugevuse ja kõvaduse tõttu kasutatakse metalle laialdaselt ehituses ja mitmesuguste konstruktsioonide jaoks. Teine rakendusvaldkond on instrumentaalne. Töötava, näiteks lõikeosa valmistamiseks kasutatakse sageli kõvasulameid ja eritüüpi terast. Lõpuks on väärismetallid ehete materjalina kõrgelt hinnatud. Seega on rakendusi palju.
Huvitav metallide ja sulamite kohta
Nende elementide kasutamine on nii lai alt levinud ja nii pika ajalooga, et pole üllatav, et ette tuleb erinevaid kurioosseid olukordi. Need ja vaid paar huvitavat fakti tuleks lõpetuseks tuua:
- Enne selle laialdast kasutamist hinnati alumiiniumi kõrgelt. Sellest materjalist valmistati söögiriistad, mida Napoleon III kasutas külaliste vastuvõtmiselmonarhi uhkus.
- Nimi plaatina tähendab hispaania keeles "hõbedat". Element sai sellise ebameelitava nime tänu suhteliselt kõrgele sulamistemperatuurile ja seetõttu ka seetõttu, et seda ei olnud võimalik pikka aega kasutada.
- Puhtamal kujul on kuld pehme ja kergesti küünega kriimustav. Seetõttu legeeritakse seda ehete valmistamiseks hõbeda või vasega.
- On sulameid, millel on kummaline termoelastsus, st kujumäluefekt. Deformeerumisel ja seejärel kuumutamisel naasevad nad algsesse olekusse.
