Kim loại là một nhóm các nguyên tố có các đặc tính riêng biệt như dẫn điện, truyền nhiệt cao, hệ số điện trở dương, độ bóng đặc trưng và độ dẻo tương đối. Loại chất này đơn giản về mặt hợp chất hóa học.
Phân loại theo nhóm
Kim loại là một trong những vật liệu phổ biến nhất được nhân loại sử dụng trong suốt lịch sử của nó. Hầu hết chúng nằm ở các lớp giữa của vỏ trái đất, nhưng cũng có những loại nằm ẩn sâu trong trầm tích núi.
Hiện tại, kim loại chiếm phần lớn trong bảng tuần hoàn (94 trong số 118 nguyên tố). Trong số các nhóm được công nhận chính thức, đáng chú ý là các nhóm sau:
1. Kiềm (liti, kali, natri, franxi, xêzi, rubidi). Khi tiếp xúc với nước, chúng tạo thành hydroxit.
2. Kiềm đất (canxi, bari, stronti, radium). Khác nhau về mật độ và độ cứng.
3. Ánh sáng (nhôm, chì, kẽm, gali, cadimi, thiếc, thủy ngân). Thường được sử dụng trong hợp kim do mật độ thấp.
4. chuyển tiếp (uranium,vàng, titan, đồng, bạc, niken, sắt, coban, bạch kim, palađi, v.v.). Chúng có trạng thái oxy hóa thay đổi.
5. Các bán phân tử (gecmani, silic, antimon, bo, poloni, v.v.). Chúng có một mạng tinh thể cộng hóa trị trong cấu trúc của chúng.
6. Actinides (americium, thorium, actinium, berkelium, curium, fermium, v.v.).
7. Lanthanides (gadolinium, samarium, cerium, neodymium, lutetium, lantanum, erbium, v.v.).
Cần lưu ý rằng có những kim loại trong vỏ trái đất và những kim loại không được xác định theo nhóm. Chúng bao gồm magiê và berili.
Hợp chất bản địa
Trong tự nhiên, có một lớp mã hóa tinh thể-hóa học riêng biệt. Các nguyên tố này bao gồm các kim loại bản địa. Đây là những khoáng chất không liên quan đến nhau. Thông thường, các kim loại bản địa trong tự nhiên được hình thành do kết quả của các quá trình địa chất.
Các chất
45 đã biết ở trạng thái kết tinh trong vỏ trái đất. Hầu hết chúng cực kỳ hiếm trong tự nhiên, do đó giá thành cao. Tỷ lệ của các yếu tố như vậy chỉ là 0,1%. Cần lưu ý rằng việc tìm kiếm các kim loại này cũng là một quá trình tốn nhiều công sức và tiền bạc. Nó dựa trên việc sử dụng các nguyên tử có lớp vỏ và electron ổn định.
Kim loại bản địa còn được gọi là cao quý. Chúng được đặc trưng bởi quán tính hóa học và tính ổn định của các hợp chất. Chúng bao gồm vàng, palladium, bạch kim, iridium, bạc, ruthenium, vv Đồng thường được tìm thấy nhiều nhất trong tự nhiên. Sắt ở trạng thái bản địa chủ yếu hiện diện trong trầm tích núi dưới dạng thiên thạch. nhiều nhấtcác nguyên tố hiếm của nhóm là chì, crom, kẽm, indium và cadmium.
Tính năng cơ bản
Hầu hết tất cả các kim loại ở điều kiện bình thường đều cứng và bền. Ngoại lệ là franxi và thủy ngân, các kim loại kiềm. Nhiệt độ nóng chảy của tất cả các nguyên tố của nhóm là khác nhau. Phạm vi của nó dao động từ -39 đến +3410 độ C. Vonfram được coi là chất có khả năng chống nóng chảy cao nhất. Các hợp chất của nó chỉ mất điện trở ở nhiệt độ trên +3400 C. Chì và thiếc nên được phân biệt với các kim loại dễ nóng chảy.
Ngoài ra, các nguyên tố được chia theo mật độ (nhẹ và nặng) và độ dẻo (cứng và mềm). Tất cả các hợp chất kim loại đều dẫn điện rất tốt. Tính chất này là do sự hiện diện của mạng tinh thể với các điện tử hoạt động. Đồng, bạc và nhôm có độ dẫn điện tối đa, natri có độ dẫn điện thấp hơn một chút. Cần lưu ý tính chất nhiệt cao của kim loại. Bạc được coi là chất dẫn nhiệt tốt nhất, thủy ngân là kém nhất.
Kim loại trong môi trường
Thông thường, những nguyên tố này có thể được tìm thấy ở dạng hợp chất và quặng. Kim loại trong tự nhiên tạo thành sunfit, oxit, muối cacbonat. Để tinh chế các hợp chất, trước hết cần phải tách chúng ra khỏi thành phần của quặng. Bước tiếp theo sẽ là tạo hợp kim và xử lý cuối cùng.
Trong luyện kim công nghiệp, quặng đen và quặng màu được phân biệt. Loại trước được xây dựng trên cơ sở các hợp chất của sắt, loại sau là các kim loại khác. Bạch kim, vàng và bạc được coi là kim loại quý. Phần lớn chúng nằm trong vỏ trái đất. Tuy nhiênở mức độ thấp hơn, nước biển cũng chiếm một tỷ lệ nhỏ.
Có những nguyên tố cao quý ngay cả trong cơ thể sống. Một người chứa khoảng 3% hợp chất kim loại. Phần lớn, cơ thể chứa natri và canxi, hoạt động như một chất điện phân gian bào. Magiê cần thiết cho hoạt động bình thường của hệ thần kinh trung ương và khối cơ, sắt tốt cho máu, đồng tốt cho gan.
Tìm hợp chất kim loại
Hầu hết các nguyên tố đều nằm dưới lớp đất trên cùng ở khắp mọi nơi. Kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất là nhôm. Tỷ lệ phần trăm của nó thay đổi trong vòng 8,2%. Tìm kiếm kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất không khó, vì nó xuất hiện ở dạng quặng.
Sắt và canxi ít phổ biến hơn một chút trong tự nhiên. Tỷ lệ phần trăm của họ là 4,1%. Tiếp theo là magiê và natri - 2,3% mỗi loại, kali - 2,1%. Các kim loại còn lại trong tự nhiên chiếm không quá 0,6%. Đáng chú ý là magiê và natri có thể được khai thác như nhau cả trong lòng đất và trong nước biển.
Các nguyên tố kim loại trong tự nhiên được tìm thấy ở dạng quặng hoặc ở trạng thái bản địa, như đồng hoặc vàng. Có những chất cần phải thu được từ oxit và sulfua, ví dụ như hematit, cao lanh, magnetit, galen, v.v.
Sản xuất kim loại
Quy trình chiết xuất nguyên tố chuyển sang chiết xuất khoáng chất. Tìm kiếm kim loại trong tự nhiên ở dạng quặng là quá trình đơn giản và phổ biến nhất trong công nghiệp nói chung. Để tìm kiếmtrầm tích kết tinh, thiết bị địa chất đặc biệt được sử dụng để phân tích thành phần của các chất trong một mảnh đất cụ thể. Hiếm khi hơn, sự hiện diện của kim loại trong tự nhiên được giảm xuống theo phương pháp đào ngầm lộ thiên tầm thường.
Sau khi khai thác, giai đoạn làm giàu bắt đầu, khi tinh quặng được tách ra khỏi khoáng chất ban đầu. Sự thấm ướt, dòng điện, phản ứng hóa học, nhiệt luyện được dùng để phân biệt các nguyên tố. Thông thường, việc giải phóng quặng kim loại xảy ra do quá trình nấu chảy, tức là đun nóng với sự phục hồi.
Khai thác nhôm
Luyện kim màu tham gia vào quá trình này. Về tiêu thụ và sản xuất, nó dẫn đầu trong số các ngành công nghiệp nặng khác. Kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất có nhu cầu rất nhiều trong thế giới hiện đại. Về mặt sản xuất, nhôm chỉ đứng sau thép.
Hơn hết, nguyên tố này được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không, ô tô và điện. Đáng chú ý là kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất cũng có thể được lấy bằng các phương tiện "nhân tạo". Để có một phản ứng hóa học như vậy, cần phải có các bôxit. Chúng tạo thành alumin. Bằng cách kết hợp chất này với điện cực cacbon và muối florua dưới tác dụng của dòng điện, bạn có thể có được quặng nhôm tinh khiết nhất.
Trung Quốc là quốc gia đứng đầu trong số các nhà sản xuất thành phần này. Có tới 18,5 triệu tấn kim loại được nấu chảy ở đó hàng năm. Hiệp hội Nga-Thụy Sĩ UC RUSAL đứng đầu về xếp hạng khai thác nhôm tương tự.
Sử dụng kim loại
Tất cả các yếu tố của nhóm đều bền, không thấm nước và chịu được nhiệt độ tương đối. Đó là lý do tại sao kim loại rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Ngày nay chúng được sử dụng để làm dây điện, điện trở, thiết bị và đồ gia dụng.
Kim loại là vật liệu xây dựng và công cụ lý tưởng. Trong xây dựng, các hợp kim nguyên chất và kết hợp được sử dụng. Trong kỹ thuật và hàng không, các kết nối chính là thép và các liên kết cứng hơn.
