Người đàn ông hiện đại được bao quanh bởi các kim loại khác nhau trong cuộc sống hàng ngày của mình. Hầu hết các vật dụng chúng ta sử dụng đều có chứa các hóa chất này. Tất cả điều này xảy ra bởi vì mọi người đã tìm ra nhiều cách khác nhau để thu được kim loại.
Kim loại là gì
Hóa học vô cơ giải quyết những chất có giá trị này cho con người. Có được kim loại cho phép một người tạo ra ngày càng nhiều công nghệ hoàn hảo hơn để cải thiện cuộc sống của chúng ta. Họ là ai? Trước khi xem xét các phương pháp chung để thu được kim loại, cần phải hiểu chúng là gì. Kim loại là một nhóm các nguyên tố hóa học ở dạng đơn chất, có tính chất đặc trưng:
• dẫn nhiệt và điện;
• độ dẻo cao;
• long lanh.
Một người có thể dễ dàng phân biệt chúng với các chất khác. Một tính năng đặc trưng của tất cả các kim loại là sự hiện diện của một độ sáng đặc biệt. Nó thu được bằng cách phản xạ các tia sáng tới lên một bề mặt không truyền chúng. Tỏa sáng là đặc tính chung của tất cả các kim loại, nhưng nó thể hiện rõ nhất ở bạc.
BậtĐến nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra 96 nguyên tố hóa học như vậy, mặc dù không phải tất cả chúng đều được khoa học chính thức công nhận. Chúng được chia thành các nhóm tùy thuộc vào tính chất đặc trưng của chúng. Các kim loại sau được phân lập theo cách này:
• kiềm - 6;
• kiềm thổ - 6;
• chuyển tiếp - 38;
• ánh sáng - 11;
• bán kim loại - 7;
• Lanthanides - 14;
• hoạt động - 14.
Thu được kim loại
Để tạo ra hợp kim, trước tiên bạn phải lấy kim loại từ quặng tự nhiên. Nguyên tố bản địa là những chất được tìm thấy trong tự nhiên ở trạng thái tự do. Chúng bao gồm bạch kim, vàng, thiếc, thủy ngân. Chúng được tách khỏi tạp chất bằng cơ học hoặc với sự trợ giúp của thuốc thử hóa học.
Các kim loại khác được khai thác bằng cách xử lý các hợp chất của chúng. Chúng được tìm thấy trong nhiều hóa thạch khác nhau. Quặng là khoáng chất và đá, bao gồm các hợp chất kim loại ở dạng oxit, cacbonat hoặc sunfua. Để có được chúng, quá trình xử lý hóa học được sử dụng.
Các phương pháp thu được kim loại:
• khử oxit bằng than;
• lấy thiếc từ đá thiếc;
• luyện quặng sắt;
• đốt các hợp chất lưu huỳnh trong các lò nung đặc biệt.
Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác kim loại từ đá quặng, các chất khác nhau được gọi là chất trợ dung được thêm vào chúng. Chúng giúp loại bỏ các tạp chất không mong muốn như đất sét, đá vôi, cát. Kết quả của quá trình này, các hợp chất nóng chảy thu được,được gọi là ngu ngốc.
Khi có một lượng tạp chất đáng kể, quặng được làm giàu trước khi nấu chảy kim loại bằng cách loại bỏ một phần lớn các thành phần không cần thiết. Các phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xử lý này là tuyển nổi, từ tính và trọng lực.
Kim loại kiềm
Sản xuất hàng loạt kim loại kiềm là một quá trình phức tạp hơn. Điều này là do thực tế là chúng chỉ được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng các hợp chất hóa học. Vì chúng là chất khử nên việc sản xuất của chúng đi kèm với chi phí năng lượng cao. Có một số cách để chiết xuất kim loại kiềm:
• Liti có thể thu được từ oxit của nó trong chân không hoặc bằng cách điện phân clorua nóng chảy, được hình thành trong quá trình xử lý spodumene.
• Natri được chiết xuất bằng cách nung sôđa với than trong các chén nung đậy kín hoặc bằng cách điện phân nóng chảy clorua có bổ sung canxi. Phương pháp đầu tiên là tốn nhiều thời gian nhất.
• Kali thu được bằng cách điện phân nóng chảy muối của nó hoặc bằng cách cho hơi natri đi qua clorua của nó. Nó cũng được hình thành do sự tương tác của kali hydroxit nóng chảy và natri lỏng ở nhiệt độ 440 ° C.
• Cesium và rubidi được khai thác bằng cách khử clorua với canxi ở 700–800 ° C hoặc zirconium ở 650 ° C. Việc lấy kim loại kiềm theo cách này cực kỳ tốn kém năng lượng và tốn kém.
Sự khác biệt giữa kim loại và hợp kim
Trên thực tế không tồn tại ranh giới rõ ràng về cơ bản giữa kim loại và hợp kim của chúng, vì ngay cả những chất tinh khiết nhất, đơn giản nhất cũng cómột số lượng tạp chất. Vậy sự khác biệt giữa chúng là gì? Hầu hết tất cả các kim loại được sử dụng trong công nghiệp và trong các lĩnh vực khác của nền kinh tế quốc dân đều được sử dụng dưới dạng hợp kim thu được có mục đích bằng cách thêm các thành phần khác vào nguyên tố hóa học chính.
Hợp kim
Công nghệ cần nhiều loại vật liệu kim loại. Đồng thời, các nguyên tố hóa học thuần túy thực tế không được sử dụng, vì chúng không có các đặc tính cần thiết cho con người. Vì nhu cầu của chúng tôi, chúng tôi đã phát minh ra các cách khác nhau để thu được hợp kim. Thuật ngữ này đề cập đến một vật liệu đồng nhất về mặt vĩ mô bao gồm 2 hoặc nhiều nguyên tố hóa học. Trong trường hợp này, các thành phần kim loại chiếm ưu thế trong hợp kim. Chất này có cấu trúc riêng. Trong hợp kim, các thành phần sau được phân biệt:
• bazơ bao gồm một hoặc nhiều kim loại;
• bổ sung nhỏ các yếu tố sửa đổi và hợp kim;
• tạp chất không loại bỏ (công nghệ, tự nhiên, ngẫu nhiên).
Hợp kim kim loại là vật liệu cấu tạo chính. Trong lĩnh vực công nghệ, có hơn 5000 trong số đó.
Các loại hợp kim
Mặc dù có nhiều loại hợp kim như vậy, những hợp kim dựa trên sắt và nhôm có tầm quan trọng lớn nhất đối với con người. Chúng phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày. Các loại hợp kim là khác nhau. Hơn nữa, chúng được phân chia theo một số tiêu chí. Vì vậy các phương pháp sản xuất hợp kim khác nhau được sử dụng. Theo tiêu chí này, chúng được chia thành:
• Diễn viên, cái nàothu được bằng cách nấu chảy kết tinh của các thành phần hỗn hợp.
• Dạng bột, được tạo ra bằng cách ép hỗn hợp bột và sau đó thiêu kết ở nhiệt độ cao. Hơn nữa, thông thường các thành phần của các hợp kim như vậy không chỉ là các nguyên tố hóa học đơn giản, mà còn là các hợp chất khác nhau của chúng, chẳng hạn như titan hoặc cacbua vonfram trong hợp kim cứng. Việc bổ sung chúng với số lượng nhất định sẽ làm thay đổi tính chất của vật liệu kim loại.
Các phương pháp thu nhận hợp kim ở dạng thành phẩm hoặc mẫu trắng được chia thành:
• xưởng đúc (silumin, gang);
• rèn (thép);
• bột (titan, vonfram).
Các loại hợp kim
Các phương pháp thu được kim loại là khác nhau, trong khi các vật liệu được tạo ra nhờ chúng có các đặc tính khác nhau. Ở trạng thái tập hợp rắn, hợp kim là:
• Đồng nhất (đồng nhất), bao gồm các tinh thể cùng loại. Chúng thường được gọi là một pha.
• Không đồng nhất (không đồng nhất), được gọi là nhiều pha. Khi chúng thu được, một dung dịch rắn (pha nền) được lấy làm cơ sở của hợp kim. Thành phần của các chất không đồng nhất của loại này phụ thuộc vào thành phần của các nguyên tố hóa học của nó. Các hợp kim như vậy có thể chứa các thành phần sau: dung dịch rắn xen kẽ và thay thế, các hợp chất hóa học (cacbua, xenluloit, nitrua), tinh thể của các chất đơn giản.
Tính chất hợp kim
Bất kể phương pháp thu nhận kim loại và hợp kim nào được sử dụng, tính chất của chúng hoàn toàn do kết tinh quyết địnhcấu trúc pha và cấu trúc vi mô của các vật liệu này. Mỗi người trong số họ là khác nhau. Các tính chất vĩ mô của hợp kim phụ thuộc vào cấu trúc vi mô của chúng. Trong mọi trường hợp, chúng khác với các đặc điểm của các pha của chúng, mà chỉ phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của vật liệu. Tính đồng nhất vĩ mô của các hợp kim không đồng nhất (nhiều pha) có được do sự phân bố đồng đều của các pha trong ma trận kim loại.
Tính chất quan trọng nhất của hợp kim là tính hàn. Nếu không, chúng giống hệt kim loại. Vì vậy, hợp kim có tính dẫn nhiệt và điện, độ dẻo và độ phản xạ (độ bóng).
Các loại hợp kim
Các phương pháp thu nhận hợp kim khác nhau đã cho phép con người phát minh ra một số lượng lớn các vật liệu kim loại với các tính chất và đặc điểm khác nhau. Theo mục đích của họ, họ được chia thành các nhóm sau:
• Kết cấu (thép, duralumin, gang). Nhóm này cũng bao gồm các hợp kim có các tính chất đặc biệt. Vì vậy, chúng được phân biệt bởi tính chất an toàn hoặc chống ma sát nội tại. Chúng bao gồm đồng thau và đồng thau.
• Để đổ vòng bi (babbit).
• Dùng cho thiết bị đo và sưởi bằng điện (nichrome, manganin).
• Sản xuất dụng cụ cắt (thắng).
Trong sản xuất, người ta còn sử dụng các loại vật liệu kim loại khác như hợp kim nóng chảy, chịu nhiệt, chống ăn mòn và vô định hình. Nam châm và nhiệt điện (teluride và selenua của bitmut, chì, antimon và những chất khác) cũng được sử dụng rộng rãi.
Hợp kim sắt
Trên thực tế, tất cả sắt được nấu chảy trên Trái đất đều hướng đến việc sản xuất thép đơn giản và hợp kim. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất sắt. Hợp kim sắt đã trở nên phổ biến do thực tế là chúng có các đặc tính có lợi cho con người. Chúng thu được bằng cách thêm các thành phần khác nhau vào một nguyên tố hóa học đơn giản. Vì vậy, mặc dù thực tế là các hợp kim sắt khác nhau được tạo ra trên cơ sở một chất, thép và gang có các tính chất khác nhau. Kết quả là, họ tìm thấy nhiều loại ứng dụng. Hầu hết các loại thép cứng hơn gang. Các phương pháp khác nhau để thu được các kim loại này cho phép bạn có được các cấp (nhãn hiệu) khác nhau của các hợp kim sắt này.
Cải thiện tính chất hợp kim
Bằng cách nung chảy một số kim loại và các nguyên tố hóa học khác, có thể thu được các vật liệu có đặc tính cải tiến. Ví dụ, cường độ chảy của nhôm nguyên chất là 35 MPa. Khi thu được hợp kim của kim loại này với đồng (1,6%), kẽm (5,6%), magiê (2,5%), con số này vượt quá 500 MPa.
Bằng cách kết hợp các tỷ lệ hóa chất khác nhau, có thể thu được các vật liệu kim loại với các đặc tính từ tính, nhiệt hoặc điện được cải thiện. Vai trò chính trong quá trình này là do cấu trúc của hợp kim, đó là sự phân bố các tinh thể của nó và loại liên kết giữa các nguyên tử.
Thép và bàn là
Những hợp kim này thu được bằng cách kết hợp sắt và cacbon (2%). Trong sản xuất vật liệu hợp kim, chúng được thêm vàoniken, crôm, vanadi. Tất cả các loại thép thông thường được chia thành các loại:
• carbon thấp (0,25% carbon) được sử dụng cho các cấu trúc khác nhau;
• Carbon cao (hơn 0,55%) được thiết kế cho các dụng cụ cắt.
Các cấp thép hợp kim khác nhau được sử dụng trong cơ khí chế tạo và các sản phẩm khác.
Hợp kim của sắt với cacbon, tỷ lệ phần trăm trong số đó là 2-4%, được gọi là gang. Vật liệu này cũng chứa silicon. Nhiều sản phẩm có tính chất cơ học tốt được đúc từ gang.
Kim loại màu
Ngoài sắt, các nguyên tố hóa học khác cũng được sử dụng để chế tạo các vật liệu kim loại khác nhau. Kết quả của sự kết hợp của chúng, các hợp kim màu thu được. Trong cuộc sống của con người, những vật liệu dựa trên:đã có công dụng lớn nhất
• Đồng, được gọi là đồng thau. Chúng chứa 5-45% kẽm. Nếu hàm lượng của nó là 5-20%, thì đồng thau được gọi là màu đỏ, và nếu 20-36% - màu vàng. Có hợp kim của đồng với silic, thiếc, berili, nhôm. Chúng được gọi là đồng. Có một số loại hợp kim này.
• Chì, là một chất hàn thông thường (tretnik). Trong hợp kim này, 2 phần thiếc rơi vào 1 phần hóa chất này. Vòng bi được sản xuất bằng babbitt, là hợp kim của chì, thiếc, asen và antimon.
• Nhôm, titan, magiê và berili, là những hợp kim màu nhẹ có độ bền cao và cơ học tuyệt vờithuộc tính.
Phương pháp đạt được
Các phương pháp chính để thu được kim loại và hợp kim:
• Cơ sở đúc, trong đó một hỗn hợp đồng nhất của các thành phần nóng chảy khác nhau đông đặc lại. Để thu được hợp kim, người ta dùng phương pháp luyện kim và điện kim loại để thu được kim loại. Trong biến thể đầu tiên, nhiệt năng thu được trong quá trình đốt cháy nhiên liệu được sử dụng để đốt nóng nguyên liệu thô. Phương pháp luyện kim nhiệt luyện sản xuất thép trong lò nung lộ thiên và gang trong lò cao. Với phương pháp luyện kim điện, nguyên liệu được nung trong lò cảm ứng hoặc lò điện hồ quang. Đồng thời, nguyên liệu được làm mềm rất nhanh.
• Bột, trong đó bột của các thành phần của nó được sử dụng để tạo ra hợp kim. Nhờ quá trình ép, chúng được tạo ra một hình dạng nhất định, và sau đó được thiêu kết trong các lò đặc biệt.
