Der moderne Mensch ist in seinem täglichen Leben von verschiedenen Metallen umgeben. Die meisten Artikel, die wir verwenden, enth alten diese Chemikalien. Das alles geschah, weil die Menschen eine Vielzahl von Möglichkeiten fanden, an Metalle zu kommen.
Was sind Metalle
Die anorganische Chemie beschäftigt sich mit diesen wertvollen Stoffen für den Menschen. Die Gewinnung von Metallen ermöglicht es einer Person, immer perfektere Technologien zu entwickeln, die unser Leben verbessern. Was sind Sie? Bevor die allgemeinen Methoden zur Gewinnung von Metallen betrachtet werden, ist es notwendig zu verstehen, was sie sind. Metalle sind eine Gruppe chemischer Elemente in Form einfacher Substanzen mit charakteristischen Eigenschaften:
• thermische und elektrische Leitfähigkeit;
• hohe Duktilität;
• Glitzer.
Ein Mensch kann sie leicht von anderen Substanzen unterscheiden. Ein charakteristisches Merkmal aller Metalle ist das Vorhandensein einer besonderen Brillanz. Es wird durch Reflektieren einfallender Lichtstrahlen auf eine Oberfläche erh alten, die sie nicht durchlässt. Glanz ist eine gemeinsame Eigenschaft aller Metalle, aber am ausgeprägtesten bei Silber.
EinBis heute haben Wissenschaftler 96 solcher chemischen Elemente entdeckt, obwohl nicht alle von der offiziellen Wissenschaft anerkannt sind. Sie werden nach ihren charakteristischen Eigenschaften in Gruppen eingeteilt. Folgende Metalle werden auf diese Weise isoliert:
• basisch – 6;
• Erdalkali – 6;
• Übergangszeit – 38;
• Licht – 11;
• Halbmetalle – 7;
• Lanthanide – 14;
• Aktinide – 14.
Metallgewinnung
Um eine Legierung herzustellen, musst du zuerst Metall aus natürlichem Erz gewinnen. Native Elemente sind solche Substanzen, die in der Natur in freiem Zustand vorkommen. Dazu gehören Platin, Gold, Zinn, Quecksilber. Sie werden mechanisch oder mit Hilfe chemischer Reagenzien von Verunreinigungen getrennt.
Andere Metalle werden durch Verarbeitung ihrer Verbindungen abgebaut. Sie kommen in verschiedenen Fossilien vor. Erze sind Mineralien und Gesteine, die Metallverbindungen in Form von Oxiden, Carbonaten oder Sulfiden enth alten. Um sie zu erh alten, wird eine chemische Verarbeitung verwendet.
Methoden zur Gewinnung von Metallen:
• Reduktion von Oxiden mit Kohle;
• Zinn aus Zinnstein gewinnen;
• Eisenerzverhüttung;
• Verbrennung von Schwefelverbindungen in speziellen Öfen.
Um die Gewinnung von Metallen aus Erzgesteinen zu erleichtern, werden ihnen verschiedene Substanzen, sogenannte Flussmittel, zugesetzt. Sie helfen, unerwünschte Verunreinigungen wie Ton, Kalkstein, Sand zu entfernen. Als Ergebnis dieses Prozesses werden schmelzbare Verbindungen erh alten,Schlacke genannt.
In Gegenwart einer erheblichen Menge an Verunreinigungen wird das Erz vor dem Schmelzen des Metalls angereichert, indem ein großer Teil der unnötigen Komponenten entfernt wird. Die am häufigsten verwendeten Methoden für diese Behandlung sind Flotation, Magnet und Schwerkraft.
Alkalimetalle
Die Massenproduktion von Alkalimetallen ist ein komplexerer Prozess. Dies liegt daran, dass sie in der Natur nur in Form chemischer Verbindungen vorkommen. Da es sich um Reduktionsmittel handelt, ist ihre Herstellung mit hohen Energiekosten verbunden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Alkalimetalle zu extrahieren:
• Lithium kann aus seinem Oxid im Vakuum oder durch Elektrolyse einer Schmelze seines Chlorids gewonnen werden, das bei der Verarbeitung von Spodumen entsteht.
• Natrium wird durch Kalzinieren von Soda mit Kohle in fest verschlossenen Tiegeln oder durch Elektrolyse einer Chloridschmelze unter Zusatz von Calcium gewonnen. Die erste Methode ist die zeitaufwändigste.
• Kalium wird durch Elektrolyse einer Schmelze seiner Salze oder durch Hindurchleiten von Natriumdampf durch sein Chlorid gewonnen. Es entsteht auch durch die Wechselwirkung von geschmolzenem Kaliumhydroxid und flüssigem Natrium bei einer Temperatur von 440 ° C.
• Cäsium und Rubidium werden abgebaut, indem ihre Chloride mit Calcium bei 700–800 °C oder Zirkonium bei 650 °C reduziert werden. Alkalimetalle auf diese Weise zu gewinnen ist extrem energieintensiv und teuer.
Unterschiede zwischen Metallen und Legierungen
Eine grundsätzlich klare Grenze zwischen Metallen und ihren Legierungen gibt es praktisch nicht, da selbst die reinsten, einfachsten Stoffe eine habeneine gewisse Menge an Verunreinigungen. Was ist also der Unterschied zwischen ihnen? Nahezu alle Metalle, die in der Industrie und in anderen Bereichen der Volkswirtschaft verwendet werden, werden in Form von Legierungen verwendet, die gezielt durch Zugabe anderer Komponenten zum chemischen Hauptelement erh alten werden.
Legierungen
Technologie braucht eine Vielzahl von Metallmaterialien. Gleichzeitig werden reine chemische Elemente praktisch nicht verwendet, da sie nicht die für den Menschen notwendigen Eigenschaften haben. Für unsere Bedürfnisse haben wir verschiedene Wege zur Gewinnung von Legierungen erfunden. Dieser Begriff bezeichnet ein makroskopisch homogenes Material, das aus 2 oder mehr chemischen Elementen besteht. In diesem Fall überwiegen Metallbestandteile in der Legierung. Diese Substanz hat ihre eigene Struktur. Bei Legierungen werden folgende Komponenten unterschieden:
• Basis aus einem oder mehreren Metallen;
• kleine Zusätze von Modifizierungs- und Legierungselementen;
• nicht entfernte Verunreinigungen (technologische, natürliche, zufällige).
Metalllegierungen sind das wichtigste Konstruktionsmaterial. In der Technologie gibt es mehr als 5000 davon.
Legierungsarten
Trotz dieser Vielf alt an Legierungen sind die auf Eisen- und Aluminiumbasis für den Menschen von größter Bedeutung. Sie kommen im Alltag am häufigsten vor. Die Arten von Legierungen sind unterschiedlich. Darüber hinaus werden sie nach mehreren Kriterien unterteilt. Daher werden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Legierungen verwendet. Nach diesem Kriterium werden sie unterteilt in:
• Besetzung, welcheerh alten durch Schmelzkristallisation gemischter Komponenten.
• Pulver, hergestellt durch Pressen einer Pulvermischung und anschließendes Sintern bei hoher Temperatur. Darüber hinaus sind die Bestandteile solcher Legierungen oft nicht nur einfache chemische Elemente, sondern auch deren verschiedene Verbindungen, wie Titan oder Wolframkarbide in Hartlegierungen. Ihr Zusatz in bestimmten Mengen verändert die Eigenschaften metallischer Werkstoffe.
Verfahren zur Gewinnung von Legierungen in Form eines fertigen Produkts oder Rohlings werden unterteilt in:
• Gießerei (Silumin, Gusseisen);
• geschmiedet (Stähle);
• Pulver (Titan, Wolfram).
Legierungsarten
Die Methoden zur Gewinnung von Metallen sind unterschiedlich, während die Materialien, die dank ihnen hergestellt werden, unterschiedliche Eigenschaften haben. Im festen Aggregatzustand sind Legierungen:
• Homogen (einheitlich), bestehend aus gleichartigen Kristallen. Sie werden oft als einphasig bezeichnet.
• Heterogen (heterogen), Multiphase genannt. Wenn sie erh alten werden, wird eine feste Lösung (Matrixphase) als Basis der Legierung genommen. Die Zusammensetzung derartiger heterogener Substanzen hängt von der Zusammensetzung ihrer chemischen Elemente ab. Solche Legierungen können folgende Bestandteile enth alten: feste Lösungen von Einlagerungs- und Substitutionssubstanzen, chemische Verbindungen (Carbide, Intermetallide, Nitride), Kristallite einfacher Substanzen.
Legierungseigenschaften
Egal welche Methoden zur Gewinnung von Metallen und Legierungen verwendet werden, ihre Eigenschaften werden vollständig durch das Kristalline bestimmtPhasenstruktur und Mikrostruktur dieser Materialien. Jeder von ihnen ist anders. Die makroskopischen Eigenschaften von Legierungen hängen von ihrer Mikrostruktur ab. In jedem Fall unterscheiden sie sich von den Eigenschaften ihrer Phasen, die allein von der Kristallstruktur des Materials abhängen. Die makroskopische Homogenität heterogener (mehrphasiger) Legierungen wird durch eine gleichmäßige Phasenverteilung in der Metallmatrix erreicht.
Die wichtigste Eigenschaft von Legierungen ist die Schweißbarkeit. Ansonsten sind sie mit Metallen identisch. Legierungen haben also thermische und elektrische Leitfähigkeit, Duktilität und Reflexionsvermögen (Glanz).
Legierungssorten
Verschiedene Methoden zur Gewinnung von Legierungen haben es dem Menschen ermöglicht, eine große Anzahl metallischer Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Eigenschaften zu erfinden. Entsprechend ihrem Zweck werden sie in folgende Gruppen eingeteilt:
• Strukturell (Stahl, Duraluminium, Gusseisen). Zu dieser Gruppe gehören auch Legierungen mit besonderen Eigenschaften. So zeichnen sie sich durch Eigensicherheit oder Gleiteigenschaften aus. Dazu gehören Messing und Bronze.
• Zum Gießen von Lagern (Babbit).
• Für elektrische Heiz- und Messgeräte (Nichrom, Manganin).
• Zur Herstellung von Schneidwerkzeugen (win).
In der Produktion werden auch andere Arten von Metallmaterialien verwendet, z. B. schmelzbare, hitzebeständige, korrosionsbeständige und amorphe Legierungen. Weit verbreitet sind auch Magnete und Thermoelektrika (Teluride und Selenide von Wismut, Blei, Antimon und anderen).
Eisenlegierungen
Praktisch alles Eisen, das auf der Erde geschmolzen wird, dient der Produktion von einfachen und legierten Stählen. Es wird auch bei der Herstellung von Eisen verwendet. Eisenlegierungen haben ihre Popularität aufgrund der Tatsache erlangt, dass sie Eigenschaften haben, die für den Menschen vorteilhaft sind. Sie wurden durch Hinzufügen verschiedener Komponenten zu einem einfachen chemischen Element erh alten. Trotz der Tatsache, dass verschiedene Eisenlegierungen auf der Basis eines Stoffes hergestellt werden, haben Stähle und Gusseisen unterschiedliche Eigenschaften. Dadurch finden sie vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Die meisten Stähle sind härter als Gusseisen. Verschiedene Methoden zur Gewinnung dieser Metalle ermöglichen es Ihnen, verschiedene Qualitäten (Marken) dieser Eisenlegierungen zu erh alten.
Legierungseigenschaften verbessern
Durch das Verschmelzen bestimmter Metalle und anderer chemischer Elemente können Materialien mit verbesserten Eigenschaften erh alten werden. Beispielsweise beträgt die Streckgrenze von reinem Aluminium 35 MPa. Bei einer Legierung dieses Metalls mit Kupfer (1,6 %), Zink (5,6 %), Magnesium (2,5 %) übersteigt dieser Wert 500 MPa.
Durch die Kombination unterschiedlicher Anteile verschiedener Chemikalien können metallische Werkstoffe mit verbesserten magnetischen, thermischen oder elektrischen Eigenschaften erh alten werden. Die Hauptrolle bei diesem Prozess spielt die Struktur der Legierung, dh die Verteilung ihrer Kristalle und die Art der Bindungen zwischen den Atomen.
Stähle und Eisen
Diese Legierungen werden durch die Kombination von Eisen und Kohlenstoff (2%) erh alten. Bei der Herstellung von legierten Werkstoffen werden sie zugesetztNickel, Chrom, Vanadium. Alle gewöhnlichen Stähle sind in Typen unterteilt:
• kohlenstoffarm (0,25 % Kohlenstoff) für verschiedene Strukturen verwendet;
• Hoher Kohlenstoffgeh alt (mehr als 0,55 %) für Schneidwerkzeuge.
Verschiedene Sorten von legierten Stählen werden im Maschinenbau und anderen Produkten verwendet.
Die Legierung von Eisen mit Kohlenstoff, deren Anteil 2-4% beträgt, wird als Gusseisen bezeichnet. Dieses Material enthält auch Silizium. Aus Gusseisen werden verschiedene Produkte mit guten mechanischen Eigenschaften gegossen.
Nichteisenmetalle
Neben Eisen werden auch andere chemische Elemente zur Herstellung verschiedener metallischer Materialien verwendet. Als Ergebnis ihrer Kombination werden Nichteisenlegierungen erh alten. Im Leben der Menschen haben Materialien basierend auf:die größte Verwendung gefunden
• Kupfer, Messing genannt. Sie enth alten 5-45 % Zink. Wenn sein Geh alt 5-20% beträgt, wird Messing als rot und bei 20-36% als gelb bezeichnet. Es gibt Legierungen von Kupfer mit Silizium, Zinn, Beryllium, Aluminium. Sie werden Bronzen genannt. Es gibt verschiedene Arten dieser Legierungen.
• Blei, das ein gewöhnliches Lötmittel (Tretnik) ist. In dieser Legierung fallen 2 Teile Zinn auf 1 Teil dieser Chemikalie. Lager werden aus Babbitt hergestellt, einer Legierung aus Blei, Zinn, Arsen und Antimon.
• Aluminium, Titan, Magnesium und Beryllium sind leichte Nichteisenlegierungen mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter MechanikEigenschaften.
Erlangungsmethoden
Hauptmethoden zur Gewinnung von Metallen und Legierungen:
• Gießerei, in der eine homogene Mischung verschiedener geschmolzener Komponenten erstarrt. Um Legierungen zu erh alten, werden pyrometallurgische und elektrometallurgische Verfahren zur Gewinnung von Metallen verwendet. Bei der ersten Variante wird die bei der Brennstoffverbrennung gewonnene Wärmeenergie zum Erhitzen des Rohstoffs genutzt. Das pyrometallurgische Verfahren erzeugt Stahl in Herdöfen und Gusseisen in Hochöfen. Beim elektrometallurgischen Verfahren werden die Rohstoffe in Induktions- oder Lichtbogenöfen erhitzt. Gleichzeitig wird das Rohmaterial sehr schnell aufgeweicht.
• Pulver, bei dem Pulver seiner Bestandteile zur Herstellung der Legierung verwendet werden. Durch das Pressen erh alten sie eine bestimmte Form und werden dann in speziellen Öfen gesintert.
