Mặc dù thực tế là các vật liệu được tạo ra nhân tạo ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày, nhưng vẫn chưa thể từ chối việc sử dụng kim loại. Chúng có sự kết hợp độc đáo của các thuộc tính và hợp kim cho phép bạn phát huy tối đa tiềm năng của chúng. Sản xuất và sử dụng kim loại trong những lĩnh vực nào?
Đặc trưng của một nhóm nguyên tố
Kim loại được hiểu là một tập hợp các chất hóa học vô cơ có tính chất đặc trưng. Chúng thường bao gồm những điều sau:
- dẫn nhiệt cao;
- độ dẻo, tương đối dễ gia công;
- điểm nóng chảy tương đối cao;
- dẫn điện tốt;
- ánh "kim loại" đặc trưng;
- vai trò chất khử trong các phản ứng;
- mật độ cao.
Tất nhiên, không phải tất cả các nguyên tố trong nhóm này đều có tất cả các đặc tính này, ví dụ, thủy ngân là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, gali nóng chảy do sức nóng của bàn tay con người, và bitmut khó có thể được gọi là nhựa. Nhưng nói chung, tất cả các đặc điểm này có thể được xác định trong tổng số kim loại.
Phân loại nội bộ
Kim loại được chia theo điều kiện thành nhiều loại, mỗi loại kết hợp các phần tử gần nhau nhất trong các thông số khác nhau. Các nhóm sau được phân biệt:
- kiềm - 6;
- kiềm thổ - 4;
- chuyển tiếp - 38;
- ánh sáng - 7;
- bán kim loại - 7;
- đèn lồng - 14 + 1;
- hoạt động - 14 + 1;
Trong số các nhóm có thêm hai nhóm: berili và magiê. Do đó, hiện tại, trong số tất cả các nguyên tố được phát hiện, 94 nhà khoa học cho rằng kim loại.
Ngoài ra, điều đáng nói là còn có các cách phân loại khác. Theo họ, các kim loại quý, kim loại nhóm bạch kim, kim loại sau chuyển tiếp, chịu lửa, kim loại đen và kim loại màu, v.v. được xem xét riêng biệt. Cách tiếp cận này chỉ có ý nghĩa đối với một số mục đích nhất định, vì vậy sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng phân loại được chấp nhận chung.
Lịch sử nhận hàng
Nhân loại trong suốt quá trình phát triển của mình đã gắn liền với việc chế biến và sử dụng kim loại. Ngoài việc là những yếu tố phổ biến nhất, chúng có thể được chế tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau chỉ với sự trợ giúp của quá trình gia công cơ khí. Vì không có kỹ năng làm việc với quặng, nên ban đầu chỉ có cách sử dụng cốm. Lúc đầu, nó là một kim loại mềm, được đặt tên theo thời đại đồng, thay thế cho đá. Trong thời kỳ này, phương pháp rèn nguội được phát triển. Quá trình nấu chảy đã trở nên khả thi ở một số nền văn minh. Dần dần, mọi người thành thạo việc tô màukim loại như vàng, bạc, thiếc.
Sau này thời đại đồ đồng thay thế thời đại đồng. Nó kéo dài khoảng 20 thiên niên kỷ và trở thành một bước ngoặt đối với nhân loại, vì chính trong thời kỳ này, người ta đã có thể thu được hợp kim. Có sự phát triển dần dần của luyện kim, các phương pháp lấy kim loại đang được cải tiến. Tuy nhiên, vào các thế kỷ 13-12. BC e. cái gọi là sự sụp đổ bằng đồng xảy ra, đánh dấu sự khởi đầu của thời kỳ đồ sắt. Điều này có lẽ là do nguồn dự trữ thiếc đã cạn kiệt. Và chì và thủy ngân, được phát hiện vào thời điểm đó, không thể thay thế cho đồ đồng. Vì vậy người ta phải phát triển sản xuất kim loại từ quặng.
Thời kỳ tiếp theo không kéo dài - chưa đầy một thiên niên kỷ, nhưng đã để lại dấu ấn sáng ngời trong lịch sử. Mặc dù thực tế là sắt đã được biết đến sớm hơn nhiều, nhưng nó hầu như không bao giờ được sử dụng vì những khuyết điểm của nó so với đồ đồng. Ngoài ra, quặng sau dễ kiếm hơn nhiều, trong khi nấu chảy quặng tốn nhiều công sức hơn. Thực tế là sắt bản địa khá hiếm, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi việc đồ đồng bị loại bỏ diễn ra rất chậm.
Ý nghĩa của kỹ năng khai thác kim loại
Tương tự như cách tổ tiên loài người lần đầu tiên tạo ra một công cụ bằng cách buộc một viên đá sắc nhọn vào một cây gậy, quá trình chuyển đổi sang một vật liệu mới hóa ra cũng hoành tráng không kém. Ưu điểm chính của các sản phẩm kim loại là chúng dễ chế tạo và dễ sửa chữa hơn. Đá không có tính dẻo và dễ uốn, do đómọi vũ khí từ nó chỉ có thể được làm mới, không thể sửa chữa được.
Vì vậy, chính sự chuyển đổi sang sử dụng kim loại đã dẫn đến sự cải tiến hơn nữa của các công cụ, sự xuất hiện của các đồ gia dụng, đồ trang trí mới mà trước đây không thể chế tạo được. Tất cả những điều này đã tạo động lực cho tiến bộ công nghệ và đặt nền tảng cho sự phát triển của ngành luyện kim.
Phương pháp hiện đại
Nếu thời xa xưa người ta chỉ quen với việc lấy kim loại từ quặng, hoặc bằng lòng với cốm, thì hiện tại đã có những cách khác. Chúng trở nên khả thi nhờ sự phát triển của hóa học. Do đó, hai hướng chính đã xuất hiện:
- Luyện kim. Nó bắt đầu phát triển sớm hơn và gắn liền với nhiệt độ cao cần thiết để xử lý vật liệu. Công nghệ hiện đại trong lĩnh vực này cũng cho phép sử dụng huyết tương.
- Luyện kim. Hướng này liên quan đến việc khai thác các nguyên tố từ quặng, chất thải, chất cô đặc, vv bằng cách sử dụng nước và thuốc thử hóa học. Ví dụ, một phương pháp liên quan đến việc sản xuất kim loại bằng cách điện phân là cực kỳ phổ biến và phương pháp thấm cacbon cũng khá phổ biến.
Có một công nghệ thú vị khác. Nhờ nó mà có thể thu được các kim loại quý có độ tinh khiết cao và với mức tổn thất tối thiểu. Đó là về sự sàng lọc. Quá trình này là một trong những dạng tinh chế, tức là quá trình tách dần các tạp chất. Ví dụ, trong trường hợp vàng, sự bão hòa của nóng chảy bằng clo được sử dụng, và bạch kim được hòa tan trongaxit khoáng sau đó được phân lập bằng thuốc thử.
Nhân tiện, việc thu nhận kim loại bằng phương pháp điện phân thường được sử dụng nhiều nhất nếu việc nấu chảy hoặc thu hồi không hiệu quả về mặt kinh tế. Đây chính xác là những gì xảy ra với nhôm và natri. Ngoài ra còn có nhiều công nghệ cải tiến hơn giúp thu được kim loại màu ngay cả từ quặng nghèo mà không tốn kém nhiều chi phí, nhưng chúng ta sẽ nói về vấn đề này sau một chút.
Về hợp kim
Hầu hết các kim loại được biết đến trong thời cổ đại không phải lúc nào cũng đáp ứng được một số nhu cầu. Ăn mòn, không đủ độ cứng, giòn, giòn, dễ vỡ - mỗi phần tử ở dạng nguyên chất đều có nhược điểm của nó. Do đó, cần phải tìm ra những vật liệu mới kết hợp những ưu điểm của những vật liệu đã biết, tức là tìm cách thu được hợp kim kim loại. Ngày nay có hai phương pháp chính:
- Đúc. Sự nóng chảy của các thành phần hỗn hợp được làm lạnh và kết tinh. Chính phương pháp này đã giúp chúng ta có thể thu được những mẫu hợp kim đầu tiên: đồng và đồng thau.
- Bấm. Hỗn hợp bột phải chịu áp suất cao và sau đó được thiêu kết.
Cải thiện hơn nữa
Trong những thập kỷ gần đây, hứa hẹn nhất là sản xuất kim loại bằng công nghệ sinh học, chủ yếu với sự hỗ trợ của vi khuẩn. Người ta đã có thể chiết xuất đồng, niken, kẽm, vàng và uranium từ các nguyên liệu thô sulfua. Các nhà khoa học hy vọng có thể kết nối các vi sinh vật với các quá trình như rửa trôi, oxy hóa, hấp thụ và kết tủa. Ngoài ra, nó là vô cùng quan trọngvấn đề xử lý nước thải sâu, đối với vấn đề này, họ đang cố gắng tìm ra giải pháp có sự tham gia của vi khuẩn.
Đơn
Nếu không có kim loại và hợp kim, sự sống ở dạng mà ngày nay loài người biết đến sẽ là không thể. Các tòa nhà cao tầng, máy bay, đồ dùng, gương, thiết bị điện, ô tô và nhiều thứ khác chỉ tồn tại nhờ quá trình chuyển đổi xa của con người từ đá sang đồng, đồng và sắt.
Vì tính dẫn điện và dẫn nhiệt đặc biệt của chúng, kim loại được sử dụng trong dây và cáp cho nhiều mục đích khác nhau. Vàng được sử dụng để làm các tiếp điểm không bị oxy hóa. Do sức mạnh và độ cứng của chúng, kim loại được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và cho nhiều loại kết cấu. Một lĩnh vực ứng dụng khác là công cụ. Ví dụ, để sản xuất một bộ phận gia công, bộ phận cắt, các hợp kim cứng và các loại thép đặc biệt thường được sử dụng. Cuối cùng, kim loại quý được đánh giá cao để làm chất liệu cho đồ trang sức. Vì vậy, có rất nhiều ứng dụng.
Thú vị về kim loại và hợp kim
Việc sử dụng các yếu tố này rất phổ biến và có lịch sử lâu đời đến nỗi không có gì ngạc nhiên khi nảy sinh nhiều tình huống gây tò mò khác nhau. Cuối cùng thì chúng và một vài sự thật thú vị sẽ được đưa ra:
- Trước khi được sử dụng rộng rãi, nhôm rất được coi trọng. Dao kéo, mà Napoléon III sử dụng khi tiếp khách, được làm từ chất liệu này và là chủ đề củaniềm tự hào của quân vương.
- Tên bạch kim trong tiếng Tây Ban Nha có nghĩa là "bạc". Nguyên tố nhận được một cái tên không mấy hoa mỹ như vậy do nhiệt độ nóng chảy tương đối cao và do đó, không thể sử dụng nó trong thời gian dài.
- Ở dạng tinh khiết nhất, vàng mềm và dễ bị xước bằng móng tay. Đó là lý do tại sao nó được hợp kim với bạc hoặc đồng để làm đồ trang sức.
- Có những hợp kim có một đặc tính kỳ lạ của tính đàn hồi nhiệt, tức là, hiệu ứng ghi nhớ hình dạng. Khi bị biến dạng và sau đó được nung nóng, chúng sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
