Modern insan günlük hayatında çeşitli metallerle çevrilidir. Kullandığımız ürünlerin çoğu bu kimyasalları içerir. Tüm bunlar, insanların metal elde etmenin çeşitli yollarını bulması nedeniyle oldu.
Metal nedir
İnorganik kimya, insanlar için bu değerli maddelerle ilgilenir. Metal elde etmek, bir kişinin hayatımızı iyileştiren daha mükemmel teknolojiler yaratmasını sağlar. Onlar neler? Metal elde etmek için genel yöntemleri düşünmeden önce, ne olduklarını anlamak gerekir. Metaller, karakteristik özelliklere sahip basit maddeler şeklinde bir grup kimyasal elementtir:
• termal ve elektriksel iletkenlik;
• yüksek süneklik;
• parıltı.
Bir kişi onları diğer maddelerden kolayca ayırt edebilir. Tüm metallerin karakteristik bir özelliği, özel bir parlaklığın varlığıdır. Gelen ışık ışınlarının onları iletmeyen bir yüzeye yansıtılmasıyla elde edilir. Parlaklık, tüm metallerin ortak bir özelliğidir, ancak en çok gümüşte telaffuz edilir.
AçıkBilim adamları bugüne kadar, hepsi resmi bilim tarafından tanınmasa da, bu tür 96 kimyasal element keşfettiler. Karakteristik özelliklerine göre gruplara ayrılırlar. Aşağıdaki metaller bu şekilde izole edilir:
• alkali – 6;
• alkali toprak – 6;
• geçiş – 38;
• hafif – 11;
• yarı metaller – 7;
• Lantanitler – 14;
• aktinitler – 14.
Metal elde etme
Bir alaşım yapabilmek için önce doğal cevherden metal elde etmelisiniz. Doğal elementler, doğada serbest halde bulunan maddelerdir. Bunlar platin, altın, kalay, cıva içerir. Mekanik olarak veya kimyasal reaktifler yardımıyla safsızlıklardan ayrılırlar.
Diğer metaller, bileşikleri işlenerek çıkarılır. Çeşitli fosillerde bulunurlar. Cevherler, oksitler, karbonatlar veya sülfürler şeklinde metal bileşikleri içeren mineraller ve kayalardır. Bunları elde etmek için kimyasal işleme kullanılır.
Metal elde etme yöntemleri:
• oksitlerin kömürle indirgenmesi;
• kalay taşından kalay elde etmek;
• demir cevheri eritme;
• özel fırınlarda yanan kükürt bileşikleri.
Cevher kayalarından metal çıkarmayı kolaylaştırmak için bunlara flux adı verilen çeşitli maddeler eklenir. Kil, kireçtaşı, kum gibi istenmeyen safsızlıkların giderilmesine yardımcı olurlar. Bu işlem sonucunda eriyebilir bileşikler elde edilir,cüruf denir.
Önemli miktarda safsızlık varlığında, gereksiz bileşenlerin büyük bir kısmı kaldırılarak metal eritilmeden önce cevher zenginleştirilir. Bu tedavi için en yaygın kullanılan yöntemler yüzdürme, manyetik ve yerçekimidir.
Alkali metaller
Alkali metallerin seri üretimi daha karmaşık bir süreçtir. Bunun nedeni, doğada sadece kimyasal bileşikler şeklinde bulunmalarıdır. İndirgeyici maddeler oldukları için üretimlerine yüksek enerji maliyetleri eşlik eder. Alkali metalleri çıkarmanın birkaç yolu vardır:
• Lityum, vakumda oksitinden veya spodümenin işlenmesi sırasında oluşan klorürünün eriyiğinin elektrolizi yoluyla elde edilebilir.
• Sodyum, sıkıca kapalı potalarda soda ile kömürün kalsine edilmesiyle veya kalsiyum ilavesiyle bir klorür eriyiğinin elektrolizi ile ekstrakte edilir. İlk yöntem en çok zaman alan yöntemdir.
• Potasyum, tuzlarının eriyiğinin elektrolizi veya klorüründen sodyum buharının geçirilmesiyle elde edilir. Ayrıca 440 °C sıcaklıkta erimiş potasyum hidroksit ve sıvı sodyumun etkileşimi ile oluşur.
• Sezyum ve rubidyum, klorürlerini 700–800 °C'de kalsiyum veya 650 °C'de zirkonyum ile indirgenerek çıkarılır. Alkali metalleri bu şekilde elde etmek son derece enerji yoğun ve pahalıdır.
Metaller ve alaşımlar arasındaki farklar
Metaller ve alaşımları arasında temelde net bir sınır pratikte mevcut değildir, çünkü en saf, en basit maddeler bilebir miktar kirlilik. Peki aralarındaki fark nedir? Sanayide ve ülke ekonomisinin diğer sektörlerinde kullanılan hemen hemen tüm metaller, ana kimyasal elemente başka bileşenler eklenerek bilinçli olarak elde edilen alaşımlar şeklinde kullanılmaktadır.
Alaşımlar
Teknolojinin çeşitli metal malzemelere ihtiyacı vardır. Aynı zamanda, insanlar için gerekli özelliklere sahip olmadıkları için saf kimyasal elementler pratik olarak kullanılmaz. İhtiyaçlarımız için alaşım elde etmenin farklı yollarını icat ettik. Bu terim, 2 veya daha fazla kimyasal elementten oluşan makroskopik olarak homojen bir malzemeyi ifade eder. Bu durumda, alaşımda metal bileşenler baskındır. Bu maddenin kendi yapısı vardır. Alaşımlarda aşağıdaki bileşenler ayırt edilir:
• bir veya daha fazla metalden oluşan taban;
• modifikasyon ve alaşım elementlerinin küçük ilaveleri;
• temizlenmemiş safsızlıklar (teknolojik, doğal, rastgele).
Metal alaşımları ana yapısal malzemedir. Teknolojide bunlardan 5000'den fazla var.
Alaşım türleri
Bu kadar çeşitli alaşımlara rağmen, demir ve alüminyum bazlı olanlar insanlar için büyük önem taşır. Günlük yaşamda en yaygın olanlarıdır. Alaşım türleri farklıdır. Ayrıca, çeşitli kriterlere göre ayrılırlar. Bu nedenle, alaşımları imal etmek için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu kritere göre, ayrılırlar:
• Oyuncular, hangikarışık bileşenlerin eriyik kristalizasyonu ile elde edilir.
• Toz karışımının preslenmesi ve ardından yüksek sıcaklıkta sinterlenmesiyle oluşturulan toz. Ayrıca, genellikle bu tür alaşımların bileşenleri sadece basit kimyasal elementler değil, aynı zamanda sert alaşımlardaki titanyum veya tungsten karbürler gibi çeşitli bileşikleridir. Belirli miktarlarda ilave edilmeleri metalik malzemelerin özelliklerini değiştirir.
Bitmiş ürün veya boşluk şeklinde alaşım elde etme yöntemleri şu şekilde ayrılır:
• dökümhane (silumin, dökme demir);
• dövme (çelikler);
• toz (titanyum, tungsten).
Alaşım türleri
Metal elde etme yöntemleri farklıdır, onlar sayesinde yapılan malzemelerin özellikleri farklıdır. Agregasyonun katı durumunda alaşımlar:
• Homojen (tek tip), aynı tip kristallerden oluşur. Genellikle tek fazlı olarak adlandırılırlar.
• Heterojen (heterojen), çok fazlı olarak adlandırılır. Elde edildiklerinde, alaşımın temeli olarak katı bir çözelti (matris fazı) alınır. Bu tip heterojen maddelerin bileşimi, kimyasal elementlerinin bileşimine bağlıdır. Bu tür alaşımlar aşağıdaki bileşenleri içerebilir: ara yer ve ikamenin katı çözeltileri, kimyasal bileşikler (karbürler, metaller arası, nitrürler), basit maddelerin kristalitleri.
Alaşım özellikleri
Metalleri ve alaşımları elde etmek için hangi yöntemlerin kullanıldığına bakılmaksızın, özellikleri tamamen kristal tarafından belirlenir.bu malzemelerin faz yapısı ve mikro yapısı. Her biri farklıdır. Alaşımların makroskopik özellikleri, mikro yapılarına bağlıdır. Her durumda, yalnızca malzemenin kristal yapısına bağlı olan fazlarının özelliklerinden farklıdırlar. Heterojen (çok fazlı) alaşımların makroskopik homojenliği, metal matriste fazların düzgün dağılımının bir sonucu olarak elde edilir.
Alaşımların en önemli özelliği kaynaklanabilirliktir. Aksi takdirde, metallerle aynıdırlar. Bu nedenle, alaşımların termal ve elektriksel iletkenliği, sünekliği ve yansıtıcılığı (parlaklığı) vardır.
Alaşım çeşitleri
Alaşım elde etmenin farklı yöntemleri, insanın farklı özellik ve özelliklere sahip çok sayıda metalik malzeme icat etmesine olanak sağlamıştır. Amaçlarına göre şu gruplara ayrılırlar:
• Yapısal (çelik, duralumin, dökme demir). Bu grup ayrıca özel özelliklere sahip alaşımları da içerir. Bu nedenle, içsel güvenlik veya sürtünme önleme özellikleri ile ayırt edilirler. Bunlara pirinç ve bronz dahildir.
• Dökme yatakları için (babbit).
• Elektrikli ısıtma ve ölçüm ekipmanı için (nikrom, manganin).
• Kesici takımların üretimi için (kazan).
Üretimde, insanlar eriyebilir, ısıya dayanıklı, korozyona dayanıklı ve amorf alaşımlar gibi diğer metal malzeme türlerini de kullanırlar. Mıknatıslar ve termoelektrikler (bizmut, kurşun, antimon ve diğerlerinin teluridleri ve selenidleri) de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Demir alaşımları
Pratik olarak Dünya'da eritilen tüm demir, basit ve alaşımlı çeliklerin üretimine yöneliktir. Demir üretiminde de kullanılır. Demir alaşımları, insanlara faydalı özelliklere sahip olmaları nedeniyle popülerliğini kazanmıştır. Basit bir kimyasal elemente çeşitli bileşenler eklenerek elde edildiler. Bu nedenle, çeşitli demir alaşımlarının bir madde bazında yapılmasına rağmen, çelikler ve dökme demirler farklı özelliklere sahiptir. Sonuç olarak, çeşitli uygulamalar bulurlar. Çoğu çelik, dökme demirden daha serttir. Bu metalleri elde etmek için çeşitli yöntemler, bu demir alaşımlarının farklı derecelerini (markalarını) elde etmenizi sağlar.
Alaşım özelliklerini iyileştirin
Bazı metalleri ve diğer kimyasal elementleri birleştirerek, gelişmiş özelliklere sahip malzemeler elde edilebilir. Örneğin, saf alüminyumun akma dayanımı 35 MPa'dır. Bu metalin bakır (% 1,6), çinko (% 5,6), magnezyum (% 2,5) ile bir alaşımı elde edildiğinde, bu rakam 500 MPa'yı aşıyor.
Farklı kimyasalların farklı oranlarda birleştirilmesiyle, geliştirilmiş manyetik, termal veya elektriksel özelliklere sahip metal malzemeler elde edilebilir. Bu süreçteki ana rol, kristallerinin dağılımı ve atomlar arasındaki bağların türü olan alaşımın yapısı tarafından oynanır.
Çelikler ve demirler
Bu alaşımlar demir ve karbonun (%2) birleştirilmesiyle elde edilir. Alaşımlı malzemelerin üretiminde eklenirler.nikel, krom, vanadyum. Tüm sıradan çelikler türlere ayrılır:
• çeşitli yapılar için kullanılan düşük karbon (%0.25 karbon);
• Kesici takımlar için tasarlanmış yüksek karbon (%0,55'ten fazla).
Makine mühendisliğinde ve diğer ürünlerde farklı derecelerde alaşımlı çelikler kullanılmaktadır.
Demir ile karbonun yüzdesi %2-4 olan alaşımına dökme demir denir. Bu malzeme ayrıca silikon içerir. İyi mekanik özelliklere sahip çeşitli ürünler dökme demirden dökülür.
Demir dışı metaller
Çeşitli metalik malzemeleri yapmak için demirin yanı sıra başka kimyasal elementler de kullanılır. Kombinasyonlarının bir sonucu olarak, demir dışı alaşımlar elde edilir. İnsanların hayatındaüzerine kurulu materyaller en büyük kullanım alanını buldu.
• Bakır, pirinç denir. %5-45 çinko içerirler. İçeriği% 5-20 ise, pirinç kırmızı,% 20-36 ise - sarı olarak adlandırılır. Silikon, kalay, berilyum, alüminyum ile bakır alaşımları vardır. Bunlara bronz denir. Bu alaşımların birkaç türü vardır.
• Yaygın bir lehim (tretnik) olan kurşun. Bu alaşımda, bu kimyasalın 1 kısmı üzerine 2 kısım kalay düşer. Rulmanlar kurşun, kalay, arsenik ve antimon alaşımı olan babbitt kullanılarak üretilir.
• Yüksek mukavemetli ve mükemmel mekanik özelliklere sahip hafif demir dışı alaşımlar olan alüminyum, titanyum, magnezyum ve berilyumözellikler.
Alma yöntemleri
Metal ve alaşım elde etmenin ana yöntemleri:
• Farklı erimiş bileşenlerin homojen bir karışımının katılaştığı dökümhane. Alaşımları elde etmek için metal elde etmenin pirometalurjik ve elektrometalurjik yöntemleri kullanılır. İlk varyantta, hammaddeyi ısıtmak için yakıtın yanması sürecinde elde edilen termal enerji kullanılır. Pirometalurjik yöntem, açık ocak fırınlarında çelik ve yüksek fırınlarda dökme demir üretir. Elektrometalurjik yöntemle hammaddeler indüksiyon veya elektrik ark ocaklarında ısıtılır. Aynı zamanda ham madde çok çabuk yumuşar.
• Alaşımı yapmak için bileşenlerinin tozlarının kullanıldığı toz. Presleme sayesinde belli bir şekil verilir ve ardından özel fırınlarda sinterlenir.
