Қазіргі адам күнделікті өмірінде әртүрлі металдармен қоршалған. Біз қолданатын заттардың көпшілігінде осы химиялық заттар бар. Мұның бәрі адамдар металдарды алудың әртүрлі жолдарын тапқандықтан болды.
Металдар дегеніміз не
Бейорганикалық химия адамдар үшін осы құнды заттармен айналысады. Металдарды алу адамға біздің өмірімізді жақсартатын барған сайын жетілген технологияны жасауға мүмкіндік береді. Олар не? Металдарды алудың жалпы әдістерін қарастырмас бұрын, олардың не екенін түсіну керек. Металдар – сипатты қасиеттері бар қарапайым заттар түріндегі химиялық элементтер тобы:
• жылу және электр өткізгіштік;
• жоғары икемділік;
• жылтыр.
Адам оларды басқа заттардан оңай ажырата алады. Барлық металдарға тән қасиет - ерекше жылтырлықтың болуы. Ол түскен жарық сәулелерін өткізбейтін бетке шағылыстыру арқылы алынады. Жылтырлық барлық металдарға тән қасиет, бірақ ол күмісте айқын көрінеді.
ҚосулыОсы уақытқа дейін ғалымдар ресми ғылыммен танылмағанымен, мұндай химиялық элементтердің 96-сын ашты. Олар өзіне тән қасиеттеріне қарай топтарға бөлінеді. Мына металдар осылай оқшауланады:
• сілтілі – 6;
• сілтілі жер – 6;
• өтпелі – 38;
• жарық – 11;
• жартылай металдар – 7;
• Лантанидтер – 14;
• актинидтер – 14.
Металдарды алу
Қорытпа жасау үшін алдымен табиғи кеннен металл алу керек. Табиғатта бос күйінде кездесетін заттар табиғи элементтер болып табылады. Оларға платина, алтын, қалайы, сынап жатады. Олар механикалық жолмен немесе химиялық реагенттер көмегімен қоспалардан бөлінеді.
Басқа металдар олардың қосылыстарын өңдеу арқылы өндіріледі. Олар әртүрлі қазбаларда кездеседі. Кендер – оксидтер, карбонаттар немесе сульфидтер түріндегі металл қосылыстарын қамтитын минералдар мен тау жыныстары. Оларды алу үшін химиялық өңдеу қолданылады.
Металдарды алу әдістері:
• оксидтердің көмірмен тотықсыздануы;
• қалайы тастан қалайы алу;
• темір рудасын балқыту;
• арнайы пештерде күкірт қосылыстарын жағу.
Кенді жыныстардан металдарды алуды жеңілдету үшін оларға флюс деп аталатын әртүрлі заттар қосылады. Олар саз, әктас, құм сияқты қажетсіз қоспаларды кетіруге көмектеседі. Осы процестің нәтижесінде балқитын қосылыстар алынады,дрос деп аталады.
Қоспалардың едәуір мөлшері болған жағдайда кен металлды балқыту алдында қажет емес компоненттердің көп бөлігін алып тастау арқылы байытылады. Бұл өңдеу үшін ең көп қолданылатын әдістер - флотация, магниттік және гравитациялық.
Сілтілік металдар
Сілтілік металдарды жаппай алу күрделірек процесс. Бұл олардың табиғатта тек химиялық қосылыстар түрінде болатындығына байланысты. Олар редукторлар болғандықтан, олардың өндірісі жоғары энергия шығындарымен бірге жүреді. Сілтілік металдарды алудың бірнеше жолы бар:
• Литийді оның оксидінен вакуумда немесе сподуменді өңдеу кезінде түзілетін хлорид балқымасын электролиздеу арқылы алуға болады.
• Натрий тығыз жабылған тигельдерде көмірмен соданы күйдіру арқылы немесе кальций қосу арқылы хлорлы балқыманы электролиздеу арқылы алынады. Бірінші әдіс ең көп уақытты қажет етеді.
• Калий оның тұздарының балқымасын электролиздеу немесе натрий буын хлориді арқылы өткізу арқылы алынады. Ол сондай-ақ 440 ° C температурада балқыған калий гидроксиді мен сұйық натрийдің әрекеттесуінен пайда болады.
• Цезий мен рубидий хлоридтерін 700–800 °C температурада кальциймен немесе 650 °C циркониймен қалпына келтіру арқылы өндіріледі. Сілтілік металдарды осылайша алу энергияны өте қажет етеді және қымбатқа түседі.
Металдар мен қорытпалар арасындағы айырмашылықтар
Металдар мен олардың қорытпалары арасында түбегейлі айқын шекара іс жүзінде жоқ, өйткені тіпті ең таза, қарапайым заттардың өзіқоспалардың кейбір мөлшері. Сонымен, олардың арасындағы айырмашылық неде? Өнеркәсіпте және халық шаруашылығының басқа салаларында қолданылатын металдардың барлығы дерлік негізгі химиялық элементке басқа компоненттерді қосу арқылы мақсатты түрде алынған қорытпалар түрінде қолданылады.
Қорытпалар
Технология әртүрлі металл материалдарды қажет етеді. Сонымен қатар, таза химиялық элементтер іс жүзінде қолданылмайды, өйткені олар адамдарға қажетті қасиеттерге ие емес. Біздің қажеттіліктеріміз үшін біз қорытпаларды алудың әртүрлі әдістерін ойлап таптық. Бұл термин 2 немесе одан да көп химиялық элементтерден тұратын макроскопиялық біртекті материалды білдіреді. Бұл жағдайда қорытпада металл компоненттері басым болады. Бұл заттың өзіндік құрылымы бар. Қорытпаларда келесі компоненттер ерекшеленеді:
• бір немесе бірнеше металдан тұратын негіз;
• өзгертуші және легирлеуші элементтердің шағын қосындылары;
• тазартылмаған қоспалар (технологиялық, табиғи, кездейсоқ).
Металл қорытпалары негізгі құрылымдық материал болып табылады. Технологияда олардың 5000-нан астамы бар.
Қорытпалардың түрлері
Қорытпалардың алуан түріне қарамастан, темір мен алюминий негізіндегі қоспалар адамдар үшін өте маңызды. Олар күнделікті өмірде жиі кездеседі. Қорытпалардың түрлері әртүрлі. Сонымен қатар, олар бірнеше критерийлер бойынша бөлінеді. Сондықтан қорытпаларды алудың әртүрлі әдістері қолданылады. Осы критерий бойынша олар бөлінеді:
• Трансляция, оларалас компоненттердің балқымалы кристалдануы арқылы алынған.
• Ұнтақтар қоспасын басып, содан кейін жоғары температурада агломерациялау арқылы жасалған ұнтақ. Оның үстіне, көбінесе мұндай қорытпалардың құрамдас бөліктері қарапайым химиялық элементтер ғана емес, сонымен қатар олардың әртүрлі қосылыстары, мысалы, титан немесе қатты қорытпалардағы вольфрам карбидтері. Олардың белгілі бір мөлшерде қосылуы металл материалдардың қасиеттерін өзгертеді.
Дайын өнім немесе дайындама түріндегі қорытпаларды алу әдістері келесіге бөлінеді:
• құю цехы (силумин, шойын);
• соғылған (болаттар);
• ұнтақ (титан, вольфрам).
Қорытпалардың түрлері
Металдарды алу әдістері әртүрлі, ал олардың арқасында жасалған материалдардың қасиеттері әртүрлі. Агрегацияның қатты күйінде қорытпалар:
• Бір типті кристалдардан тұратын біртекті (біркелкі). Олар жиі бір фазалы деп аталады.
• Гетерогенді (гетерогенді), көпфазалы деп аталады. Оларды алған кезде қорытпаның негізі ретінде қатты ерітінді (матрицалық фаза) алынады. Бұл түрдегі гетерогенді заттардың құрамы оның химиялық элементтерінің құрамына байланысты. Мұндай қорытпалардың құрамында келесі компоненттер болуы мүмкін: интерстициалды және алмастырудың қатты ерітінділері, химиялық қосылыстар (карбидтер, интерметаллидтер, нитридтер), қарапайым заттардың кристаллиттері.
Қорытпа қасиеттері
Металдар мен қорытпаларды алудың қандай әдістері қолданылатынына қарамастан, олардың қасиеттері толығымен кристалдықосы материалдардың фазалық құрылымы мен микроқұрылымы. Олардың әрқайсысы әртүрлі. Қорытпалардың макроскопиялық қасиеттері олардың микроқұрылымына байланысты. Кез келген жағдайда, олар материалдың кристалдық құрылымына ғана байланысты фазаларының сипаттамаларынан ерекшеленеді. Гетерогенді (көп фазалы) қорытпалардың макроскопиялық біртектілігі металл матрицадағы фазалардың біркелкі таралуы нәтижесінде алынады.
Қорытпалардың ең маңызды қасиеті – дәнекерлеу қабілеті. Әйтпесе, олар металдармен бірдей. Сонымен, қорытпалар жылу және электр өткізгіштікке, иілгіштікке және шағылыстыруға (жылтыр) ие.
Қорытпалардың түрлері
Қорытпаларды алудың әртүрлі әдістері адамға әртүрлі қасиеттері мен сипаттамалары бар көптеген металдық материалдарды ойлап табуға мүмкіндік берді. Мақсаты бойынша олар келесі топтарға бөлінеді:
• Құрылымдық (болат, дуралюминий, шойын). Бұл топқа ерекше қасиеттері бар қорытпалар да кіреді. Сондықтан олар ішкі қауіпсіздік немесе үйкеліске қарсы қасиеттерімен ерекшеленеді. Оларға жез және қола кіреді.
• Мойынтіректерді құюға арналған (баббит).
• Электр жылыту және өлшеу жабдықтары үшін (никром, манганин).
• Кесетін құралдарды өндіру үшін (жеңіс).
Өндірісте адамдар балқитын, ыстыққа төзімді, коррозияға төзімді және аморфты қорытпалар сияқты металл материалдардың басқа түрлерін де пайдаланады. Сондай-ақ магниттер мен термоэлектриктер (висмуттың телуридтері мен селенидтері, қорғасын, сурьма және т.б.) кеңінен қолданылады.
Темір қорытпалары
Жер бетінде қорытылған темірдің барлығы іс жүзінде қарапайым және легирленген болаттарды өндіруге бағытталған. Ол темір өндірісінде де қолданылады. Темір қорытпалары адамдарға пайдалы қасиеттерге ие болғандықтан танымал болды. Олар қарапайым химиялық элементке әртүрлі компоненттерді қосу арқылы алынды. Сонымен, әртүрлі темір қорытпалары бір заттың негізінде жасалғанына қарамастан, болаттар мен шойындар әртүрлі қасиеттерге ие. Нәтижесінде олар әртүрлі қолданбаларды табады. Болаттардың көпшілігі шойыннан қаттырақ. Бұл металдарды алудың әртүрлі әдістері осы темір қорытпаларының әртүрлі маркаларын (маркаларды) алуға мүмкіндік береді.
Қорытпа қасиеттерін жақсарту
Кейбір металдар мен басқа химиялық элементтерді балқыту арқылы сипаттамалары жақсартылған материалдарды алуға болады. Мысалы, таза алюминийдің аққыштық шегі 35 МПа. Бұл металдың мыс (1,6%), мырыш (5,6%), магний (2,5%) бар қорытпасын алған кезде бұл көрсеткіш 500 МПа-дан асады.
Әртүрлі химиялық заттардың әртүрлі пропорцияларын біріктіру арқылы жақсартылған магниттік, жылулық немесе электрлік қасиеттері бар металл материалдарды алуға болады. Бұл процесте негізгі рөлді қорытпаның құрылымы атқарады, бұл оның кристалдарының таралуы және атомдар арасындағы байланыс түрі.
Болаттар мен үтіктер
Бұл қорытпалар темір мен көміртекті (2%) біріктіру арқылы алынады. Легірленген материалдар өндірісінде олар қосыладыникель, хром, ванадий. Барлық қарапайым болаттар мынадай түрлерге бөлінеді:
• әртүрлі құрылымдар үшін пайдаланылатын төмен көміртекті (0,25% көміртек);
• Кесетін құралдарға арналған жоғары көміртекті (0,55%-дан астам).
Машина жасауда және басқа өнімдерде легирленген болаттардың әртүрлі маркалары қолданылады.
Темірдің көміртегімен қорытпасы, оның үлесі 2-4% шойын деп аталады. Бұл материалда кремний де бар. Механикалық қасиеттері жақсы әртүрлі бұйымдар шойыннан құйылады.
Түсті металдар
Темірден басқа басқа химиялық элементтер де әртүрлі металдық материалдарды жасау үшін қолданылады. Олардың қосындысы нәтижесінде түсті қорытпалар алынады. Адамдардың өмірінде мыналарға негізделген материалдар ең көп орынды тапты:
• Жез деп аталатын мыс. Олардың құрамында 5-45% мырыш бар. Егер оның мөлшері 5-20% болса, жезді қызыл, ал 20-36% болса - сары деп атайды. Мыстың кремниймен, қалайымен, бериллиймен, алюминиймен қорытпалары бар. Олар қола деп аталады. Бұл қорытпалардың бірнеше түрі бар.
• Қорғасын, ол кәдімгі дәнекерлеуші (третник). Бұл қорытпада қалайының 2 бөлігі осы химиялық заттың 1 бөлігіне түседі. Мойынтіректер қорғасын, қалайы, мышьяк және сурьманың қорытпасы болып табылатын баббит көмегімен шығарылады.
• Алюминий, титан, магний және бериллий, жоғары беріктігі мен тамаша механикалық қасиеті бар жеңіл түсті қорытпаларқасиеттер.
Алу әдістері
Металдар мен қорытпаларды алудың негізгі әдістері:
• Әртүрлі балқытылған компоненттердің біртекті қоспасы қатып қалатын құю зауыты. Қорытпаларды алу үшін металдарды алудың пирометаллургиялық және электрометаллургиялық әдістері қолданылады. Бірінші нұсқада отынның жану процесінде алынған жылу энергиясы шикізатты қыздыру үшін пайдаланылады. Пирометаллургиялық әдіс мартен пештерінде болат, домна пештерінде шойын өндіреді. Электрометаллургиялық әдіспен шикізатты индукциялық немесе электр доғалық пештерде қыздырады. Бұл ретте шикізат өте тез жұмсарылады.
• Құрамдас бөліктерінің ұнтақтары қорытпа жасау үшін пайдаланылатын ұнтақ. Престеудің арқасында оларға белгілі бір пішін беріледі, содан кейін арнайы пештерде күйдіріледі.
