De moderne mens wordt in zijn dagelijks leven omringd door verschillende metalen. De meeste artikelen die we gebruiken bevatten deze chemicaliën. Dit gebeurde allemaal omdat mensen verschillende manieren vonden om metalen te verkrijgen.
Wat zijn metalen
Anorganische chemie houdt zich bezig met deze waardevolle stoffen voor mensen. Door metalen te verkrijgen, kan een persoon steeds meer perfecte technologie creëren die ons leven verbetert. Wat zijn zij? Alvorens de algemene methoden voor het verkrijgen van metalen te overwegen, is het noodzakelijk om te begrijpen wat ze zijn. Metalen zijn een groep chemische elementen in de vorm van eenvoudige stoffen met karakteristieke eigenschappen:
• thermische en elektrische geleidbaarheid;
• hoge ductiliteit;
• glitter.
Een persoon kan ze gemakkelijk onderscheiden van andere stoffen. Kenmerkend voor alle metalen is de aanwezigheid van een speciale schittering. Het wordt verkregen door invallende lichtstralen te reflecteren op een oppervlak dat ze niet doorlaat. Glans is een gemeenschappelijke eigenschap van alle metalen, maar is het meest uitgesproken in zilver.
AanTot op heden hebben wetenschappers 96 van dergelijke chemische elementen ontdekt, hoewel ze niet allemaal door de officiële wetenschap worden erkend. Ze zijn onderverdeeld in groepen, afhankelijk van hun karakteristieke eigenschappen. De volgende metalen worden op deze manier geïsoleerd:
• alkalisch – 6;
• aardalkali – 6;
• overgangsfase – 38;
• licht – 11;
• halfmetalen – 7;
• Lanthaniden – 14;
• actiniden – 14.
Verkrijgen van metalen
Om een legering te maken, moet je eerst metaal uit natuurlijk erts halen. Inheemse elementen zijn die stoffen die in de natuur in vrije staat voorkomen. Deze omvatten platina, goud, tin, kwik. Ze worden mechanisch of met behulp van chemische reagentia van onzuiverheden gescheiden.
Andere metalen worden gewonnen door hun verbindingen te verwerken. Ze zijn te vinden in verschillende fossielen. Ertsen zijn mineralen en gesteenten, waaronder metaalverbindingen in de vorm van oxiden, carbonaten of sulfiden. Om ze te verkrijgen, wordt chemische verwerking gebruikt.
Methoden voor het verkrijgen van metalen:
• reductie van oxiden met steenkool;
• tin uit tinnen steen halen;
• smelten van ijzererts;
• verbranding van zwavelverbindingen in speciale ovens.
Om de winning van metalen uit ertsgesteenten te vergemakkelijken, worden er verschillende stoffen aan toegevoegd die fluxen worden genoemd. Ze helpen ongewenste onzuiverheden zoals klei, kalksteen en zand te verwijderen. Als resultaat van dit proces worden smeltbare verbindingen verkregen,slak genoemd.
In aanwezigheid van een aanzienlijke hoeveelheid onzuiverheden wordt het erts verrijkt voordat het metaal wordt gesmolten door een groot deel van de onnodige componenten te verwijderen. De meest gebruikte methoden voor deze behandeling zijn flotatie, magnetisch en zwaartekracht.
Alkalimetalen
Massaproductie van alkalimetalen is een complexer proces. Dit komt door het feit dat ze in de natuur alleen in de vorm van chemische verbindingen worden aangetroffen. Omdat het reductiemiddelen zijn, gaat hun productie gepaard met hoge energiekosten. Er zijn verschillende manieren om alkalimetalen te extraheren:
• Lithium kan worden verkregen uit zijn oxide in een vacuüm of door elektrolyse van een smelt van zijn chloride, gevormd tijdens de verwerking van spodumeen.
• Natrium wordt geëxtraheerd door soda te calcineren met steenkool in goed gesloten kroezen of door elektrolyse van een chloridesmelt met toevoeging van calcium. De eerste methode is de meest tijdrovende.
• Kalium wordt verkregen door elektrolyse van een smelt van zijn zouten of door natriumdamp door zijn chloride te leiden. Het wordt ook gevormd door de interactie van gesmolten kaliumhydroxide en vloeibaar natrium bij een temperatuur van 440 ° C.
• Cesium en rubidium worden gewonnen door hun chloriden te reduceren met calcium bij 700-800 °C of zirkonium bij 650 °C. Het op deze manier verkrijgen van alkalimetalen is extreem energie-intensief en duur.
Verschillen tussen metalen en legeringen
Een fundamenteel duidelijke grens tussen metalen en hun legeringen bestaat praktisch niet, aangezien zelfs de zuiverste, eenvoudigste stoffeneen hoeveelheid onzuiverheden. Dus wat is het verschil tussen hen? Bijna alle metalen die in de industrie en in andere sectoren van de nationale economie worden gebruikt, worden gebruikt in de vorm van legeringen die doelbewust zijn verkregen door andere componenten aan het belangrijkste chemische element toe te voegen.
legeringen
Technologie heeft een verscheidenheid aan metalen materialen nodig. Tegelijkertijd worden pure chemische elementen praktisch niet gebruikt, omdat ze niet de eigenschappen hebben die nodig zijn voor mensen. Voor onze behoeften hebben we verschillende manieren bedacht om legeringen te verkrijgen. Deze term verwijst naar een macroscopisch homogeen materiaal dat uit 2 of meer chemische elementen bestaat. In dit geval overheersen metalen componenten in de legering. Deze stof heeft zijn eigen structuur. Bij legeringen worden de volgende componenten onderscheiden:
• basis bestaande uit een of meer metalen;
• kleine toevoegingen van modificerende en legeringselementen;
• niet-verwijderde onzuiverheden (technologisch, natuurlijk, willekeurig).
Metaallegeringen zijn het belangrijkste structurele materiaal. In technologie zijn er meer dan 5000.
Soorten legeringen
Ondanks zo'n verscheidenheid aan legeringen, zijn die op basis van ijzer en aluminium van het grootste belang voor mensen. Ze komen het meest voor in het dagelijks leven. De soorten legeringen zijn verschillend. Bovendien zijn ze ingedeeld volgens verschillende criteria. Er worden dus verschillende methoden voor het vervaardigen van legeringen gebruikt. Volgens dit criterium zijn ze onderverdeeld in:
• Cast, dieverkregen door smeltkristallisatie van gemengde componenten.
• Poeder, gemaakt door een mengsel van poeders te persen en vervolgens op hoge temperatuur te sinteren. Bovendien zijn de componenten van dergelijke legeringen vaak niet alleen eenvoudige chemische elementen, maar ook hun verschillende verbindingen, zoals titanium of wolfraamcarbiden in harde legeringen. Hun toevoeging in bepaalde hoeveelheden verandert de eigenschappen van metalen materialen.
Methoden voor het verkrijgen van legeringen in de vorm van een afgewerkt product of blanco zijn onderverdeeld in:
• gieterij (silumin, gietijzer);
• gesmeed (staal);
• poeder (titanium, wolfraam).
Soorten legeringen
Methoden voor het verkrijgen van metalen zijn verschillend, terwijl de materialen die dankzij hen zijn gemaakt verschillende eigenschappen hebben. In de vaste toestand van aggregatie zijn legeringen:
• Homogeen (uniform), bestaande uit kristallen van hetzelfde type. Ze worden vaak enkelfasig genoemd.
• Heterogeen (heterogeen), multifase genoemd. Wanneer ze zijn verkregen, wordt een vaste oplossing (matrixfase) als basis van de legering genomen. De samenstelling van heterogene stoffen van dit type hangt af van de samenstelling van de chemische elementen. Dergelijke legeringen kunnen de volgende componenten bevatten: vaste oplossingen van interstitiële en substitutie, chemische verbindingen (carbiden, intermetalliden, nitriden), kristallieten van eenvoudige stoffen.
Legering eigenschappen
Ongeacht welke methoden voor het verkrijgen van metalen en legeringen worden gebruikt, hun eigenschappen worden volledig bepaald door de kristallijnefasestructuur en microstructuur van deze materialen. Elk van hen is anders. De macroscopische eigenschappen van legeringen zijn afhankelijk van hun microstructuur. In elk geval verschillen ze van de kenmerken van hun fasen, die uitsluitend afhankelijk zijn van de kristalstructuur van het materiaal. De macroscopische homogeniteit van heterogene (meerfasen) legeringen wordt verkregen door een uniforme verdeling van fasen in de metaalmatrix.
De belangrijkste eigenschap van legeringen is de lasbaarheid. Anders zijn ze identiek aan metalen. Legeringen hebben dus thermische en elektrische geleidbaarheid, ductiliteit en reflectiviteit (glans).
Verscheidenheden van legeringen
Verschillende methoden om legeringen te verkrijgen hebben de mens in staat gesteld een groot aantal metalen materialen uit te vinden met verschillende eigenschappen en kenmerken. Afhankelijk van hun doel zijn ze onderverdeeld in de volgende groepen:
• Structureel (staal, duraluminium, gietijzer). Tot deze groep behoren ook legeringen met bijzondere eigenschappen. Ze onderscheiden zich dus door intrinsieke veiligheid of antifrictie-eigenschappen. Deze omvatten messing en brons.
• Voor het gieten van lagers (babbit).
• Voor elektrische verwarmings- en meetapparatuur (nichroom, manganine).
• Voor de productie van snijgereedschappen (win).
Bij de productie gebruiken mensen ook andere soorten metalen materialen, zoals smeltbare, hittebestendige, corrosiebestendige en amorfe legeringen. Magneten en thermo-elektrische materialen (teluriden en seleniden van bismut, lood, antimoon en andere) worden ook veel gebruikt.
IJzerlegeringen
Vrijwel al het ijzer dat op aarde wordt gesmolten, wordt gebruikt voor de productie van eenvoudige en gelegeerde staalsoorten. Het wordt ook gebruikt bij de productie van ijzer. IJzerlegeringen hebben hun populariteit gewonnen vanwege het feit dat ze eigenschappen hebben die gunstig zijn voor de mens. Ze werden verkregen door verschillende componenten toe te voegen aan een eenvoudig chemisch element. Dus ondanks het feit dat verschillende ijzerlegeringen worden gemaakt op basis van één stof, hebben staal en gietijzer verschillende eigenschappen. Daardoor vinden ze allerlei toepassingen. De meeste staalsoorten zijn harder dan gietijzer. Verschillende methoden om deze metalen te verkrijgen, stellen u in staat om verschillende kwaliteiten (merken) van deze ijzerlegeringen te verkrijgen.
Verbeter legeringseigenschappen
Door bepaalde metalen en andere chemische elementen te smelten, kunnen materialen met verbeterde eigenschappen worden verkregen. De vloeigrens van puur aluminium is bijvoorbeeld 35 MPa. Bij het verkrijgen van een legering van dit metaal met koper (1,6%), zink (5,6%), magnesium (2,5%), overschrijdt dit cijfer 500 MPa.
Door verschillende verhoudingen van verschillende chemicaliën te combineren, kunnen metalen materialen met verbeterde magnetische, thermische of elektrische eigenschappen worden verkregen. De belangrijkste rol in dit proces wordt gespeeld door de structuur van de legering, namelijk de verdeling van de kristallen en het type bindingen tussen atomen.
Staal en ijzer
Deze legeringen worden verkregen door ijzer en koolstof (2%). Bij de productie van gelegeerde materialen worden ze toegevoegdnikkel, chroom, vanadium. Alle gewone staalsoorten zijn onderverdeeld in soorten:
• koolstofarm (0,25% koolstof) gebruikt voor verschillende constructies;
• Hoge koolstof (meer dan 0,55%) ontworpen voor snijgereedschap.
Verschillende soorten gelegeerd staal worden gebruikt in de machinebouw en andere producten.
De legering van ijzer met koolstof, waarvan het percentage 2-4% is, wordt gietijzer genoemd. Dit materiaal bevat ook silicium. Diverse producten met goede mechanische eigenschappen worden uit gietijzer gegoten.
Non-ferro metalen
Naast ijzer worden ook andere chemische elementen gebruikt om verschillende metalen materialen te maken. Als resultaat van hun combinatie worden non-ferro legeringen verkregen. In het leven van mensen zijn materialen gebaseerd op:het meest gebruikt
• Koper, messing genoemd. Ze bevatten 5-45% zink. Als het geh alte 5-20% is, wordt messing rood genoemd en als 20-36% geel is. Er zijn legeringen van koper met silicium, tin, beryllium, aluminium. Ze worden bronzen genoemd. Er zijn verschillende soorten van deze legeringen.
• Lood, een veelgebruikt soldeer (tretnik). In deze legering vallen 2 delen tin op 1 deel van deze chemische stof. Lagers worden gemaakt met babbitt, een legering van lood, tin, arseen en antimoon.
• Aluminium, titanium, magnesium en beryllium, dit zijn lichte non-ferro legeringen met een hoge sterkte en uitstekende mechanische eigenschappeneigenschappen.
Verkrijgingsmethoden
Belangrijkste methoden voor het verkrijgen van metalen en legeringen:
• Gieterij, waarin een homogeen mengsel van verschillende gesmolten componenten stolt. Om legeringen te verkrijgen, worden pyrometallurgische en elektrometallurgische methoden voor het verkrijgen van metalen gebruikt. In de eerste variant wordt thermische energie verkregen bij het verbranden van brandstof gebruikt om de grondstof te verwarmen. De pyrometallurgische methode produceert staal in open haardovens en gietijzer in hoogovens. Bij de elektrometallurgische methode worden de grondstoffen verwarmd in inductie- of vlamboogovens. Tegelijkertijd wordt de grondstof zeer snel zacht.
• Poeder, waarin poeders van de componenten worden gebruikt om de legering te maken. Dankzij het persen krijgen ze een bepaalde vorm en worden ze vervolgens gesinterd in speciale ovens.
