Ondanks het feit dat kunstmatig gecreëerde materialen steeds vaker worden gebruikt in de industrie en het dagelijks leven, is het nog niet mogelijk om het gebruik van metalen te weigeren. Ze hebben een unieke combinatie van eigenschappen en legeringen stellen u in staat hun potentieel te maximaliseren. In welke gebieden vindt de productie en het gebruik van metalen plaats?
Kenmerk van een groep elementen
Metalen worden opgevat als een reeks anorganische chemicaliën met karakteristieke eigenschappen. Ze omvatten meestal het volgende:
- hoge thermische geleidbaarheid;
- ductiliteit, relatief gemak van bewerking;
- relatief hoog smeltpunt;
- goede elektrische geleidbaarheid;
- karakteristieke "metallic" glans;
- rol van reductiemiddel in reacties;
- hoge dichtheid.
Natuurlijk hebben niet alle elementen van deze groep al deze eigenschappen, kwik is bijvoorbeeld vloeibaar bij kamertemperatuur, gallium smelt door de hitte van mensenhanden en bismut kan nauwelijks plastic worden genoemd. Maar over het algemeen zijn al deze kenmerken terug te vinden in het geheel van metalen.
Interne classificatie
Metalen zijn voorwaardelijk onderverdeeld in verschillende categorieën, die elk elementen combineren die het dichtst bij elkaar liggen in verschillende parameters. De volgende groepen worden onderscheiden:
- alkaline - 6;
- alkalische aarde - 4;
- overgang - 38;
- licht - 7;
- halfmetalen - 7;
- lanthaniden - 14+1;
- actiniden - 14+1;
Van de groepen zijn er nog twee: beryllium en magnesium. Dus op dit moment schrijven 94 wetenschappers van alle ontdekte elementen aan metalen toe.
Bovendien is het vermeldenswaard dat er andere classificaties zijn. Volgens hen worden edelmetalen, metalen uit de platinagroep, post-overgangs-, vuurvaste, ferro- en non-ferrometalen, enz. afzonderlijk beschouwd. Deze benadering heeft alleen zin voor bepaalde doeleinden, dus het is handiger om de algemeen aanvaarde classificatie te gebruiken.
Ontvangstgeschiedenis
De mensheid is tijdens haar ontwikkeling nauw verbonden geweest met de verwerking en het gebruik van metalen. Behalve dat het de meest voorkomende elementen zijn, kunnen ze alleen met behulp van mechanische bewerking tot verschillende producten worden gemaakt. Omdat er geen vaardigheden waren in het werken met erts, ging het aanvankelijk alleen om het gebruik van klompjes. In het begin was het een zacht metaal, dat zijn naam gaf aan het kopertijdperk, dat het stenen tijdperk verving. Tijdens deze periode werd de koude smeedmethode ontwikkeld. In sommige beschavingen is smelten mogelijk geworden. Geleidelijk aan kregen mensen het kleuren onder de kniemetalen zoals goud, zilver, tin.
Later verving de bronstijd de kopertijd. Het duurde ongeveer 20 millennia en werd een keerpunt voor de mensheid, aangezien het in deze periode mogelijk werd legeringen te verkrijgen. Er is een geleidelijke ontwikkeling van de metallurgie, methoden voor het verkrijgen van metalen worden verbeterd. Echter, in de 13-12 eeuw. BC e. de zogenaamde bronzen ineenstorting vond plaats, die het begin van de ijzertijd markeerde. Dit was vermoedelijk te wijten aan de uitputting van de tinreserves. En lood en kwik, toen ontdekt, konden geen vervanging voor brons worden. Dus moesten mensen de productie van metalen uit ertsen ontwikkelen.
De volgende periode duurde niet lang - minder dan een millennium, maar heeft een duidelijk stempel gedrukt op de geschiedenis. Ondanks het feit dat ijzer al veel eerder bekend was, werd het bijna nooit gebruikt vanwege zijn tekortkomingen in vergelijking met brons. Bovendien was dit laatste veel gemakkelijker te verkrijgen, terwijl het smelten van het erts arbeidsintensiever was. Het feit is dat inheems ijzer vrij zeldzaam is, dus het is niet verwonderlijk dat het verlaten van brons zo langzaam is gegaan.
Betekenis van metaalextractievaardigheden
Net als hoe de menselijke voorouder voor het eerst een gereedschap maakte door een scherpe steen aan een stok te binden, bleek de overgang naar een nieuw materiaal net zo groots te zijn. De belangrijkste voordelen van metalen producten waren dat ze gemakkelijker te maken en te repareren waren. De steen heeft geen plasticiteit en kneedbaarheid, zodat:alle wapens ervan konden alleen opnieuw worden gemaakt, ze konden niet worden gerepareerd.
Het was dus de overgang naar het gebruik van metalen die leidde tot de verdere verbetering van gereedschappen, de opkomst van nieuwe huishoudelijke artikelen, versieringen, die voorheen onmogelijk te maken waren. Dit alles gaf een impuls aan de technologische vooruitgang en legde de basis voor de ontwikkeling van de metallurgie.
Moderne methoden
Als mensen in de oudheid alleen bekend waren met het verkrijgen van metalen uit ertsen, of ze tevreden konden zijn met goudklompjes, dan zijn er tegenwoordig andere manieren. Ze werden mogelijk dankzij de ontwikkeling van de chemie. Zo verschenen er twee hoofdrichtingen:
- Pyrometallurgie. Het begon zijn ontwikkeling eerder en wordt geassocieerd met de hoge temperaturen die nodig zijn om het materiaal te verwerken. Moderne technologie op dit gebied maakt ook het gebruik van plasma mogelijk.
- Hydrometallurgie. Deze richting houdt zich bezig met de extractie van elementen uit ertsen, afval, concentraten, enz. Met behulp van water en chemische reagentia. Een methode waarbij metalen door middel van elektrolyse worden geproduceerd, is bijvoorbeeld zeer gebruikelijk en de carboneringsmethode is ook behoorlijk populair.
Er is nog een andere interessante technologie. Het verkrijgen van edele metalen met een hoge zuiverheid en met minimale verliezen werd hierdoor mogelijk. Het gaat om verfijning. Dit proces is een van de soorten raffinage, dat wil zeggen de geleidelijke scheiding van onzuiverheden. In het geval van goud wordt bijvoorbeeld verzadiging van de smelt met chloor gebruikt en wordt platina opgelost inminerale zuren gevolgd door isolatie met reagentia.
Trouwens, het verkrijgen van metalen door elektrolyse wordt meestal gebruikt als smelten of terugwinnen economisch niet haalbaar is. Dit is precies wat er gebeurt met aluminium en natrium. Er zijn ook meer innovatieve technologieën die het mogelijk maken om zelfs uit vrij arme ertsen non-ferrometalen te verkrijgen zonder noemenswaardige kosten, maar hier zullen we het later over hebben.
Over legeringen
De meeste metalen die in de oudheid bekend waren, voldeden niet altijd aan bepaalde behoeften. Corrosie, onvoldoende hardheid, broosheid, broosheid, breekbaarheid - elk element in zijn pure vorm heeft zijn nadelen. Daarom werd het noodzakelijk om nieuwe materialen te vinden die de voordelen van de bekende combineren, dat wil zeggen om manieren te vinden om metaallegeringen te verkrijgen. Tegenwoordig zijn er twee hoofdmethoden:
- Casting. De smelt van gemengde componenten wordt afgekoeld en gekristalliseerd. Het was deze methode die het mogelijk maakte om de eerste monsters van legeringen te verkrijgen: brons en messing.
- Druk op. Het mengsel van poeders wordt onderworpen aan hoge druk en vervolgens gesinterd.
Verdere verbetering
De meest veelbelovende van de afgelopen decennia is de productie van metalen met behulp van biotechnologie, voornamelijk met behulp van bacteriën. Het is al mogelijk geworden om koper, nikkel, zink, goud en uranium uit sulfidegrondstoffen te winnen. Wetenschappers hopen micro-organismen te verbinden met processen als uitloging, oxidatie, sorptie en neerslag. Daarnaast is het uiterst belangrijkprobleem van diepe afvalwaterzuivering, ook hiervoor proberen ze een oplossing te vinden waarbij bacteriën worden betrokken.
Toepassing
Zonder metalen en legeringen zou het leven in de vorm waarin het nu aan de mensheid bekend is, onmogelijk zijn. Hoogbouw, vliegtuigen, gebruiksvoorwerpen, spiegels, elektrische apparaten, auto's en nog veel meer bestaan alleen dankzij de verre overgang van mensen van steen naar koper, brons en ijzer.
Vanwege hun uitzonderlijke elektrische en thermische geleidbaarheid worden metalen gebruikt in draden en kabels voor een breed scala aan doeleinden. Goud wordt gebruikt om niet-oxiderende contacten te maken. Vanwege hun sterkte en hardheid worden metalen veel gebruikt in de bouw en voor een breed scala aan constructies. Een ander toepassingsgebied is instrumenteel. Voor het vervaardigen van bijvoorbeeld een werkend snijdeel worden vaak harde legeringen en speciale staalsoorten gebruikt. Ten slotte worden edele metalen zeer gewaardeerd als materiaal voor sieraden. Er zijn dus genoeg toepassingen.
Interessant over metalen en legeringen
Het gebruik van deze elementen is zo wijdverbreid en heeft zo'n lange geschiedenis dat het niet verwonderlijk is dat er zich verschillende merkwaardige situaties voordoen. Zij en slechts een paar interessante feiten zouden aan het einde moeten worden gebracht:
- Vóór het wijdverbreide gebruik werd aluminium zeer gewaardeerd. Bestek, dat Napoleon III gebruikte bij het ontvangen van gasten, was van dit materiaal gemaakt en was het onderwerp van:trots van de monarch.
- De naam platina in het Spaans betekent "zilver". Het element kreeg zo'n weinig vleiende naam vanwege het relatief hoge smeltpunt en daarom de onmogelijkheid om het voor een lange tijd te gebruiken.
- In zijn puurste vorm is goud zacht en gemakkelijk te krassen met een vingernagel. Daarom is het gelegeerd met zilver of koper om sieraden te maken.
- Er zijn legeringen met een merkwaardige eigenschap van thermo-elasticiteit, namelijk het vormgeheugeneffect. Wanneer ze vervormd en vervolgens verwarmd worden, keren ze terug naar hun oorspronkelijke staat.
