Μη σιδηρούχα, πολύτιμα και σιδηρούχα είδη μετάλλων και τα χαρακτηριστικά τους

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Τα μέταλλα είναι μια μεγάλη ομάδα απλών στοιχείων με χαρακτηριστικά γνωρίσματα όπως υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, θετικός συντελεστής θερμοκρασίας και άλλα. Για να ταξινομήσετε σωστά και να κατανοήσετε τι είναι τι, πρέπει να αντιμετωπίσετε όλες τις αποχρώσεις. Ας προσπαθήσουμε μαζί σας να εξετάσουμε βασικούς τύπους μετάλλων όπως σιδηρούχα, μη σιδηρούχα, πολύτιμα, καθώς και κράματα. Αυτό είναι ένα αρκετά εκτενές και περίπλοκο θέμα, αλλά θα προσπαθήσουμε να βάλουμε τα πάντα στα ράφια.

Τι πρέπει να γνωρίζουν όλοι;

Πριν ταξινομήσετε τα μέταλλα σε ομάδες, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε τα κύρια χαρακτηριστικά. Τα πρωτεύοντα περιλαμβάνουν τον αρνητικό συντελεστή αγωγιμότητας του ηλεκτρισμού. Αυτό υποδηλώνει ότι καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, η αγωγιμότητα αυξάνεται και ορισμένοι αγωγοί γίνονται υπεραγωγοί. Ταυτόχρονα, η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μερικήή πλήρη απώλεια εύρους ζώνης. Τα δευτερεύοντα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν μεταλλική λάμψη, καθώς και υψηλό σημείο τήξης. Επιπλέον, ορισμένα μέταλλα με τη μορφή ενώσεων παίζουν τον ρόλο ενός αναγωγικού παράγοντα στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Λάβετε υπόψη ότι τα καθαρά μέταλλα ουσιαστικά δεν βρίσκονται ποτέ στη φύση, επομένως δεν πρέπει να ξεχνάτε ούτε το μετάλλευμα και τα ψήγματα.

Σχετικά με τα σιδηρούχα μέταλλα

Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει τον σίδηρο, καθώς και τα κράματά του (χυτοσίδηρος, σιδηροκράματα). Στην πραγματικότητα, τα σιδηρούχα μέταλλα είναι ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα, αλλά εκτός από αυτό, υπάρχουν και άλλα χημικά στοιχεία, όπως το θείο, ο φώσφορος, το πυρίτιο κ.λπ. που είναι συνήθως ο χαλκός, το χρώμιο ή το νικέλιο. Όλοι οι τύποι σιδηρούχων μετάλλων ταξινομούνται με βάση την περιεκτικότητα σε άνθρακα. Έτσι, υπάρχουν τα ακόλουθα κράματα:

• Χυτοσίδηρος - η ποσότητα άνθρακα κυμαίνεται από 2 έως 4,3%, σε ορισμένες περιπτώσεις φθάνοντας σε κρίσιμο επίπεδο 5%. Διάφορα χημικά στοιχεία επηρεάζουν άμεσα τις ιδιότητες του προϊόντος. Έτσι, το θείο με φώσφορο αυξάνουν την ευθραυστότητα, ενώ τα πρόσθετα χρωμίου και νικελίου κάνουν τον χυτοσίδηρο πιο ανθεκτικό στη θερμότητα και στη διάβρωση.
• Χάλυβας - Περιεκτικότητα σε άνθρακα έως 2%. Διαφέρει από το χυτοσίδηρο σε υψηλή ολκιμότητα, καθώς και υψηλή τεχνολογική απόδοση (ευκολότερη στην επεξεργασία).

Χαρακτηριστικά χυτοσιδήρου και χάλυβα αναλυτικά

Υπάρχει αυτήν τη στιγμήδιάφοροι τύποι χυτοσιδήρου που χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή, καθώς και στη βιομηχανία: χυτήριο (γκρι) και μετατροπή (λευκό). Το τελευταίο διαφέρει από τον πρώτο τύπο στο ότι ο άνθρακας βρίσκεται σε δεσμευμένη κατάσταση με τη μορφή τσιμέντου, στην πρώτη περίπτωση - σε ελεύθερη κατάσταση με τη μορφή γραφίτη. Η μείωση της αντοχής αυτού του υλικού οφείλεται στο γεγονός ότι οι πλάκες γραφίτη σπάνε τη μεταλλική δομή, αποδυναμώνοντάς την. Υπάρχει τροποποιημένος γκρι χυτοσίδηρος. Τα χαρακτηριστικά του είναι ότι ο γραφίτης έχει σφαιρικό σχήμα, γεγονός που αυξάνει τις μηχανικές ιδιότητες του προϊόντος.

Πιθανότατα έχετε ήδη συνειδητοποιήσει ότι έχουν γίνει πιο ευέλικτα, λόγω του όχι τόσο άνθρακα στη σύνθεση. Έτσι, οι δομικοί χάλυβες περιέχουν από 0,02 έως 0,85% άνθρακα και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι η καλή πλαστικότητα. Ο βαθμός ευθραυστότητας είναι χαμηλός. Υπάρχουν επίσης όργανα, στα οποία η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι ελαφρώς υψηλότερη - από 0,65 έως 1,4%, επομένως, είναι πιο ισχυρό κράμα, αλλά εύθραυστο. Χρησιμοποιείται, όπως υποδηλώνει το όνομα, ως κενό για τη δημιουργία εργαλείων (κοπή, πριόνισμα τμημάτων εργασίας μηχανών και συγκροτημάτων). Εδώ εξετάσαμε τους τύπους σιδηρούχων μετάλλων, οπότε ας πάμε παρακάτω.

πολύτιμα μέταλλα

Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει χημικά σταθερά κράματα που δεν οξειδώνονται στο νερό και τον αέρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο αριθμός τέτοιων μετάλλων σε ολόκληρο τον πλανήτη είναι σχετικά μικρός και η διαδικασία εξόρυξης και επεξεργασίας είναι εξαιρετικά περίπλοκη και χρονοβόρα. Αν για πολύ καιρό η ανθρωπότητα γνώριζε μόνο περίπου 7 ομάδες, σήμερα υπάρχουν αρκετές από αυτές.περισσότερο. Έτσι, τα πιο διάσημα είδη πολύτιμων μετάλλων: χρυσός, ασήμι, πλατίνα, όσμιο, ρόδιο, παλλάδιο, ιρίδιο κ.λπ. Όλα αυτά βρίσκονται στη φύση. Υπάρχουν επίσης τα λεγόμενα ισότοπα. Λαμβάνονται σε εργαστήρια με πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις. Το πιο ακριβό τέτοιο μέταλλο είναι το californium-252, αξίας 500.000 $ ανά γραμμάριο. Το όσμιο-187, που λαμβάνεται σε σύγχρονα εργαστήρια, είναι από τα πιο σε ζήτηση.

Σχετικά με το ασήμι και τον χρυσό

Από τη Λίθινη Εποχή, οι άνθρωποι ήταν εξοικειωμένοι με ένα τέτοιο μέταλλο όπως ο χρυσός. Είναι ασφαλές να πούμε ότι αυτό είναι το πιο σημαντικό πολύτιμο μέταλλο στον κόσμο. Στη φύση, συναντάται συχνότερα ως ψήγματα με μικρή ποσότητα ακαθαρσιών ή σε κράμα με ασήμι. Τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν θερμική αγωγιμότητα και πολύ χαμηλή αντίσταση. Φυσικά, δεν μπορεί κανείς να μην σημειώσει την ελασιμότητα του χρυσού, γι' αυτό και είναι ένα εξαιρετικά δημοφιλές υλικό για την κατασκευή κοσμημάτων. Ενδιαφέρον γεγονός: το μεγαλύτερο ψήγμα χρυσού βρέθηκε στην Αυστραλία. Ζύγιζε περίπου 90 κιλά.

Αν λάβουμε υπόψη τους κύριους τύπους πολύτιμων μετάλλων, τότε δεν μπορούμε να πούμε για το ασήμι. Στη φύση, αυτό το υλικό βρίσκεται σε φυσική μορφή (μεταλλεύματος αργύρου). Αλλά αξίζει να σημειωθεί ότι η κύρια παραγωγή πραγματοποιείται από σύνθετα μεταλλεύματα, όπου υπάρχει σχετικά λίγο ασήμι, αλλά τα κοιτάσματα τέτοιων ορυκτών είναι πιο συνηθισμένα. Είναι ένα πολύ μαλακό και όλκιμο μέταλλο που έχει εξαιρετική ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα.

Ρόδιο και πλατίνα

Το ρόδιο είναι μέταλλο, όχιΤο να έχει τα δικά του ορυκτά, επομένως, είναι ένα από τα πιο ακριβά. Θα πρέπει να πληρώσετε περισσότερα από 220 δολάρια ανά γραμμάριο. Αυτό το ευγενές μέταλλο έχει ένα ασημί χρώμα με μια μπλε απόχρωση. Διακρίνεται για την αντοχή του σε χημικές και θερμικές επιδράσεις, αλλά είναι εξαιρετικά ευάλωτο σε μηχανικές βλάβες λόγω της ευθραυστότητάς του. Επειδή είναι αρκετά ακριβό, χρησιμοποιείται μόνο όπου είναι αδύνατο να βρεθεί ανάλογο.

Αν λάβουμε υπόψη τα είδη και τα είδη των μετάλλων, τότε δεν μπορούμε να πούμε για την πλατίνα, που ανακαλύφθηκε το 1952 από έναν Σουηδό χημικό. Αυτό είναι ένα αρκετά σπάνιο υλικό και βρίσκεται στη φύση μόνο σε συνδυασμό με κράματα με άλλα μέταλλα. Η διαδικασία εξόρυξης είναι εξαιρετικά επίπονη και απαιτεί μεγάλες επενδύσεις, αλλά αξίζει τον κόπο, γιατί κανένα γνωστό μέχρι σήμερα οξύ δεν επηρεάζει την πλατίνα. Όταν θερμαίνεται, δεν αλλάζει το χρώμα του και δεν οξειδώνεται.

Τύποι μη σιδηρούχων μετάλλων

Αυτή η ομάδα έχει τη μεγαλύτερη ζήτηση, καθώς τα περισσότερα από τα υλικά είναι πρώτες ύλες για την παραγωγή έλασης μετάλλου. Αν μιλάμε για το πεδίο εφαρμογής, τότε είναι αρκετά εκτεταμένο, είναι: μηχανολογία, μεταλλουργία, ραδιοηλεκτρονικά, υψηλή τεχνολογία κ.λπ. Σύμφωνα με τις φυσικές ιδιότητες, υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι μη σιδηρούχων μετάλλων:

• βαρύ (μόλυβδος, ψευδάργυρος, κασσίτερος, νικέλιο, κ.λπ.);
• ελαφρύ (αλουμίνιο, τιτάνιο, μαγνήσιο, κ.λπ.).

Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, υπάρχει μεταλλουργία ελαφρών και βαρέων μετάλλων. Δεν είναι μυστικό ότι από αυτήν την ομάδα μπορεί να κατασκευαστεί απολύτως οποιαδήποτε τεχνική. Σημειώστε ότι για το χρώμαπεριλαμβάνει όλους τους τύπους κραμάτων μετάλλων, εκτός από το σίδηρο. Τώρα ας προχωρήσουμε.

Κύριοι τύποι βαρέων μετάλλων

Μέχρι σήμερα, υπάρχουν περίπου 40 ορισμοί της έννοιας αυτής της ομάδας υλικών. Ανάμεσα στα διακριτικά χαρακτηριστικά είναι ένα εντυπωσιακό ατομικό βάρος, συνήθως πάνω από 50. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ό,τι έρχεται μετά το βανάδιο (ανεξαρτήτως πυκνότητας) πρέπει να περιλαμβάνεται στη λίστα. Αν όμως χρησιμοποιηθεί άλλος ορισμός, τότε η καθοριστική παράμετρος μπορεί να είναι η πυκνότητα, η οποία θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από αυτή του σιδήρου (8 g/cm3). Σε αυτήν την περίπτωση, η λίστα θα περιλαμβάνει: μόλυβδο, υδράργυρο, χαλκό, αλλά ο κασσίτερος θα βρίσκεται πίσω από τη λίστα. Σήμερα, το ζήτημα της περιβαλλοντικής ρύπανσης από αυτήν την ομάδα είναι εξαιρετικά οξύ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι πολλά μέταλλα χρησιμοποιούνται στη βαριά βιομηχανία και καταλήγουν στον ωκεανό μαζί με τα λύματα. Το κύριο πρόβλημα είναι η υψηλή τοξικότητα του υδραργύρου, του μολύβδου, του καδμίου. Επιπλέον, ορισμένοι τύποι βαρέων μετάλλων τείνουν να συσσωρεύονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Έτσι, λόγω δηλητηρίασης από υδράργυρο το 1977, υπήρξαν περισσότερα από 2300 θύματα.

Υδράργυρος, μόλυβδος και κάδμιο

Αυτά είναι τα πιο επικίνδυνα βαρέα μη σιδηρούχα μέταλλα. Είναι οι κύριοι περιβαλλοντικοί ρύποι. Ο υδράργυρος είναι ένα εξαιρετικά τοξικό μέταλλο για τον άνθρωπο, εισέρχεται στον ωκεανό μέσω της ατμόσφαιρας και με τα λύματα. Όταν καίγεται άνθρακας σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, οι ενώσεις υδραργύρου απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα και στη συνέχεια πέφτουν στον ωκεανό ως κατακρήμνιση. Επιπλέον, πολλά γλυκά νερά και θαλάσσια ζωή συσσωρεύονται σε αυτάσημαντική ποσότητα υδραργύρου στο σώμα, η οποία πολλές φορές οδήγησε σε ανθρώπινη δηλητηρίαση, ακόμη και θάνατο.

Το κάδμιο είναι ένα διασκορπισμένο και αρκετά σπάνιο στοιχείο που εισέρχεται στον ωκεανό μαζί με τα λύματα από βιομηχανίες μεταλλουργίας και επεξεργασίας μεταλλευμάτων. Πρέπει να σημειωθεί ότι το κάδμιο υπάρχει στον ανθρώπινο οργανισμό, αλλά είναι πολύ μικρό. Σε χρόνια δηλητηρίαση, τα οστά καταστρέφονται και αρχίζει η αναιμία. Όσο για τον μόλυβδο, αυτό το μέταλλο σε διασκορπισμένη κατάσταση βρίσκεται σχεδόν παντού. Τέτοιοι τύποι μετάλλων, οι φωτογραφίες των οποίων δώσαμε παραπάνω, αποβάλλονται από τον οργανισμό, αλλά μάλλον αργά, οπότε η περίσσεια τους προκαλεί σοβαρά προβλήματα υγείας. Μαζί με την ηπειρωτική σκόνη, περίπου 25.000 τόνοι μολύβδου εισέρχονται στον ωκεανό μαζί με τη βροχόπτωση.

Σημείωση

Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχει μια ποικιλία τύπων και ιδιοτήτων των μετάλλων. Κάτι δεν είναι καθόλου επικίνδυνο και κάθε μέρα φοράμε έναν ασημένιο σταυρό και ένα χρυσό δαχτυλίδι στο χέρι μας. Οι ραδιενεργές ουσίες μπορούν να σκοτώσουν έναν άνθρωπο, έτσι οι περιβαλλοντολόγοι σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να λύσουν εν μέρει το ζήτημα της απελευθέρωσης επικίνδυνων μετάλλων στον ωκεανό και την ατμόσφαιρα. Φυσικά, είναι πολύ δύσκολο να λυθούν τέτοια προβλήματα, ειδικά αν σκεφτεί κανείς ότι οι περισσότεροι επιχειρηματίες δεν έρχονται καθόλου σε επαφή. Ωστόσο, μην ξεχνάτε ότι χωρίς αγωγούς, που αποτελούνται επίσης από μέταλλο, τα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι αδύνατα και χωρίς σίδερο δεν θα υπάρχουν αυτοκίνητα και άλλα γνωστά σε εμάς.

Δεν έχουμε θίξει την ομάδα των λεγόμενων ραδιενεργών μετάλλων του περιοδικού πίνακα του Μεντελέγεφ. Εδώπεριλαμβάνουν: τεχνήτιο, πολώνιο, προμέθιο κ.λπ. Ο κύριος σκοπός είναι η χρήση σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και όπλα, γεγονός που τα καθιστά πολύ επικίνδυνα.

Συμπέρασμα

Πρέπει να έχετε παρατηρήσει ότι υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη μετάλλων. Στη φύση, τα περισσότερα από αυτά υπάρχουν με τη μορφή μεταλλευμάτων και σχηματίζουν διάφορα σουλφίδια, ανθρακικά και άλλες χημικές ενώσεις. Για την απόκτηση καθαρών μετάλλων και την περαιτέρω χρήση τους χρησιμοποιούνται σύγχρονες τεχνολογικές γραμμές καθαρισμού και εμπλουτισμού. Σίγουρα θα σας ενδιαφέρει να μάθετε ότι το ανθρώπινο σώμα περιέχει επίσης μια μικρή ποσότητα μεταλλικών ενώσεων - περίπου 3%. Έτσι, έχουμε ασβέστιο στα οστά, σίδηρο στο αίμα, μαγνήσιο συσσωρεύεται συνεχώς στους μύες και υπάρχει χαλκός στο συκώτι.

Λοιπόν, αυτό, καταρχήν, είναι το μόνο που μπορεί να ειπωθεί για τους τύπους κραμάτων μετάλλων που υπάρχουν. Παρά το γεγονός ότι αυτό είναι ένα αρκετά περίπλοκο θέμα, μπορεί να ενδιαφέρει όσους αγαπούν τη μεταλλουργία.