Παρά το γεγονός ότι τα τεχνητά υλικά χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο στη βιομηχανία και στην καθημερινή ζωή, δεν είναι ακόμη δυνατό να αρνηθεί κανείς τη χρήση μετάλλων. Έχουν έναν μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων και τα κράματα σας επιτρέπουν να μεγιστοποιήσετε τις δυνατότητές τους. Σε ποιους τομείς γίνεται η παραγωγή και χρήση μετάλλων;
Χαρακτηριστικό μιας ομάδας στοιχείων
Μέταλλα νοούνται ως ένα σύνολο ανόργανων χημικών ουσιών με χαρακτηριστικές ιδιότητες. Συνήθως περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- υψηλή θερμική αγωγιμότητα;
- ολκιμότητα, σχετική ευκολία κατεργασίας;
- σχετικά υψηλό σημείο τήξης;
- καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα;
- χαρακτηριστική "μεταλλική" λάμψη;
- ρόλος του αναγωγικού παράγοντα στις αντιδράσεις;
- υψηλή πυκνότητα.
Φυσικά, δεν έχουν όλα τα στοιχεία αυτής της ομάδας όλες αυτές τις ιδιότητες, για παράδειγμα, ο υδράργυρος είναι υγρός σε θερμοκρασία δωματίου, το γάλλιο λιώνει από τη θερμότητα των ανθρώπινων χεριών και το βισμούθιο δύσκολα μπορεί να ονομαστεί πλαστικό. Αλλά γενικά, όλα αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να εντοπιστούν στο σύνολο των μετάλλων.
Εσωτερική ταξινόμηση
Τα μέταλλα χωρίζονται υπό όρους σε διάφορες κατηγορίες, καθεμία από τις οποίες συνδυάζει στοιχεία που είναι πιο κοντά μεταξύ τους σε διάφορες παραμέτρους. Διακρίνονται οι ακόλουθες ομάδες:
- αλκαλικό - 6;
- αλκαλική γη - 4;
- μεταβατικό - 38;
- φως - 7;
- ημιμέταλλα - 7;
- λανθανίδες - 14+1;
- ακτινίδες - 14+1;
Από τις ομάδες υπάρχουν άλλες δύο: βηρύλλιο και μαγνήσιο. Έτσι, αυτή τη στιγμή, από όλα τα στοιχεία που ανακαλύφθηκαν, 94 επιστήμονες αποδίδουν στα μέταλλα.
Επιπλέον, αξίζει να αναφέρουμε ότι υπάρχουν και άλλες ταξινομήσεις. Σύμφωνα με αυτούς, τα ευγενή μέταλλα, τα μέταλλα της ομάδας πλατίνας, τα μετά τη μετάβαση, τα πυρίμαχα, τα σιδηρούχα και τα μη σιδηρούχα μέταλλα κ.λπ. θεωρούνται ξεχωριστά. Αυτή η προσέγγιση έχει νόημα μόνο για ορισμένους σκοπούς, επομένως είναι πιο βολικό να χρησιμοποιηθεί η γενικά αποδεκτή ταξινόμηση.
Ιστορικό παραλαβής
Η ανθρωπότητα σε όλη την ανάπτυξή της έχει συνδεθεί στενά με την επεξεργασία και τη χρήση μετάλλων. Εκτός από τα πιο κοινά στοιχεία, μπορούσαν να γίνουν διάφορα προϊόντα μόνο με τη βοήθεια μηχανικής επεξεργασίας. Δεδομένου ότι δεν υπήρχαν δεξιότητες στην εργασία με μετάλλευμα, στην αρχή αφορούσε μόνο τη χρήση ψήγματα. Στην αρχή ήταν ένα μαλακό μέταλλο, που έδωσε το όνομά του στην εποχή του χαλκού, που αντικατέστησε την πέτρινη. Την περίοδο αυτή αναπτύχθηκε η μέθοδος της ψυχρής σφυρηλάτησης. Η τήξη έχει γίνει δυνατή σε ορισμένους πολιτισμούς. Σταδιακά, οι άνθρωποι κατάφεραν να χρωματίζονταιμέταλλα όπως χρυσός, ασήμι, κασσίτερος.
Αργότερα η Εποχή του Χαλκού αντικατέστησε την εποχή του χαλκού. Διήρκεσε περίπου 20 χιλιετίες και έγινε σημείο καμπής για την ανθρωπότητα, καθώς κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου κατέστη δυνατή η απόκτηση κραμάτων. Υπάρχει μια σταδιακή ανάπτυξη της μεταλλουργίας, οι μέθοδοι απόκτησης μετάλλων βελτιώνονται. Ωστόσο, στους 13-12 αιώνες. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. σημειώθηκε η λεγόμενη κατάρρευση του χαλκού, η οποία σηματοδότησε την αρχή της Εποχής του Σιδήρου. Αυτό προφανώς οφειλόταν στην εξάντληση των αποθεμάτων κασσίτερου. Και ο μόλυβδος και ο υδράργυρος, που ανακαλύφθηκαν εκείνη την εποχή, δεν μπορούσαν να αντικαταστήσουν το μπρούτζο. Έτσι, οι άνθρωποι έπρεπε να αναπτύξουν την παραγωγή μετάλλων από μεταλλεύματα.
Η επόμενη περίοδος δεν κράτησε πολύ - λιγότερο από μια χιλιετία, αλλά άφησε ένα φωτεινό σημάδι στην ιστορία. Παρά το γεγονός ότι ο σίδηρος ήταν γνωστός πολύ νωρίτερα, δεν χρησιμοποιήθηκε σχεδόν ποτέ λόγω των ελαττωμάτων του σε σύγκριση με τον μπρούντζο. Επιπλέον, το τελευταίο ήταν πολύ πιο εύκολο να αποκτηθεί, ενώ η τήξη του μεταλλεύματος απαιτούσε μεγαλύτερη ένταση εργασίας. Το γεγονός είναι ότι ο φυσικός σίδηρος είναι αρκετά σπάνιος, επομένως δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι η εγκατάλειψη του χαλκού ήταν τόσο αργή.
Έννοια των δεξιοτήτων εξόρυξης μετάλλων
Παρόμοια με το πώς ο πρόγονος του ανθρώπου έφτιαξε για πρώτη φορά ένα εργαλείο δένοντας μια αιχμηρή πέτρα σε ένα ραβδί, η μετάβαση σε ένα νέο υλικό αποδείχθηκε εξίσου μεγαλειώδης. Τα κύρια πλεονεκτήματα των μεταλλικών προϊόντων ήταν ότι ήταν πιο εύκολο να κατασκευαστούν και να επισκευαστούν. Η πέτρα δεν έχει πλαστικότητα και ελατότητα, έτσι ώστεΟποιαδήποτε όπλα από αυτό μπορούσαν να κατασκευαστούν εκ νέου, δεν μπορούσαν να επισκευαστούν.
Έτσι, ήταν η μετάβαση στη χρήση μετάλλων που οδήγησε στην περαιτέρω βελτίωση των εργαλείων, στην εμφάνιση νέων ειδών οικιακής χρήσης, διακοσμητικών, που προηγουμένως ήταν αδύνατο να κατασκευαστούν. Όλα αυτά έδωσαν ώθηση στην τεχνολογική πρόοδο και έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη της μεταλλουργίας.
Σύγχρονες μέθοδοι
Αν στην αρχαιότητα οι άνθρωποι ήταν εξοικειωμένοι μόνο με την απόκτηση μετάλλων από μεταλλεύματα ή μπορούσαν να αρκεστούν σε ψήγματα, τότε προς το παρόν υπάρχουν άλλοι τρόποι. Έγιναν δυνατά χάρη στην ανάπτυξη της χημείας. Έτσι, εμφανίστηκαν δύο κύριες κατευθύνσεις:
- Πυρομεταλλουργία. Ξεκίνησε την ανάπτυξή του νωρίτερα και σχετίζεται με τις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την επεξεργασία του υλικού. Η σύγχρονη τεχνολογία σε αυτόν τον τομέα επιτρέπει επίσης τη χρήση πλάσματος.
- Υδρομεταλλουργία. Αυτή η κατεύθυνση ασχολείται με την εξόρυξη στοιχείων από μεταλλεύματα, απόβλητα, συμπυκνώματα κ.λπ. χρησιμοποιώντας νερό και χημικά αντιδραστήρια. Για παράδειγμα, μια μέθοδος που περιλαμβάνει την παραγωγή μετάλλων με ηλεκτρόλυση είναι εξαιρετικά κοινή και η μέθοδος ενανθράκωσης είναι επίσης αρκετά δημοφιλής.
Υπάρχει άλλη μια ενδιαφέρουσα τεχνολογία. Η απόκτηση πολύτιμων μετάλλων υψηλής καθαρότητας και με ελάχιστες απώλειες έγινε δυνατή χάρη σε αυτό. Πρόκειται για τελειοποίηση. Αυτή η διαδικασία είναι ένας από τους τύπους εξευγενισμού, δηλαδή ο σταδιακός διαχωρισμός των ακαθαρσιών. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του χρυσού, χρησιμοποιείται κορεσμός του τήγματος με χλώριο και η πλατίνα διαλύεται σεορυκτά οξέα ακολουθούμενα από απομόνωση με αντιδραστήρια.
Με την ευκαιρία, η λήψη μετάλλων με ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται συχνότερα εάν η τήξη ή η ανάκτηση δεν είναι οικονομικά βιώσιμες. Αυτό ακριβώς συμβαίνει με το αλουμίνιο και το νάτριο. Υπάρχουν επίσης πιο καινοτόμες τεχνολογίες που καθιστούν δυνατή την απόκτηση μη σιδηρούχων μετάλλων ακόμη και από αρκετά φτωχά μεταλλεύματα χωρίς σημαντικό κόστος, αλλά θα μιλήσουμε για αυτό λίγο αργότερα.
Σχετικά με τα κράματα
Τα περισσότερα από τα μέταλλα που ήταν γνωστά στην αρχαιότητα δεν κάλυπταν πάντα κάποιες ανάγκες. Διάβρωση, ανεπαρκής σκληρότητα, ευθραυστότητα, ευθραυστότητα, ευθραυστότητα - κάθε στοιχείο στην καθαρή του μορφή έχει τα μειονεκτήματά του. Ως εκ τούτου, κατέστη αναγκαία η εύρεση νέων υλικών που να συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα των γνωστών, δηλαδή να βρεθούν τρόποι απόκτησης μεταλλικών κραμάτων. Σήμερα υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι:
- Casting. Το τήγμα των μικτών συστατικών ψύχεται και κρυσταλλώνεται. Αυτή ήταν η μέθοδος που κατέστησε δυνατή τη λήψη των πρώτων δειγμάτων κραμάτων: μπρούτζου και ορείχαλκου.
- Πατώντας. Το μείγμα των σκονών υποβάλλεται σε υψηλή πίεση και στη συνέχεια πυροσυσσωματώνεται.
Περαιτέρω βελτίωση
Τις τελευταίες δεκαετίες, η πιο ελπιδοφόρα είναι η παραγωγή μετάλλων με χρήση βιοτεχνολογίας, κυρίως με τη βοήθεια βακτηρίων. Έχει καταστεί ήδη δυνατή η εξαγωγή χαλκού, νικελίου, ψευδαργύρου, χρυσού και ουρανίου από θειούχες πρώτες ύλες. Οι επιστήμονες ελπίζουν να συνδέσουν τους μικροοργανισμούς με διεργασίες όπως η έκπλυση, η οξείδωση, η ρόφηση και η καθίζηση. Επιπλέον, είναι εξαιρετικά σημαντικόπρόβλημα της βαθιάς επεξεργασίας λυμάτων, και γι' αυτό προσπαθούν να βρουν μια λύση που να περιλαμβάνει τη συμμετοχή βακτηρίων.
Αίτηση
Χωρίς μέταλλα και κράματα, η ζωή με τη μορφή που είναι πλέον γνωστή στην ανθρωπότητα θα ήταν αδύνατη. Πολυώροφα κτίρια, αεροπλάνα, σκεύη, καθρέφτες, ηλεκτρικές συσκευές, αυτοκίνητα και πολλά άλλα υπάρχουν μόνο χάρη στη μακρινή μετάβαση των ανθρώπων από την πέτρα στον χαλκό, τον μπρούτζο και το σίδερο.
Λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητάς τους, τα μέταλλα χρησιμοποιούνται σε καλώδια και καλώδια για μεγάλη ποικιλία σκοπών. Ο χρυσός χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μη οξειδωτικών επαφών. Λόγω της αντοχής και της σκληρότητάς τους, τα μέταλλα χρησιμοποιούνται ευρέως στις κατασκευές και για μια μεγάλη ποικιλία κατασκευών. Ένας άλλος τομέας εφαρμογής είναι οργανικός. Για την κατασκευή ενός κατεργασμένου, για παράδειγμα, κοπτικού εξαρτήματος, χρησιμοποιούνται συχνά σκληρά κράματα και ειδικοί τύποι χάλυβα. Τέλος, τα ευγενή μέταλλα εκτιμώνται ιδιαίτερα ως υλικό για κοσμήματα. Υπάρχουν λοιπόν πολλές εφαρμογές.
Ενδιαφέρον για τα μέταλλα και τα κράματα
Η χρήση αυτών των στοιχείων είναι τόσο διαδεδομένη και έχει τόσο μεγάλη ιστορία που δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι προκύπτουν διάφορες περίεργες καταστάσεις. Αυτά και μόνο μερικά ενδιαφέροντα γεγονότα πρέπει να ληφθούν στο τέλος:
- Πριν από την ευρεία χρήση του, το αλουμίνιο εκτιμήθηκε ιδιαίτερα. Τα μαχαιροπίρουνα, τα οποία χρησιμοποιούσε ο Ναπολέων Γ' όταν δεχόταν επισκέπτες, κατασκευάζονταν από αυτό το υλικό και ήταν το θέμαυπερηφάνεια του μονάρχη.
- Το όνομα πλατίνα στα ισπανικά σημαίνει "ασήμι". Το στοιχείο έλαβε ένα τόσο κολακευτικό όνομα λόγω του σχετικά υψηλού σημείου τήξης και, επομένως, της αδυναμίας χρήσης του για μεγάλο χρονικό διάστημα.
- Στην πιο αγνή του μορφή, ο χρυσός είναι απαλός και γρατσουνίζεται εύκολα με ένα νύχι. Γι' αυτό είναι κράμα με ασήμι ή χαλκό για την κατασκευή κοσμημάτων.
- Υπάρχουν κράματα με μια περίεργη ιδιότητα της θερμοελαστικότητας, δηλαδή το φαινόμενο της μνήμης σχήματος. Όταν παραμορφωθούν και μετά θερμανθούν, επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση.
