הכנת מתכות ושימוש בהן

למרות העובדה כי יותר ויותר בתעשייההחיים משמשים באופן מלאכותי חומרים, לנטוש את השימוש של מתכות הוא עדיין לא אפשרי. יש להם שילוב ייחודי של תכונות, סגסוגות לאפשר שימוש מרבי של הפוטנציאל שלהם. באילו תחומים ניתן לייצר ולהשתמש במתכות?

מאפיינים של קבוצת אלמנטים

המתכת נתפסת כמערכת של כימיקלים אנאורגניים בעלי תכונות אופייניות. בדרך כלל, הם כוללים את הפריטים הבאים:

מוליכות תרמית גבוהה;
גמישות, יחסית יחסית של עיבוד;
נקודת התכה גבוהה יחסית;
מוליכות חשמלית טובה;
אופייני "מתכתי" ברק;
תפקידו של הסוכן הפוחת בתגובות;
צפיפות גבוהה.

כמובן, לא כל האלמנטים של קבוצה זו ישכל המאפיינים האלה, למשל: כספית בטמפרטורת החדר, גליום נוזלי הוא נמס ידי החום של יד אדם, ו ביסמוט בקושי נזיל. אבל באופן כללי, כל התכונות הללו ניתן לייחס את המתכת המצרפי.

סיווג פנימי

מתכות מחולקות באופן מסורתי למספר קטגוריות, שכל אחת מהן משלבת את האלמנטים הקרובים ביותר זה לזה בפרמטרים שונים. קיימות הקבוצות הבאות:

אלקליין - 6;
אדמה אלקליין - 4;
מעבר - 38;
ריאות - 7;
7 סמלים;
lanthanides - 14 + 1;
אקטנידים - 14 + 1;

מחוץ לקבוצות יש עוד שני: בריליום ומגנזיום. לכן, כרגע, בין כל המרכיבים הפתוחים, 94 מדענים מכונים מתכות.

בנוסף, ראוי להזכיר כי ישנם אחריםסיווג. לדבריהם, מתכות אצילות, מתכות פלטינה הקבוצה, שלאחר המעבר, עקשן, שחור וצבע נחשבים בנפרד, וכו 'גישה זו הגיוני רק למטרות מסוימות, ולכן זה יותר נוח להשתמש בסיווג המקובל.

היסטוריה של קבלה

האנושות לאורך כל התפתחותההיה קשור קשר הדוק עם עיבוד ושימוש של מתכות. בנוסף להיותו האלמנטים הנפוצים ביותר, הם יכולים לשמש לייצור מוצרים שונים רק בעזרת עיבוד מכני. מאחר שלא היו כישורים לעבוד עם עפרות, בהתחלה דיברנו רק על השימוש נאגטס. בהתחלה זה היה מתכת רכה, אשר נתן את השם לעידן הנחושת, אשר החליף את האבן אחת. במהלך תקופה זו, פותחה שיטה של זיוף קר. בכמה תרבויות, התכתשות התאפשרה. בהדרגה, אנשים שולטים בייצור של מתכות לא ברזליות, כגון זהב, כסף, פח.

מאוחר יותר הגיע עידן הנחושת להחליף את תקופת הברונזה. זה נמשך כ -20 אלף שנה והפך לנקודת מפנה לאנושות, כי זה היה בתקופה זו כי ניתן היה לקבל סגסוגות. יש פיתוח הדרגתי של המתכות, שיטות להשגת מתכות משתפרים. עם זאת, במאות ה -13 וה -12, לפני הספירה. ה. היתה התמוטטות ברונזה כביכול, שהניחה את היסודות לתקופת הברזל. זה כנראה בגלל דלדול של מניות פח. ו להוביל כספית, שהתגלו בשלב זה, לא יכול להיות תחליף של ברונזה. אז אנשים היו צריכים לפתח את הייצור של מתכות עפרות.

התקופה הבאה נמשכה זמן קצר יחסית -פחות מאלף, אבל השאיר סימן מבריק בהיסטוריה. למרות העובדה כי ברזל היה ידוע הרבה קודם לכן, זה היה כמעט לא בשימוש בגלל החסרונות שלה לעומת ברונזה. בנוסף, זה היה הרבה יותר קל להשיג, בעוד ההתכת עפרות היה יותר אינטנסיבית. העניין הוא כי ברזל יליד הוא נדיר, אז זה לא מפתיע כי דחייה של ברונזה התרחשה כל כך לאט.

חשיבות של מיומנויות בהפקת מתכת

על ידי אנלוגיה עם האבות של האדם בפעם הראשונהעשה כלי עבודה, קשרו אבן חדה במקל, המעבר לחומר חדש היה גרנדיוזי. היתרונות העיקריים של מוצרי מתכת היו כי הם היו יותר קל לעשות, ויש גם את האפשרות של תיקון. לאבן אין גמישות וגמישות, כך שכל הכלים ממנה יכולים להתבצע רק מחדש, לא ניתן לתקן אותם.

לכן, המעבר הואמתכות הובילו לשיפור נוסף של כלים, את הופעתם של חפצים חדשים של חיי היומיום, קישוטים, שהיו בעבר בלתי אפשרי לייצר. כל זה נתן תנופה התקדמות טכנית והניח את הבסיס לפיתוח המתכות.

שיטות מודרניות

אם בימי קדם אנשים היו מוכרים רקקבלת מתכות עפרות, או שהם יכולים להיות מרוצים נאגטס, יש כיום דרכים אחרות. הם התאפשרו עקב התפתחות הכימיה. כך היו שני כיוונים עיקריים:

Pyrometallurgy. זה התחיל את הפיתוח מוקדם יותר והוא קשור לטמפרטורות גבוהות הדרושות לעיבוד החומר. טכנולוגיות מודרניות בתחום זה גם מאפשרות שימוש בפלסמה.
הידרומטורגיה. כיוון זה עוסק בהפקת אלמנטים מחצבים, פסולת, תרכיזים וכו 'בעזרת ריאגנטים במים וכימיים. לדוגמה, השיטה מעורבים בייצור של מתכות על ידי אלקטרוליזה היא נפוצה מאוד, שיטת המלט הוא גם פופולרי למדי.

יש עוד טכנולוגיה מעניינת. הייצור של מתכות יקרות של טוהר גבוה ועם הפסדים מינימליים הפך אפשרי הודות לזה. מדובר בזיקוק. תהליך זה הוא אחד מסוגי הזיקוק, דהיינו, ההפרדה ההדרגתית של הטומאה. לדוגמה, במקרה של זהב, הרוויה של להמיס עם כלור משמש, פלטינה הוא מומס חומצות מינרליות, ואחריו בידוד עם ריאגנטים.

אגב, את הייצור של מתכות על ידי אלקטרוליזה לעתים קרובות יותרכל מוחל, אם ההתכה או שיקום אינם רווחיים מבחינה כלכלית. זה המקרה עם אלומיניום ונתרן. יש גם טכנולוגיות חדשניות יותר המאפשרים ייצור של מתכות אל ברזליות אפילו עפרות עניים למדי ללא עלויות משמעותיות, אבל זה יידונו קצת מאוחר יותר.

על סגסוגות

רוב המתכות הידועות בימי קדם אינןתמיד פגשתי כמה צרכים. קורוזיה, קשיחות לא מספקת, שבריריות, שבירות, שבירות - לכל רכיב בצורתו הטהורה יש חסרונות. לכן, היה צורך למצוא חומרים חדשים המשלבים את היתרונות של אלה ידועים, כלומר, כדי למצוא דרכים לייצר סגסוגות מתכת. עד כה קיימות שתי שיטות עיקריות:

יציקה. המסה של הרכיבים המעורבים מתקררת ומתגבשת. שיטה זו אפשרה להשיג את דגימות הראשון של סגסוגות: ברונזה ופליז.
לחיצה. תערובת של אבקות עובר לחץ גבוה, ולאחר מכן הוא sintered.

שיפור נוסף

בעשורים האחרונים, המבטיחים ביותרנראה כי הייצור של מתכות באמצעות ביוטכנולוגיה, בעיקר בעזרת חיידקים. זה כבר הפך אפשרי לחלץ נחושת, ניקל, אבץ, זהב, אורניום מן הגלם חומרי הגלם. מדענים מקווים לחבר מיקרואורגניזמים לתהליכים כגון שטיפה, חמצון, ספיגה ומשקעים. בנוסף, בעיית ניקוי השפכים העמוקים היא אקטואלית ביותר, שכן גם היא מנסה למצוא פתרון הכרוך בהשתתפות של חיידקים.

יישום

ללא מתכות וסגסוגות, החיים במהסוג שבו הוא מוכר כיום לאנושות. בתים בגובה רב, מטוסים, כלים, מראות, מוצרי חשמל, מכוניות ועוד הרבה דברים קיימים רק בזכות מעבר רחוק של אנשים מאבן לנחושת, ברונזה וברזל.

בשל החשמל יוצא דופן שלהמתכות מוליכות תרמית משמשים חוטים וכבלים עבור מגוון רחב של מטרות. זהב משמש כדי ליצור קשרים שאינם oxidizable. בשל חוזק וקשיות, מתכות נמצאים בשימוש נרחב בבנייה עבור קבלת מגוון של עיצובים. תחום נוסף של היישום הוא אינסטרומנטלי. סגסוגות מתכת קשה סוגים מיוחדים של פלדה משמשים לעתים קרובות כדי להפוך את החלק עובד, למשל, החלק חיתוך. לבסוף, מתכות יקרות מוערכים מאוד כחומר לתכשיטים. אז יש שפע של יישומים.

מעניין על מתכות וסגסוגות

השימוש באלמנטים אלה נפוץ כל כךיש היסטוריה כה ארוכה, כי אין זה מפתיע את הופעתם של מצבים מוזרים שונים. הם רק כמה עובדות מעניינות צריך להביא עד הסוף:

לפני השימוש הנרחב שלה, אלומיניום הוא מאודהיה מוערך. הסכו"ם שקיבל נפוליאון השלישי היה מקבל מחומר זה והיה גאוותו של המלוכה.
השם פלטינה בספרדית פירושו"כסף". רכיב כזה לא מחמיא שם התקבלה בשל נקודת ההיתוך גבוהה יחסית, וכתוצאה מכך, חוסר היכולת ליישם אותו במשך זמן רב.
בצורה טהורה, הזהב הוא רך, וזה יכול בקלות להיות שרוט בציפורן. זו הסיבה לעשות תכשיטים הוא התמזגו עם כסף או נחושת.
ישנם סגסוגות עם תכונה מוזרה של thermoelasticity, כלומר, "זיכרון" ההשפעה של הצורה. עם דפורמציה וחימום הבאים, הם חוזרים למצב המקורי שלהם.