Метали
Металите се меѓу главните природни материјали што ги користи човештвото.
металургија -една од основните индустрии кои го одредуваат економскиот и воениот потенцијал на земјата. Се создаваат нови легури со одредени својства, а како адитиви се користат разни метали.
Околу 80% од сите познати хемиски елементи на PSE се метали. Најзастапени метали се: Al – 8,8%; Fe – 4,0%; Ca – 3,6%; Na – 2,64%; К – 2,6%; Mg – 2,1%; Ti – 0,64%.
Металите се карактеризираат со свои специфични својства што ги разликуваат од металоидите: пластичност, висока топлинска и електрична спроводливост, цврстина, за повеќето метали висока точка на топење и вриење, метален сјај.
Пластичностсе нарекува способност на металите под влијание надворешни силипретрпуваат деформација, која останува и по завршувањето на ова дејство. Поради нивната пластичност, металите се предмет на ковање, тркалање и печат. Металите имаат различна еластичност.
Металик сјај.Мазната површина на металите се рефлектира светлосни зраци. Колку помалку ги апсорбира овие зраци, толку е поголем металниот сјај. Според нивниот сјај, металите можат да се подредат во следниот ред: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.
Производството на огледала се заснова на ова својство на металите.
Металите се карактеризираат и со високи топлинска и електрична спроводливост. Во однос на електричната спроводливост, првото место го заземаат Ag, Cu, Al.
Електричната спроводливост се намалува со зголемување на температурата, како што се засилува осцилаторно движењејони во јазлите на кристалната решетка, што го спречува насоченото движење на електроните.
Електричната спроводливост се зголемува со намалување на температуратаи во регионот блиску до апсолутната нула, многу метали покажуваат суперспроводливост.
Причината за заедничките физички и хемиски својства на металите се објаснува со заедничката структура на нивните атоми и природата на кристалните решетки на металите.
Атомите на метал се поголеми по големина во споредба со неметалите. Надворешните електрони на металните атоми се значително отстранети од јадрото и се слабо врзани за него, затоа металите имаат ниски потенцијали за јонизација (тие се редукциони агенси).
Специфичните својства на металите - пластичност, топлинска и електрична спроводливост, сјај - се објаснуваат со фактот дека металите содржат „слободни“ електрони кои можат да се движат низ кристалот.
Металите се карактеризираат со метална врска (тоа е објаснето врз основа на методот MO).
Физички својства на металите.
Сите метали, со исклучок на живата, на обични температури се цврсти материи со карактеристичен метален сјај.
Повеќето метали се во боја од темно сива до сребрено бела. Златото и цезиумот се жолти, целосно чистиот бакар е светло розев, некои метали имаат црвеникава нијанса (бизмут).
Густината на металите може многу да варира; на пример, густината на Li = 0,53 g/cm3 (најлесниот), а Os е најтешкиот метал 22,48 g/cm3.
Во една подгрупа на аналози, вредностите на густината, по правило, се зголемуваат со зголемување на полнењето на атомското јадро.
Во технологијата, металите се класифицираат според густината: лесни, тешки, топливи и огноотпорни.
Да се биде во природа.
Во природата, металите се наоѓаат и во матична состојба и во форма на различни соединенија. Само хемиски ниско-активни метали - Pt, Ag, Au - се наоѓаат во матичната состојба. Хемиски активните метали се наоѓаат само во форма на различни соединенија - руда
Рудите се:оксид, сулфид и соли.
Рудата прво се збогатува, односно се одвојува од отпадната карпа. Најчестиот метод е флотација, се заснова на различната влажност на површината на минералите со вода.
Методите за вадење минерали од руди се определуваат со нивните хемиски состав. Сите методи за производство на метали се сведуваат на реакции на оксидација-редукција.
Карботермија.Во овој метод на производство на метали, редукционото средство е јаглеродот - најевтин и најпристапен. Јаглеродот се користи во форма на кокс, а оксидираниот јаглерод лесно се отстранува како CO2.
Јаглеродот се користи за намалување на релативно ниско-активни метали: Fe, Cu, Zn, Pb.
Кога јаглеродот редуцира мешавина од железна руда со Cr, Mo, W или Mn оксиди, индустријата произведува легури кои содржат приближно 70% од овие метали и многу мала количина на јаглерод. Тоа се феролегури, кои се користат за производство на специјални легирани челици. Само оксидите се погодни за редукција со јаглерод.
Сулфидните руди (цинк, олово, бакар) прво се подложени на оксидативно калцинирање:
2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2
Li, Ca, Ba, како и металите од групата III, не можат да се добијат со редукција со јаглерод, бидејќи тие веднаш формираат карбиди по изолацијата во слободна состојба со вишок јаглерод.
Металотермија.Се заснова на процесите на поместување на еден метал (помалку активен) со друг (поактивен) од соодветните оксиди, хлориди, сулфиди.
Алуминиумот е многу добар редуктор на металните оксиди поради неговиот висок афинитет за кислород. Процесот се нарекува алуминотермија.
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
Алуминотермијата произведува и други метали (Mn, Cr, Ti), кои не можат да се добијат во чиста формаредукција на нивните оксиди со јаглен поради формирање на карбиди. При алуминиотермичка реакција, за многу кратко време се ослободува голема количина на топлина, што резултира со високи температури.
Електролитичка или катодна редукција на металите.За метали кои тешко се намалуваат, јагленот е несоодветен како редукционен агенс, во овој случај се користи катодна редукција, односно сепарација со електролиза. Таквите метали можат да се оксидираат со вода, така што нивните соединенија се подложени на електролиза не во водени раствори, туку во топи или раствори на други растворувачи.
На пример, металните Na, K, Ba, Ca, Mg, Be се добиваат со електролиза на топење на соодветните хлориди.
Добивање метали со висока чистота.
Поради брзиот развој на технологијата, беа потребни метали со многу висока чистота. На пример, за сигурна работа на нуклеарен реактор, неопходно е нечистотиите како што се бор, кадмиум итн., да бидат содржани во фисилни материјали во количини што не надминуваат милионити проценти од процентот. Чистиот циркониум, еден од најдобрите структурни материјали за нуклеарни реактори, станува целосно несоодветен за оваа намена ако содржи дури и незначителна мешавина на хафниум.
Дестилација во вакуум.Овој метод се заснова на различната испарливост на металот што се прочистува и нечистотиите присутни во него. Изворниот метал се вчитува во посебен сад поврзан со вакуум пумпа и се создава вакуум во садот, по што Долниот делсадот се загрева. На студените делови од садот се таложат или нечистотии или чист метал, кој и да е поиспарлив.
Термичко распаѓање.
1. Процес на карбонил.Овој процес се користи главно за добивање чист никел и чисто железо. Металот што содржи нечистотии се загрева во присуство на CO (јаглерод моноксид) и добиениот испарлив карбонил се дестилира од неиспарливи нечистотии. Карбонилите потоа се распаѓаат на повисоки температури за да формираат метали со висока чистота.
2. Процес на јодовозможува да се добијат метали како циркониум и титаниум.
3. Метално чистење(обично содржи оксид како нечистотии) во вакуум додека се загрева на многу висока температура со помош на електричен лак.
Зонско топење.Овој метод се состои од извлекување на блок од сурова Германија низ тесна печка; Стопената зона што се формира во овој случај, додека шипката се движи низ неа, се движи по неа и ги носи нечистотиите.
Со повеќекратно повторување на овој процес, може да се постигне висок степен на чистота.
Хемиски својства на металите.
Металите немаат способност да прикачуваат електрони, затоа металите се редуцирачки агенси. Мерка за хемиската активност на металите е енергијата на јонизација Ј.
Металните оксидатори можат да бидат: елементарни материи, киселини, соли на помалку активни метали итн.
1. Интеракција со елементарни супстанции.
2. Интеракција со киселини:
а) Оксидирачко средство - јон H+ (HCl, H2SO4 (разреден), итн.);
б) Оксидирачки киселински анјон (таквите киселини вклучуваат HNO3 и H2SO4 (конц.);
в) Интеракција со вода;
г) Интеракција со алкалии;
д) Интеракција со солени раствори.
Метални оксиди
Сите атоми на кислород се директно поврзани со атоми на метал и не се поврзани еден со друг: Me * O2.
Класификација на метални оксиди
Основно -оксиди на најактивните метали (s - елементи од групите I и II) – јонска врска: Na2O, K2O, CaO, MgO итн.
Нивните својства: а) комуницираат со киселини; б) со киселински оксиди; в) со вода.
Амфотерични оксиди(помалку активни метали и d-елементи): Al2O3, ZnO, Cr2O3 итн.
Нивните својства: а) интеракција со киселини; б) интеракција со алкалии.
Кисела -оксид на ниско-активни метали во повисоки степениоксидација (CrO3, Mn2O7, итн.). Нивните својства: а) интеракција со вода, формирајќи киселини; б) интеракција со бази (алкали).
Природата на промените во својствата на оксидите
Во еден период доаѓа до слабеење на основните својства преку амфотерични и зголемување на киселите од лево кон десно.
Во група, истиот елемент ја покажува истата промена во својствата.
Добивање оксиди.
1. Директна оксидација на метали - согорување.
Ca + O = CaO
4Na + O2 = 2Na2O
2. Оксидација на сулфиди.
ZnS + O2 = ZnO + SO2
3. Оксидација на други елементи со оксиди, ако топлината на формирање на добиениот оксид е поголема од топлината на формирањето на првобитниот (металотермија).
Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q
4. Дехидрација на соодветните хидроксиди.
Al(OH)3 Al2O3 + H2O
5. Термичко разложување на карбонати, нитрати, сулфати и други соли.
CaCO3 CaO + CO2
Метални хидроксиди.
Класификација: основна, амфотерна, кисела (што одговара на оксиди).
Природата на промените во својствата во природата е слична на оксидите.
Страница 2
Железото, бакарот и алуминиумот имаат карактеристичен метален сјај.
При проучување на цврсти материи кои немаат карактеристичен метален сјај, забележуваме дека нивната електрична спроводливост е многу мала. Тие вклучуваат супстанции што ги нарекуваме јонски - натриум хлорид, калциум хлорид, сребро нитрат и сребро хлорид, како и молекуларни кристали како што е мразот. Мразот прикажан на сл. 5 - 3, се состои од истите молекули што постојат во гасната фаза, но редоследот се наоѓа во кристалната решетка. Овие лоши водичи електрична струјасе многу различни од металите во речиси сите својства. Така, електричната спроводливост може да се користи за класификација на супстанции, што е едно од најоправданите.
Металите се едноставни кристални материи кои имаат карактеристичен метален сјај, добро спроведуваат топлина и електрична струја и се способни да ја менуваат својата форма под влијание на надворешни сили и да ја задржат по отстранувањето на товарот без никакви знаци на уништување. Од вкупниот број на хемиски елементи во моментов познати, осумдесет елементи се класифицирани како метали. Најчесто во земјината кораметали во форма на хемиски соединенија се алуминиум, железо, магнезиум, калиум, натриум и калциум. Чистите метали имаат ограничена употреба во технологијата, бидејќи се исклучително ретки по природа, а нивното добивање од хемиски соединенија (руди) е поврзано со големи тешкотии.
Како резултат на водородна корозија, челичната површина го губи својот карактеристичен метален сјај и станува досадна.
Полимерите се ситно дисперзирани обоени прашоци со карактеристичен метален сјај, растворливи само во концентрирана сулфурна киселина.
Сите d-елементи се метали со карактеристичен метален сјај. Во споредба со с-метали, нивната сила е многу поголема.
Нерастворениот јод формира јасно видлив филм со карактеристичен метален сјај (лебди на површината на растворот) или се собира на дното на колбата во форма на црни честички. Бидејќи растворот на јод е обоен со интензивно црвено и речиси не е транспарентен, мора да се испита многу внимателно, држејќи ја колбата на силна светлина. електрична светилкависи на таванот. За да го направите ова, треба да застанете под светилката, држејќи ја колбата за вратот во навалена положба помеѓу светилката и вашето лице и обидете се да ја видите светлата слика на светилката во неа. На таква позадина, јасно се видливи нерастворени кристали на јод. Тогаш кристалите на двете супстанци ќе се соберат на едно место и ќе се создаде зона околу кристалите на јод концентриран растворКЈ, во кој јодот брзо ќе се раствори.
Сите алкални метали- супстанции сребро- бело, со карактеристичен метален сјај, добра електрична и топлинска спроводливост, ниски точки на топење и релативно ниски точки на вриење, мала густина и голем волумен на атоми. Во состојба на пареа, нивните молекули се монатомски; јоните се безбојни.
По изглед, тие се темно виолетови, речиси црни кристали со карактеристичен метален сјај. Добро се раствора во вода. Калиум перманганат е еден од силните оксидирачки агенси, кој ги одредува неговите својства за дезинфекција.
Металите (од латински metallum - рудник, мој) се група елементи во форма на едноставни материи со карактеристични метални својства, како што се висока топлинска и електрична спроводливост, позитивен температурен коефициент на отпор, висока еластичност и метален сјај.
Од 118 хемиски елементи откриени во овој момент(не сите од нив се официјално признати), металите вклучуваат:
- 6 елементи во групата на алкални метали,
- 6 во групата на земноалкални метали,
- 38 во групата на преодни метали,
- 11 во групата на лесни метали,
- 7 во групата на полуметали,
- 14 во групата лантаниди + лантан,
- 14 во групата актиниди (физичките својства на сите елементи не се проучени) + актиниум,
- надвор одредени групиберилиум и магнезиум.
Така, 96 од сите откриени елементи може да бидат метали.
Во астрофизиката терминот „метал“ може да има поинакво значење и да значи се хемиски елементипотешки од хелиум
Карактеристични својства на металите
- Метален сјај (карактеристичен не само за металите: го имаат и неметалите јод и јаглерод во форма на графит)
- Добра електрична спроводливост
- Можност за лесна обработка
- Висока густина (обично металите се потешки од неметалите)
- Висока точка на топење (исклучоци: жива, галиум и алкални метали)
- Голема топлинска спроводливост
- Тие се најчесто редуцирачки агенси во реакциите.
Физички својства на металите
Сите метали (освен жива и, условно, Франција) во нормални услови се во цврста состојба, сепак, тие имаат различна цврстина. Подолу е тврдоста на некои метали на скалата Мохс.
Точки на топењечистите метали се движат од -39 °C (жива) до 3410 °C (волфрам). Повеќето метали (освен алкалите) имаат висока точка на топење, но некои „нормални“ метали, како што се калај и олово, може да се стопат на обичен електричен или шпорет на гас.
Во зависност од густина, металите се делат на лесни (густина 0,53 ÷ 5 g/cm³) и тешки (5 ÷ 22,5 g/cm³). Најлесниот метал е литиумот (густина 0,53 g/cm³). Во моментов е невозможно да се именува најтешкиот метал, бидејќи густината на осмиумот и иридиумот - двата најтешки метали - се речиси еднакви (околу 22,6 g/cm³ - точно двапати поголема од густината на оловото), а пресметувањето на нивната точна густина е исклучително тешко: за ова ви треба целосно чистење на металите, бидејќи сите нечистотии ја намалуваат нивната густина.
Повеќето метали пластика, односно металната жица може да се свитка без да се скрши. Ова се случува поради поместување на слоевите метални атоми без да се прекине врската меѓу нив. Најмногу еластични се златото, среброто и бакарот. Од злато може да се направи фолија со дебелина од 0,003 mm, која се користи за позлата на производите. Сепак, не сите метали се еластични. Жица направена од цинк или калај притиснува кога е свиткана; Кога се деформирани, манганот и бизмутот речиси воопшто не се наведнуваат, но веднаш се кршат. Пластичноста зависи и од чистотата на металот; Така, многу чистиот хром е многу еластичен, но, контаминиран со дури и мали нечистотии, станува кршлив и потврд. Некои метали како злато, сребро, олово, алуминиум, осмиум можат да растат заедно, но тоа може да трае со децении.
Сите метали се добри спроведе електрична струја;ова се должи на присуството во нивните кристални решетки на мобилни електрони кои се движат под влијание на електрично поле. Среброто, бакарот и алуминиумот имаат најголема електрична спроводливост; поради оваа причина, последните два метали најчесто се користат како жичани материјали. Натриумот, исто така, има многу висока електрична спроводливост; во експерименталната опрема, познати се обидите да се користат натриумови проводници во форма на тенкоѕидни цевки од нерѓосувачки челик исполнети со натриум. Благодарение на малку специфична гравитацијанатриум, со еднаков отпор, натриумовите „жици“ се многу полесни од бакар, па дури и малку полесни од алуминиум.
Високата топлинска спроводливост на металите зависи и од подвижноста на слободните електрони. Затоа, серијата топлинска спроводливост е слична на серијата електрични спроводливости, а најдобар спроводник на топлина, како и електрична енергија, е среброто. Натриумот се користи и како добар спроводник на топлина; нашироко позната, на пример, употребата на натриум во вентилите автомобилски моторида се подобри нивното ладење.
БојаПовеќето метали се приближно исти - светло сива со синкава нијанса. Златото, бакарот и цезиумот се жолти, црвени и светло жолти, соодветно.
Хемиски својства на металите
Од надвор електронско нивоПовеќето метали имаат мал број електрони (1-3), така што во повеќето реакции тие дејствуваат како редукциони средства (односно, тие ги „донираат“ своите електрони).
Реакции со едноставни материи
- Сите метали освен златото и платината реагираат со кислород. Реакцијата со среброто се јавува на високи температури, но оксидот на среброто (II) практично не се формира, бидејќи е термички нестабилен. Во зависност од металот, излезот може да вклучува оксиди, пероксиди и супероксиди:
литиум оксид
натриум пероксид
калиум супероксид
За да се добие оксид од пероксид, пероксидот се намалува со метал:
Кај средно-активни метали, реакцијата се јавува кога се загрева:
- Само најактивните метали реагираат со азот, кога собна температураСамо литиумот реагира, формирајќи нитриди:
Кога се загрева:
- Сите метали освен златото и платината реагираат со сулфур:
Железото реагира со сулфур кога се загрева, формирајќи сулфид:
- Само најактивните метали, односно металите од групите IA и IIA освен Be, реагираат со водород. Реакциите се случуваат кога се загреваат и се формираат хидриди. Во реакциите, металот делува како редукционо средство, оксидационата состојба на водородот е -1:
- Само најактивните метали реагираат со јаглерод. Во овој случај, се формираат ацетилениди или метаниди. Кога реагираат со вода, ацетиленидите даваат ацетилен, метанидите даваат метан.
Во процесот на производство на производи со употреба на уметничка обработка на метали, се користат и благородни и основни метали и нивните легури. Благородните метали вклучуваат злато, сребро, платина и метали од платина: паладиум, рутениум, иридиум, осмиум, а нескапоцените метали вклучуваат црни метали - челик, леано железо - и обоени метали - бакар, месинг, бронза, алуминиум, магнезиум , купроникел, никел сребро, никел, цинк, олово, калај, титаниум, тантал, ниобиум. Кадмиум, жива, антимон, бизмут, арсен, кобалт, хром, волфрам, молибден, манган, ванадиум исто така се користат во форма на мали адитиви за промена на својствата на легурите или како облоги.
Алуминиум.Овој мек сребрено-бел метал лесно се тркала, растегнува и сече. За да се зголеми јачината, силикон, бакар, магнезиум, цинк, никел, манган и хром се додаваат во легурите на алуминиум. Од алуминиумски легуриТие произведуваат лиени архитектонски делови и скулптури, како и накит.
Бронза.Тоа е легура на бакар со цинк, калај и олово. Се произведуваат и бронзи без калај. Во историјата на човештвото цела ерасе нарекува бронзено доба, кога луѓето, откако научиле да топат бронза, правеле предмети за домаќинството, оружје, банкноти (монети) и накит од неа. Во моментов, од бронза се изработени споменици, монументални скулптури, како и предмети за внатрешна декорација за театри, музеи, палати и лоби на подземните метро.
Злато.Од античко време до денес, златото е најчестиот метал за изработка на накит, садови и внатрешна декорација. Широко се користи за позлата на црни и обоени метали, како и за подготовка на лемови. Златото во својата чиста форма е прекрасен жолт метал. Легурите на злато можат да бидат бели, црвени, зелени или црни. Златото е многу вискозен, еластичен и податлив метал. Легурите на злато се лесни за сечење, мелење и полирање. Златото не е предмет на оксидација. Се раствора само во селенска киселина и аква регија - мешавина од концентрирани киселини: еден дел азотна и три дела хлороводородна.
Иридиум.Овој метал по изглед наликува на калај, но се разликува од него по неговата висока цврстина и кршливост. Иридиумот добро полира, но тешко се обработува. Не е под влијание на алкали, киселини или нивни мешавини. Иридиумот се користи во накит.
Месинг.Ова е легура на бакар и цинк, која се користи за изработка на садови и внатрешна декорација (бркање), како и различен накит, често позлатен или позлатен. Месингот може успешно да се обработи со сечење, лесно лемење, валани, жигосани, ковани, никелирани, сребрени, позлатени, оксидирани, „во споредба со чист бакар, тие се потрајни и потврди, многу поевтини и поелегантни во боја Месинг со мала содржина на цинк (од 3 до 20%), наречен томбак, има црвено-жолта боја.
Магнезиум.Овој метал е четири пати полесен од бронзата. Легурите кои се состојат од магнезиум, алуминиум, манган, цинк, како и бакар и кадмиум, се користат во Во последно времеза производство на предмети за внатрешна декорација на индустриски капацитети.
Бакар.Тоа е мек, исклучително еластичен и цврст метал, лесно подложен на обработка под притисок: цртање, тркалање, печат, втиснување. Бакарот може добро да се меле и полира, но брзо го губи својот сјај; тешко е да се остри, дупчат, мелат. Чист или црвен бакар се користи за изработка на филигрански накит и предмети за внатрешна декорација - кованица. Бакарот се користи за подготовка на лемови (бакар, сребро, злато), а исто така и како додаток на разни легури.
Никел.Бел, високо сјаен метал, хемиски отпорен, огноотпорен, издржлив и еластичен; Не се наоѓа во чиста форма во земјината кора. Никелот се користи главно за украсно и заштитно обложување на садови и накит и легури на база на никел (никел сребро и никел сребро), кои имаат доволна отпорност на корозија, цврстина, еластичност и способност лесно да се тркалаат, коваат, печат и полираат, се користат за изработка на предмети за поставување маса и внатрешна декорација, како и за накит.
Ниобиум.Многу слично на тантал. Отпорен на киселини: не е под влијание на аква регија, хлороводородна, сулфурна, азотна, фосфорна, перхлорна киселина. Ниобиумот се раствора само во флуороводородна киселинаи неговите мешавини со азотна киселина. Од неодамна почна да се користи во странство за изработка на накит.
Калај.Во античко време, монетите се ковале од калај и се правеле садови. Овој мек и еластичен метал е потемна по боја од среброто и е супериорен во цврстина во однос на оловото. Во накитот, се користи за подготовка на лемови и како компонента на легури на обоени метали, а неодамна, дополнително, за производство на накит и предмети за внатрешна декорација.
Осмиум.Тоа е сјаен, синкаво-сив метал кој е многу тврд и тежок. Осмиумот не се раствора во киселините и нивните мешавини. Се користи во легури со платина.
Паладиум.Овој цврст, еластичен метал може лесно да се кова и валани. Паладиумот има потемна боја од среброто, но посветол од платината. Се раствора во азотна киселинаи кралска вотка. Паладиумот се користи за изработка на накит, а се користи и како додаток во легури со злато, сребро и платина.
Платина.Платинумот се користи за изработка на накит и како украсен слој. Пластичност, цврстина, отпорност на абење, игра на бои - ова се својствата на платината кои толку многу ги привлекуваат накитувачите. Платината е сјаен, бел метал, многу податлив и се раствора со голема тешкотија дури и при вриење на аква регија - мешавина од три дела азотна и пет дела хлороводородна киселина. Во природата, платината се наоѓа со примеси на паладиум, рутениум, родиум, иридиум и осмиум.
Родиум.Прилично тврд, но кршлив метал, сличен по боја на алуминиум. Родиумот не се раствора во киселините и нивните мешавини. Родиумот се користи за украсно обложување на накит.
Рутениум.Метал кој изгледа речиси не се разликува од платината, но е покршлив и тврд. Се користи во легура со платина.
Олово.Многу мек и цврст метал, лесно валани, печат, притиснат и добро излеан. Оловото е познато уште од античко време и нашироко се користело за изработка на скулптури и украсни архитектонски детали. Во накитот, оловото се користи за подготовка на лемови и како компонента во легурите.
Сребрена.Овој метал е многу широко користен за изработка на садови и внатрешна декорација, разни накит, а се користи и за подготовка на лемови, како украсна облога и легура во легури на злато, платина и паладиум. Среброто има висока еластичност и податливост; може добро да се сече, полира и валани. Потврд е од златото, но помек од бакар, растворлив само во азотни и жешки сулфурни киселини.
Челик.Челикот се произведува со повторно топење на свинско железо (бело леано железо). Во производството на уметнички производи се користи нерѓосувачки челик и темно обоен сино челик (специјално обработен). Нерѓосувачкиот челик се користи за правење садови и украси за внатрешни работи, а од неодамна и за накит; синиот челик се користи за изработка на накит. За да им дадат поелегантен изглед на производите од нерѓосувачки челик, тие се позлатени или позлатени.
Тантал.Металот има сива боја со малку оловна нијанса, втор само по волфрам во однос на огноотпорност. Се карактеризира со еластичност, цврстина, добра заварливост и отпорност на корозија. Компании за накит Западните земјитантал се користи за правење одделни видовинакит.
Титаниум.Тоа е сјаен метал со сребрена боја кој лесно може да се направи разни видовиобработка: може да се дупчи, изостри, мелење, мелење, лемење, лепење. Отпорноста на корозија на титаниум е споредлива со благородни метали. Има висока јачина, има мала густина, е прилично лесно. Неодамна, во странски земји, широк спектар на различни видови накит е направен од титаниум.
Цинк.Тоа е сиво-бел метал со синкава нијанса. Првите уметнички производи направени од цинк - декоративни скулптури, барелефи - се појавија во 18 век. ВО крајот на XIXСо векови, свеќниците, таблите за маса, канделабрите и украсните скулптури биле направени од цинк со уметничко лиење, кои често биле обоени во бронза или позлатени. Во накитот, цинкот се користи за подготовка на лемови, а исто така и како една од компонентите во различни легури.
Леано железо.Постои следните типовилеано железо: леарница (сива), сурово железо (бело) и специјално. За производство на уметнички производи се користи само леарница или сиво леано железо. Сивото леано железо е главниот материјал за уметничко лиење. Од него се лиени вазни и мали скулптури, ковчези и кутии, пепелници и свеќници, градинарски предмети и многу други производи.
Општи информации за металите
Знаете дека повеќето хемиски елементи се класифицирани како метали - 92 од 114 познати елементи.
Металите се хемиски елементи чии атоми се откажуваат од електроните од надворешниот (а некои од надворешниот) електронски слој, станувајќи позитивни јони.
Ова својство на металните атоми, како што знаете, се определува со фактот дека тие имаат релативно големи радиусии мал број електрони (најчесто од 1 до 3) во надворешниот слој.
Единствените исклучоци се 6 метали: атомите на германиум, калај и олово на надворешниот слој имаат 4 електрони, атомите на антимон и бизмут имаат 5, атомите на полониум имаат 6.
Металните атоми се карактеризираат со мали вредности на електронегативност (од 0,7 до 1,9) и исклучиво ресторативни својства, односно способност за донирање електрони.
Тоа веќе го знаете во Периодичен системхемиски елементи на Д.И. Менделеев, металите се наоѓаат под дијагоналата бор-астатин, а јас сум и над него во секундарни подгрупи. Во периоди и подгрупи од глина, шемите што ви се познати се применуваат на промените во металните, а со тоа и на намалувачките својства на атомите на елементите.
Хемиските елементи лоцирани во близина на дијагоналата бор-астатин имаат двојни својства: во некои од нивните соединенија тие се однесуваат како метали, во други покажуваат својства на неметал.
Во страничните подгрупи, намалувачките својства на металите се зголемуваат сериски бројнајчесто се намалуваат. Споредете ја активноста на металите од групата I од секундарната подгрупа која ви е позната: Cu, Ag, Au; Група II од секундарната подгрупа - и ќе се уверите сами.
Ова може да се објасни со фактот дека силата на врската помеѓу валентните електрони и јадрото на атомите на овие метали е во голема мера под влијание на големината на нуклеарното полнење, наместо од радиусот на атомот. Јадреното полнење значително се зголемува, а привлечноста на електроните кон јадрото се зголемува. Во овој случај, иако атомскиот радиус се зголемува, тој не е толку значаен како за металите од главните подгрупи.
Едноставните супстанции формирани од хемиски елементи - метали и сложените супстанции што содржат метал играат витална улога во минералниот и органскиот „живот“ на Земјата. Доволно е да се запамети дека атомите (ниедно) на металните елементи се составен делсоединенија кои го одредуваат метаболизмот во телото на луѓето, животните и растенијата. На пример, 76 елементи се пронајдени во човечката крв и само 14 од нив не се метали. Во човечкото тело, некои метални елементи (калциум, калиум, натриум, магнезиум) се присутни во големи количини, односно се макроелементи. И метали како што се хром, манган, железо, кобалт, бакар, цинк, молибден се присутни во мали количини, односно тоа се елементи во трагови. Ако некое лице тежи 70 кг, тогаш неговото тело содржи (во грамови): калциум - 1700, калиум - 250, натриум - 70, магнезиум - 42, железо - 5. цинк - 3. Сите метали се исклучително важни, се јавуваат здравствени проблеми и со нивниот недостаток, и со нивниот вишок.
На пример, натриумовите јони ја регулираат содржината на вода во телото и преносот на нервните импулси. Неговиот недостаток доведува до главоболки, слабост, слаба меморија, губење на апетит, а вишокот доведува до зголемен крвен притисок, хипертензија и срцеви заболувања. Експертите за исхрана препорачуваат консумирање не повеќе од 5 g (1 лажичка) кујнска сол (NaCl) по возрасен дневно. Ефектот на металите врз состојбата на животните и растенијата може да се најде во Табела 16.
Едноставни материи - метали
Развојот на производството на метали (едноставни супстанции) и легури беше поврзан со појавата на цивилизацијата (“ бронзеното доба“, железно време).
Започна пред околу 100 години научна и технолошка револуција, што влијаеше и на индустријата и социјалната сфера, исто така е тесно поврзана со производството на метали. Врз основа на волфрам, молибден, титаниум и други метали, тие почнаа да создаваат отпорни на корозија, супер-тврди, огноотпорни легури, чија употреба значително ги прошири можностите на машинското инженерство. Во нуклеарната и вселенската технологија, легурите на волфрам и рениум се користат за производство на делови кои работат на температури до 3000 ºС. Во медицината се користат хируршки инструменти изработени од легури на тантал и платина и уникатна керамика базирана на титаниум и циркониум оксиди.
И, се разбира, не смееме да заборавиме дека повеќето легури го користат долго познатото метално железо (слика 37), а основата на многу лесни легури се релативно „младите“ метали: алуминиум и магнезиум.
Супернови станаа композитни материјали, што претставува, на пример, полимер или керамика, кои внатре (како бетон со железни прачки) се зајакнати со метални влакна, кои можат да бидат направени од волфрам, молибден, челик и други метали и легури - се зависи од целта и својствата од материјалот неопходен за да се постигне тоа.
Веќе имате идеја за природата на хемиските врски во металните кристали. Да го искористиме примерот на еден од нив - натриум - за да видиме како се формира.
Слика 38 покажува дијаграм на кристалната решетка од натриум метал. Во него, секој атом на натриум е опкружен со осум соседни. Атомите на натриум, како и сите метали, имаат многу празни валентни орбитали и малку валентни електрони.
Единствениот валентен електрон на атомот на натриум 3s 1 може да заземе која било од деветте слободни орбитали, бидејќи тие не се разликуваат многу во нивото на енергија. Кога атомите се приближуваат еден кон друг, кога се формира кристалната решетка, валентните орбитали на соседните атоми се преклопуваат, поради што електроните не се движат слободно од една орбитала во друга, со што се воспоставува врска помеѓу сите атоми на металниот кристал.
Овој тип на хемиска врска се нарекува метална. Метална врска е формирана од елементи чии атоми на надворешниот слој имаат малку валентни електрони во споредба со голем бројнадворешни орбитали кои се енергетски блиски. Нивните валентни електрони слабо се држат во атомот. Електроните што ја вршат комуникацијата се социјализирани и се движат низ кристалната решетка на генерално неутралниот метал.
Супстанции со метална врскасвојствени метални кристални решетки, кои обично се прикажани шематски во тиково, како што е прикажано на сликата; јазлите содржат катјони и метални атоми. Социјализираните електрони електростатски привлекуваат метални катјони лоцирани во кристалната решетка, обезбедувајќи ја нејзината стабилност и сила (социјализираните електрони се прикажани како мали црни топчиња).
Метална врска е врска во метали и легури помеѓу атоми на метал лоцирани во јазлите на кристалната решетка, што се изведува со заеднички валентни електрони.
Некои метали се кристализираат во две или повеќе кристални форми. Ова својство на супстанциите - да постои во неколку кристални модификации - се нарекува полиморфизам. Полиморфизмот за едноставни материи ви е познат како алотропија.
Калајот има две кристални модификации:
алфа - стабилна под 13,2 ºС со густина p - 5,74 g/cm3. Ова е сив калај. Тоа има кристална решеткаТип Алмаав (нуклеарен):
betta - стабилна над 13,2 ºС со густина p - 6,55 g/cm3. Ова е бел калај.
Бел калај - многу мек метал. Кога се лади под 13,2 ºС се распаѓа во сив прав, бидејќи за време на транзицијата |1 » n неговиот специфичен волумен значително се зголемува. Овој феномен се нарекува лимена чума. Секако, посебен видхемиските врски и видот на кристалната решетка на металите мора да ги одредат и објаснат нивните физички својства.
Што се тие? Тоа се метален сјај, пластичност, висока електрична и топлинска спроводливост, зголемување на електричниот отпор со зголемување на температурата, како и такви практично значајни својства, како што се густина, точки на топење и вриење, цврстина, магнетни својства.
Да се обидеме да ги објасниме причините што ги одредуваат основните физички својства на металите. Зошто металите се еластични?
Механички ефект врз кристал со метална кристална решетка предизвикува поместување на слоевите на јонски атоми релативно едни на други, бидејќи електроните се движат низ кристалот, не се јавува кршење на врската, затоа металите се карактеризираат со поголема пластичност.
Слично влијание врз солиднасо соседни врски (атомска кристална решетка) доведува до кинење ковалентни врски. Раскинувањето на врските во јонската решетка доведува до меѓусебно одбивање на јони со слично полнење (сл. 40). Затоа, супстанциите со атомски и јонски кристални решетки се кревки.
Најмногу еластични метали се Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Лесно се вовлекуваат во жица, може да се коваат, притиснат или виткаат во листови.На пример, златна фолија со дебелина од 0,008 nm може да се изработи од злато, а од 0,5 g од овој метал може да се извлече конец долг 1 km. .
Дури и живата, како што знаете, е течна на собна температура, на ниски температуриЈас цврста состојба станува податлив, како олово. Само Bi и Mn немаат пластичност, тие се кршливи.
Зошто металите имаат карактеристичен сјај и се исто така непроѕирни?
Електроните што го исполнуваат меѓуатомскиот простор ги рефлектираат светлосните зраци (наместо да ги пренесуваат како стакло), а повеќето метали во подеднаквоги распрснува сите зраци од видливиот дел од спектарот. Затоа тие се во сребрено-бели или сиви бои. Стронциумот, златото и бакарот апсорбираат кратки бранови должини (блиску до виолетова боја) и рефлектираат долги бранови од светлосниот спектар, затоа имаат светло жолти, жолти и бакарни бои, соодветно.
Иако во пракса, знаете, металот не ни изгледа секогаш како лесно тело. Прво, неговата површина може да оксидира и да го изгуби својот сјај. Затоа, мајчин бакар изгледа како зеленкасто камен. И второ, дури и чист метал може да не свети. Многу тенки листови од сребро и злато имаат сосема неочекуван изглед - имаат синкаво-зелена боја. И фините метални прашоци се појавуваат темно сива, дури и црна.
Среброто, алуминиумот и паладиумот имаат најголема рефлексивност. Тие се користат во производството на огледала, вклучувајќи рефлектори.
Зошто металите имаат висока електрична спроводливост и спроведуваат топлина?
Хаотично подвижни електрони во метал под влијание на применета Електричен напондобиваат насочено движење, односно спроведуваат електрична струја. Како што се зголемува температурата на вошката вошка, се зголемуваат амплитудите на вибрации на атомите и јоните лоцирани на јазлите на кристалната решетка. Ова го отежнува движењето на електроните, а електричната спроводливост на металот паѓа. На ниски температури, осцилаторното движење, напротив, е значително намалено и електричната спроводливост на металите нагло се зголемува. Скоро апсолутна нула, металите практично немаат отпор; повеќето метали покажуваат суперспроводливост.
Треба да се напомене дека неметалите кои имаат електрична спроводливост (на пример, графит), на ниски температури, напротив, не спроведуваат електрична струја поради недостаток на слободни електрони. И само со зголемување на температурата и уништување на некои ковалентни врски, нивната електрична спроводливост почнува да се зголемува.
Среброто, бакарот, како и златото и алуминиумот имаат најголема електрична спроводливост, а најниска имаат манганот, оловото и живата.
Најчесто, топлинската спроводливост на металите се менува со истата шема како и електричната спроводливост.
Тие се должат на високата подвижност на слободните електрони, кои, судирајќи се со вибрирачки јони и атоми, разменуваат енергија со нив. Затоа, температурата е изедначена низ целото парче метал.
Механичката сила, густината и точката на топење на металите се многу различни. Згора на тоа, со зголемување на бројот на единици. поврзувајќи ги јонските атоми, а со намалувањето на меѓуатомското растојание кај кристалите, индикаторите за овие својства се зголемуваат.
Така, алкалните метали, чии атоми имаат еден валентен електрон, се меки (сечени со нож), со мала густина (литиумот е најмногу лесен металсо p - 0,53 g/cm3) и се топи на ниски температури (на пример, точката на топење на цезиумот е 29 "C). Единствениот метал кој е течен при нормални услови. - жива - има точка на топење од 38,9 "C.
Калциумот, кој има два електрони во надворешното енергетско ниво на неговите атоми, е многу потврд и се топи на повисока температура (842º C).
Уште позаоблена е кристалната решетка формирана од атоми на скандиум, кои имаат три валентни електрони.
Но, најшарените кристални решетки, високите густини и температурите на топење се забележани кај металите од секундарните подгрупи V, VI, VII, MP групи. Ова се објаснува со ова. дека металите од страничните подгрупи кои имаат незачувани валентни електрони на d-поднивото се карактеризираат со формирање на многу силни ковалентни врски помеѓу атомите, покрај металната, извршени од електроните на надворешниот слој од s-орбиталите.
Запомнете го тоа најмногу хеви метал- е осмиум (компонента на супертврди и отпорни на абење легури), најмногу огноотпорен метал- ова е волфрам (се користи за правење филаменти на лампи со блескаво), најмногу тврд метал- ова е хром Cr (греба стакло). Тие се дел од материјалите од кои се изработуваат метални алати, кочници на тешки машини и сл.
Металите се разликуваат во однос на магнетни полиња. Но, според оваа карактеристика, тие се поделени во три групи:
Феромагнетни Способни да се магнетизираат под влијание дури и на слаби магнетни полиња (железо - алфа форма, кобалт, никел, гадолиниум);
Парамагнетните материјали покажуваат слаба способност за магнетизирање (алуминиум, хром, титаниум, скоро сите лантаниди);
Дијамагнетните не се привлекуваат од магнет, па дури и малку се одбиваат од него (калај, заглавен, бизмут).
Да потсетиме дека кога се разгледува електронската структура на металите, ги поделивме металите на метали од главните подгрупи (k- и p-елементи) и метали од секундарните подгрупи.
Во технологијата, вообичаено е да се класифицираат металите според различни физички својства:
а) густина - светлина (стр< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
б) точка на топење - ниско-топење и огноотпорни.
Класификација на метали по хемиски својства
Металите со мала хемиска активност се нарекуваат благородни (сребро, злато, платина и неговите аналози - осмиум, иридиум, рутениум, паладиум, родиум).
Врз основа на сличноста на хемиските својства, се разликуваат алкалните метали (метали од групата I). главна подгрупа), земноалкални метали (калциум, стронциум, бариум, радиум), како и метали од ретки земји (скандиум, итриум, лантан и лантаниди, актиниум и актиниди).
Општи хемиски својства на металите
Металните атоми релативно лесно се откажуваат од валентни електрони и стануваат позитивно наелектризирани неонони, односно се оксидираат. Ова, како што знаете, е главната работа општ имоти атоми и едноставни материи - метали.
Металите секогаш се редуцирачки агенси во хемиските реакции. Намалувачката способност на атомите на едноставни супстанции - метали формирани од хемиски елементи од еден период или една главна подгрупа на Периодниот систем на D. I. Менделеев се менува природно.
Редукциската активност на металот во хемиските реакции што се случуваат во водени раствори се рефлектира со неговата позиција во електрохемиската напонска серија на метали.
1. Колку подалеку лево е металот во овој ред, толку е помоќно средство за намалување.
2. Секој метал е способен да ги помести (намалува) и солени во раствор оние метали што стојат по него во низата напрегања (десно).
3. Металите лоцирани во напонската серија лево од водородот се способни да го поместат од киселините во растворот.
4. Метали кои се најмногу силни редуцирачки агенси(алкална и алкална земја), во кои било водени раствори тие комуницираат првенствено со вода.
Намалувачката активност на металот, определена со електрохемиската серија, не секогаш одговара на неговата позиција во Периодниот систем. Ова се објаснува со ова. Дека при определувањето на положбата на металот во низа напрегања, не се зема предвид само енергијата на апстракција на електрони од поединечни атоми, туку и енергијата потрошена за уништување на кристалната решетка, како и енергијата ослободена за време на хидратација на јони.
На пример, литиумот е поактивен во водени раствори од натриумот (иако Na е поактивен метал според неговата позиција во Периодниот систем). Факт е дека енергијата на хидратација на јоните на Li+ е многу поголема од енергијата на хидратација на јоните на Na+. затоа, првиот процес е енергетски поповолен.
Имајќи предвид општи одредбикарактеризирајќи ги намалувачките својства на металите, да преминеме на специфични хемиски реакции.
Интеракција со едноставни неметални материи
1. Со кислород, повеќето метали формираат оксиди - основни и амфотерични. Киселите оксиди на преодните метали, како што се хром оксид или манган оксид, не се формираат со директна оксидација на металот со кислород. Тие се добиваат индиректно.
Алкалните метали Na и K активно реагираат со атмосферскиот кислород, формирајќи пероксиди.
Натриум оксидот се добива индиректно со калцинирање на пероксидите со соодветните метали:
Литиум и земноалкални металикомуницираат со кислородот во воздухот за да формираат основни оксиди.
Други метали, освен металите од злато и платина, кои воопшто не се оксидираат од кислородот во атмосферата, со него комуницираат помалку активно или кога се загреваат.
2. Металите формираат соли на хидрохалични киселини со халогени.
3. Со водородот, најактивните метали формираат хидриди - јонски соли во кои водородот има оксидациона состојба од -1, на пример:
калциум хидрид.
Многу преодни метали формираат хидриди од посебен тип со водородот - како водородот да е растворен или внесен во кристалната решетка на металите помеѓу атомите и јоните, додека металот ја задржува својата изглед, но се зголемува во волуменот. Апсорбираниот водород е во металот, очигледно во атомска форма. Постојат и средни метални хидриди.
4. Металите формираат соли со сулфур - сулфиди.
5. Металите реагираат со азот нешто потешко, бидејќи хемиска врскаво молекула на азот, G^r е многу силен и се формираат нитриди. На обични температури, само литиумот реагира со азот.
Интеракција со сложени супстанции
1. Со вода. Во нормални услови, алкалните и земноалкалните метали го поместуваат водородот од водата и формираат растворливи алкални бази.
Други метали кои се во напонската серија пред водородот, исто така, можат, под одредени услови, да го поместат водородот од водата. Но, алуминиумот бурно реагира со вода само ако оксидниот филм се отстрани од неговата површина.
Магнезиумот реагира со вода само кога се вари, што исто така ослободува водород. Ако запалениот магнезиум се додаде во водата, согорувањето продолжува додека се одвива реакцијата: водородот гори. Железото комуницира со водата само кога е жешко.
2. Металите од напонската серија до водород комуницираат со киселините во растворот. Ова произведува сол и водород. Но, оловото (и некои други метали), и покрај неговата позиција во напонската серија (лево од водородот), е речиси нерастворливо во разредена сулфурна киселина, бидејќи добиениот олово сулфат PbSO е нерастворлив и создава заштитна фолија на металната површина.
3. Со соли на помалку активни метали во раствор. Како резултат на оваа реакција, се формира сол на поактивен метал и се ослободува помалку активен метал во слободна форма.
Мора да се запомни дека реакцијата се јавува во случаи кога добиената сол е растворлива. Поместувањето на металите од нивните соединенија со други метали првпат беше детално проучено од Н.Н.Бекетов, истакнат руски физички хемичар. Тој ги подреди металите според нивната хемиска активност во „супериорна серија“, која стана прототип на серија метални напрегања.
4. В органски материи. Интеракција органски киселинислични на реакциите со минерални киселини. Алкохолот може да покаже слаб киселински својствапри интеракција со алкални метали.
Металите учествуваат во реакциите со халоалканите, кои се користат за добивање на пониски циклоалкани и за синтези при кои јаглеродниот скелет на молекулата станува покомплексен (реакција на А. Вурц):
5. Металите чии хидроксиди се амфотерни комуницираат со алкалите во растворот.
6. Металите можат да се формираат хемиски соединенијаедни со други кои примиле заедничко име- меѓуметални соединенија. Тие најчесто не покажуваат оксидациски состојби на атомите, кои се карактеристични за соединенијата на металите со неметали.
Меѓуметалните соединенија обично немаат постојан состав, хемиската врска во нив е главно метална. Формирањето на овие соединенија е потипично за метали од секундарни подгрупи.
Метални оксиди и хидроксиди
Оксидите формирани од типични метали се класифицирани како сол-формирање, основни по природата на нивните својства. Како што знаете, тие одговараат на хидроксиди. се бази, кои во случајот на алкалните и земноалкалните метали се растворливи во вода, се силни електролити и се нарекуваат алкалии.
Оксидите и хидроксидите на некои метали се амфотерични, односно можат да покажат и основни и кисели својства во зависност од супстанците со кои комуницираат.
На пример:
Многу метали од секундарните подгрупи, кои имаат променлива состојба на оксидација во нивните соединенија, можат да формираат неколку оксиди и хидроксиди, чија природа зависи од оксидационата состојба на металот.
На пример, хромот во соединенијата покажува три оксидациски состојби: +2, +3, +6, затоа формира три серии на оксиди и хидроксиди, а со зголемување на степенот на оксидација, киселинскиот карактер станува посилен, а основниот слабее.
Метална корозија
Кога металите комуницираат со супстанции животната срединаНа нивните површини се формираат соединенија кои имаат сосема различни својства од самите метали. Во обичните вени, често ги користиме зборовите „рѓа“, „рѓосување“, гледајќи кафеаво-црвена обвивка на производите направени од железо и неговите легури. Рѓосувањето е чест случај на корозија.
Корозијата е процес на самонанесено уништување на метали и уништување на надворешната средина (од лат. - корозија).
Сепак, речиси сите метали се предмет на уништување и како резултат на тоа, многу од нивните својства се влошуваат (или целосно се губат): јачината, еластичноста, сјајот се намалува, електричната спроводливост се намалува, триењето помеѓу подвижните делови на машините исто така се зголемува, димензиите на се менуваат делови итн.
Корозијата на металите може да биде континуирана или локална.
Нервот не е толку опасен како вториот; неговите манифестации може да се земат предвид при дизајнирање на структури и уреди. Локалната корозија е многу поопасна, иако металните загуби овде може да бидат мали. Еден од неговите најопасни видови е дамкиот. Тие се состојат во формирање на преку лезии, односно прецизни шуплини - јами, додека јачината на поединечните делови се намалува, веродостојноста на структурите, уредите и структурите се намалува.
Корозијата на метал предизвикува голема економска штета. Човештвото трпи огромни материјални загуби поради уништување на цевководи, машински делови, бродови, мостови и различна опрема.
Корозијата доведува до намалување на доверливоста на металните конструкции Имајќи го предвид можното уништување, неопходно е да се прецени јачината на некои производи (на пример, делови за авиони, лопатки на турбината), и затоа да се зголеми потрошувачката на метал, што бара дополнителни економски трошоци .
Корозијата доведува до прекин на производството поради замена на неуспешната опрема и до загуби на суровини и производи како резултат на уништување на хало, нафта и водоводи. Невозможно е да не се земе предвид штетата врз природата, а со тоа и врз здравјето на луѓето, предизвикана како резултат на истекување на нафтени деривати и други хемиски супстанции. Корозијата може да доведе до контаминација на производите и, следствено, до намалување на нивниот квалитет. Трошоците за компензирање на загубите поврзани со корозија се огромни. Тие сочинуваат околу 30% од светското годишно производство на метали.
Од сето она што беше кажано, произлегува дека многу важен проблем е изнаоѓањето начини за заштита на металите и легурите од корозија.
Тие се многу разновидни. Но, за да ги изберете треба да знаете и да ги земете предвид хемиска суштинапроцеси на корозија.
Но хемиска природакорозијата е редокс процес. Во зависност од околината во која се јавува, се разликуваат неколку видови на корозија.
Најчестите видови на корозија се хемиската и електрохемиската.
I. Хемиска корозија се јавува во непроводна средина. Овој тип на корозија настанува кога металите се во интеракција со суви гасови или течности - не-електролити (бензин, керозин итн.) Деловите и компонентите на моторите, гасните турбини и ракетните фрлачи се предмет на такво уништување. Хемиска корозија често се забележува при обработка на метал на високи температури.
Повеќето метали се оксидираат со атмосферски кислород, формирајќи оксидни филмови на површината. Ако овој филм е силен, густ и добро врзан за металот, тогаш го штити металот од понатамошно уништување. Во железото е лабаво, порозно, лесно се одвојува од површината и затоа не е во состојба да го заштити металот од понатамошно уништување.
II. Електрохемиска корозија се јавува во проводен медиум (во електролит) со појава на електрична струја во системот. Како по правило, металите и легурите се хетерогени и содржат подмножества на различни нечистотии. Кога ќе дојдат во контакт со електролити, некои области на површината почнуваат да дејствуваат како анода (донираат електрони), додека други делуваат како катода (примаат електрони).
Во еден случај, ќе се набљудува еволуцијата на гасот (НГ). Во другиот - формирање на 'рѓа.
Значи, електрохемиската корозија е реакција што се јавува во средини што спроведуваат струја (за разлика од хемиската корозија). Процесот се јавува кога два метали доаѓаат во контакт или на површината на метал кој содржи подмножества кои се помалку активни спроводници (може да е и неметал).
На анодата (поактивен метал), се јавува оксидација на металните атоми со формирање на катјони (распуштање).
На катодата (помалку активен проводник), водородните јони или молекулите на кислородот се редуцираат за да формираат H2 или OH- јони на хидроксид, соодветно.
Водородните катјони и растворениот кислород се најважните оксидирачки агенси кои предизвикуваат електрохемиска корозија.
Стапката на корозија е поголема, колку повеќе се разликуваат металите (метал и нечистотии) во нивната активност (за металите, толку подалеку еден од друг тие се наоѓаат во серијата на напрегања). Корозијата значително се зголемува со зголемување на температурата.
Морската вода може да послужи како електролит. речна вода, кондензирана влага и, се разбира, добро познати електролити - раствори на соли, киселини, алкалии.
Очигледно се сеќавате дека во зима, индустриската сол (натриум хлорид, понекогаш калциум хлорид, итн.) се користи за отстранување на снегот и мразот од тротоарите.Резултираните решенија се влеваат во канализационите цевководи, а со тоа се создава поволна средина за електрохемиска корозија на подземните комуникации.
Методи за заштита од корозија
Веќе при дизајнирање на метални конструкции и нивно производство се обезбедуваат мерки за заштита од корозија.
1. Брусење на површините на производот за да не остане влага на нив.
2. Употреба на легирани легури кои содржат специјални адитиви: хром, никел, кои при високи температури формираат стабилен оксиден слој на металната површина. Легирани челици се добро познати - нерѓосувачки челици, од кои се прават предмети за домаќинството (ножици, вилушки, лажици), машински делови и алати.
3. Нанесување на заштитни премази.
Ајде да ги разгледаме нивните типови.
Неметални - неоксидирачки масла, специјални лакови, бои. Навистина, тие се краткотрајни, но се евтини.
Хемиски - вештачки создадени површински филмови: оксид, цитрат, силицид, полимер итн. На пример, сите мали оружја Деловите на многу прецизни инструменти се подложени на бледнење - ова е процес на добивање на најтенкиот филм од железни оксиди на површината од челичен производ. Добиениот вештачки оксиден филм е многу издржлив и му дава на производот прекрасна црна боја и сина нијанса. Полимерните облоги се направени од полиетилен, поливинил хлорид и полиамидни смоли. Тие се нанесуваат на два начина: загреаниот производ се става во полимерен прав, кој се топи и се заварува на металот, или металната површина се обработува со раствор од полимерот во растворувач со ниска температура, кој брзо испарува, а полимерот филмот останува на производот.
Металните облоги се облоги со други метали, на чија површина се формираат стабилни заштитни фолии под влијание на оксидирачки агенси.
Нанесување хром на површината - хромирање, никел - никел, цинк - поцинкување, калај - калај итн. Облогата може да биде и пасивна во хемискиметал - злато, сребро, бакар.
4. Електрохемиски методизаштита.
Заштитна (анодна) - парче поактивен метал (заштитник) е прикачено на заштитената метална конструкција, која служи како анода и се уништува во присуство на електролит. Магнезиумот, алуминиумот и цинкот се користат како заштитници за заштита на трупот на бродот, цевководи, кабли и други стилски производи;
Катода - металната конструкција е поврзана со катодата на надворешен извор на струја, што ја елиминира можноста за нејзино анодно уништување
5. Посебен третман на електролитот или околината во која се наоѓа заштитената метална конструкција.
Познато е дека Дамаск занаетчии за отстранување бигор и
За борба против 'рѓата, тие користеле раствори на сулфурна киселина со додавање на пивски квасец, брашно и скроб. Овие донесоа и беа едни од првите инхибитори. Тие не дозволија киселината да делува на металот на оружјето, како резултат на тоа се раствораа само бигор и 'рѓа. За овие цели, оружарите од Урал користеле супи за мариноване - раствори на сулфурна киселина со додавање на трици од брашно.
Примери за употреба на современи инхибитори: хлороводородна киселина за време на транспортот и складирањето е совршено „скротена“ со деривати на бутиламин. и сулфурна киселина - азотна киселина; испарливи диетиламин се инјектира во разни контејнери. Забележете дека инхибиторите делуваат само на металот, што го прави пасивен во однос на околината, на пример, со раствор на киселина. Науката знае повеќе од 5 илјади инхибитори на корозија.
Отстранување на кислород растворен во вода (деаерација). Овој процес се користи за подготовка на вода што влегува во котларните постројки.
Методи за добивање метали
Значајни хемиска активностметали (интеракција со атмосферски кислород, други неметали, вода, солени раствори, киселини) доведува до фактот дека во земјината кора тие се наоѓаат главно во форма на соединенија: оксиди, сулфиди, сулфати, хлориди, карбонати итн.
Металите лоцирани во напонската серија десно од водородот се наоѓаат во слободна форма, иако многу почесто бакар и жива можат да се најдат во природата во форма на соединенија.
Минералите и карпите што содржат метали и нивни соединенија, од кои е технички можна и економски изводлива изолацијата на чистите метали, се нарекуваат руди.
Добивањето метали од руди е задача на металургијата.
Металургијата е и наука за индустриските методи за добивање метали од руди. и индустрискиот сектор.
Секој металуршки процес е процес на редукција на металните јони со користење на различни редукциони средства.
За спроведување на овој процес, неопходно е да се земе предвид активноста на металот, да се избере средство за намалување, да се разгледа технолошката изводливост, економската и фактори на животната средина. Во согласност со ова постојат следниве методи за добивање метали: пирометалуршки. хидрометалуршки, електрометалуршки.
Пирометалургијата е редукција на метали од руди на високи температури со помош на јаглерод, јаглерод оксид (II). водород, метали - алуминиум, магнезиум.
На пример, калајот се обновува од каситерит, а бакарот од куприт со калцинирање со јаглен (кокс). Сулфидните руди прво се печеат во присуство на воздух, а потоа добиениот оксид се редуцира со јаглен. Металите исто така се изолираат од карбонатните руди со нивно пумпање со јаглен, бидејќи карбонатите се распаѓаат при загревање, претворајќи се во оксиди, а вторите се редуцираат со јаглен.
Хидрометалургијата е редукција на металите со нивните соли во раствор. Процесот се одвива во 2 фази:
1) природно соединение се раствора во соодветен реагенс за да се добие раствор од металната сол;
2) од добиениот раствор овој металзаменет со поактивен или обновен со електролиза. На пример, за да се добие бакар од руда што содржи бакар оксид CuO, тој се третира со разреден сулфур диоксид.
Потоа бакарот се отстранува од растворот на сол или со електролиза или со замена на сулфатот со железо. На овој начин се добиваат сребро, цинк, молибден, злато и ураниум.
Електрометалургија е редукција на метали во процесот на електролиза на раствори или топење на нивните соединенија.
Електролиза
Ако електродите се спуштат во раствор или се стопат електролит и се помине постојана електрична струја, јоните ќе се движат во насока: катјони - кон катодата (негативно наелектризирана електрода), анјони - кон анодата (позитивно наелектризирана електрода).
На катодата, катјоните прифаќаат електрони и се редуцираат; на анодата, анјоните се откажуваат од електроните и се оксидираат. Овој процес се нарекува електролиза.
Електролизата е процес на редокс кој се јавува на електрична површина кога електрична струја поминува низ течен или електролит раствор.
Наједноставен пример за такви процеси е електролизата на стопените соли. Да го разгледаме процесот на електролиза на стопен натриум хлорид. Топењето се подложува на процес на термичка дисоцијација. Под дејство на електрична струја, катјоните се движат кон катодата и примаат електрони од неа.
На катодата се формира натриум метал, а на анодата се формира гасот хлор.
Главната работа што мора да ја запомните: за време на процесот на електролиза поради електрична енергијаспроведена хемиска реакција, што не може да оди спонтано.
Ситуацијата е посложена во случај на електролиза на раствори на електролити.
Во раствор на сол, покрај металните јони и киселински остаток, присутни се молекули на вода. Затоа, кога се разгледуваат процесите на електродите, неопходно е да се земе предвид нивното учество во електролизата.
За да се утврдат производите од електролиза на водени раствори на електролити, постојат следниве правила.
1. Процесот на катодата не зависи од материјалот на катодата на која е направена, туку од положбата на металот (електролитниот катјон) во електрохемиската напонска серија и ако:
1.1. Електролитниот катјон се наоѓа во напонската серија на почетокот на серијата (заедно со Al инклузивно), потоа на катодата се јавува процесот на намалување на водата (се ослободува водород). Металните катјони не се редуцираат, тие остануваат во раствор.
1.2. Електролитниот катјон е во опсегот на напон помеѓу алуминиум и водород, а потоа на катодата и металните и молекулите на водата се намалуваат истовремено.
1.3. Електролитниот катјон е во напонската серија по водородот, потоа металните катјони се редуцираат на катодата.
1.4. Растворот содржи катјони од различни метали, а потоа катјонот на метал кој стои во напонската серија се намалува
Овие правила се рефлектирани во дијаграмот 10.
2. Процесот на анодата зависи од материјалот на анодата и природата на анонот (шема 11).
2.1. Ако анодата се раствори (железо, цинк, бакар, сребро и сите метали кои се оксидираат при електролиза), тогаш металот на анодата се оксидира, и покрај природата на анјонот. 2.2. Ако анодата не се раствори (тоа се нарекува инертна - графит, злато, платина), тогаш:
а) при електролиза на раствори на сол киселини без кислород(за мене флуориди) процесот на анјонска оксидација се случува на анодата;
б) при електролиза на раствори на соли и флуориди што содржат кислород, на анодата се јавува процесот на оксидација на водата. Анјоните не оксидираат, остануваат во раствор;
Електролизата на топи и раствори на супстанции е широко користена во индустријата:
1. Да се добијат метали (алуминиум, магнезиум, натриум, кадмиум се добиваат само со електролиза).
2. За производство на водород, халогени, алкалии.
3. За прочистување на метали - рафинирање (прочистување на бакар, никел, олово се врши со електрохемиски метод).
4. За заштита на металите од корозија - нанесување на заштитни облоги во вид на тенок слој од друг метал кој е отпорен на корозија (хром, никел, бакар, сребро, злато) - галванизација.
5. Добивање метални копии и записи - галванизација.
Практична задача
1. Како структурата на металите е поврзана со нивната локација во главните и секундарните подгрупи на Периодниот систем на хемиски елементи на Д. И. Менделеев?
2. Зошто алкалните и земноалкалните метали имаат единствена оксидациска состојба во соединенијата: (+1) и (+2), соодветно, а металите од страничните подгрупи, по правило, се појавуваат во соединенијата различни степениоксидација?
3. Какви состојби на оксидација може да покаже манганот? Кои оксиди на јаглеводороди одговараат на манган во овие состојби на оксидација? Каков е нивниот карактер?
4. Споредете ја електронската структура на атомите на елементите Група VII: манган и хлор. Објаснете ја разликата во нивните хемиски својства и присуството на различни степени на оксидација на атомите во двата елементи.
5. Зошто положбата на металите во електрохемиската напонска серија не секогаш одговара на нивната позиција во Периодниот систем на Д.И. Менделеев?
9. Запиши равенки за реакциите на натриум и магнезиум со оцетна киселина. Во кој случај и зошто стапката на реакција ќе биде поголема?
11. Кои методи за добивање метали ги знаете? Која е суштината на сите методи?
14. Што е корозија? Какви видови на корозија знаете? Кој од нив претставува физичко-хемиски процес?
15. Дали следните процеси може да се сметаат за корозија: а) оксидација на железо при електрично заварување, б) интеракција на цинкот со хлороводородна киселина при производство на кисела киселина за лемење? Дајте образложен одговор.
17. Производ од манган е во вода и е во контакт со бакарен производ. Дали и двајцата ќе останат непроменети?
18. Дали железна конструкција ќе се заштити од електрохемиска корозија во вода ако на неа се стави плоча од друг метал: а) магнезиум, б) олово, в) никел?
19. За која цел површината на резервоарите за складирање на нафтени продукти (бензин, керозин) е обоена со сребро - мешавина од алуминиумски прав со едно од растителните масла?
20. На површината на закиселената почва на градината има железни цевки со вметнати месингани чешми. Што ќе биде предмет на корозија: цевка и славина? Каде е најизразено уништувањето?
21. По што се разликува електролизата на топените од електролизата на водените раствори?
22*. Кои метали може да се добијат со електролиза на стопени соли, а не може да се добијат со електролиза на водени раствори на овие супстанции?
23*. Запишете ги равенките за електролиза на бариум хлорид во: а) топење, б) раствор
28. Во раствор кој содржи 27 g бакар(II) хлорид се додадени 1-4 g железни фолии. Која маса на бакар е ослободена како резултат на оваа реакција?
Одговор: 12,8 гр.
29. Која маса на цинк сулфат може да се добие со реакција на вишок цинк со 500 ml раствор од 20% сулфурна киселина со густина од 1,14 g/ml?
Одговор: 187,3 g.
31. Кога 8 g од мешавината на магнезиум и магнезиум оксид беа третирани со хлороводородна киселина, беа ослободени 5,6 литри водород (n, y.). Колку изнесува масениот удел (во %) од ЈУНИ во првобитната смеса?
Одговор: 75%.
34. Определи го масениот удел (во проценти) на јаглеродот во челикот (легура на железо и јаглерод), ако при согорување на примерок од него со тежина од 10 g при проток на кислород, 0,28 l јаглерод (IV) оксид (n.s.) беше собран.
Одговор: 1,5%.
35. Примерок од натриум со тежина од 0,5 g е ставен во вода. Ниту неутрализацијата на добиениот раствор не потроши 29,2 g од 1,5% на хлороводородна киселина. Колкав е масениот удел (процент) на натриум во примерокот?
Одговор: 55,2%.
36. Легура од бакар и алуминиум била обработена со вишок раствор на натриум хидроксид и се ослободил гас со волумен од 1,344 l (n.s.). Остатокот по реакцијата бил растворен во азотна киселина, а потоа растворот испари калциниран до постојана маса, што се покажа дека е еднакво на 0,4 g Каков е составот на легурата? Одговор: 1,08 g Al 0,32 g Cu или 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Која маса на леано железо што содржи 94% железо може да се добие од 1 тон црвена железна руда (Fe2O3) која содржи 20% нечистотии?
Одговор: 595,74 кг.
Металите во природата
Ако внимателно ја проучувавте хемијата во претходните часови, тогаш знаете дека периодниот систем содржи повеќе од деведесет видови метали и приближно шеесет од нив може да се најдат во природната средина.
Природните метали може грубо да се поделат во следниве групи:
Метали кои можат да се најдат во природата во слободна форма;
метали кои се јавуваат во форма на соединенија;
метали кои можат да се најдат во мешана форма, односно можат да бидат или во слободна форма или во форма на соединенија.
За разлика од другите хемиски елементи, металите доста често се наоѓаат во природата во форма на едноставни материи. Тие обично имаат родна држава. Таквите метали, кои се претставени во форма на едноставни материи, вклучуваат злато, сребро, бакар, платина, жива и други.
Но, не сите метали кои се наоѓаат во природната средина се присутни во матичната состојба. Некои метали може да се најдат во форма на соединенија и се нарекуваат минерали.
Дополнително, хемиските елементи како што се среброто, живата и бакарот може да се најдат и во матична состојба и во состојба на соединенија.
Сите оние минерали од кои подоцна може да се добијат метали се нарекуваат руди. Во природата постојат руди кои содржат железо. Ова соединение се нарекува железна руда. И ако составот содржи бакар, тогаш таквото соединение се нарекува бакарна руда.
Се разбира, најчестите метали во природата се оние кои активно комуницираат со кислород и сулфур. Тие обично се нарекуваат метални оксиди и сулфиди.
Вообичаен елемент што формира метал е алуминиумот. Алуминиумот се наоѓа во глината, а исто така се наоѓа и во скапоцените камења како што се сафирот и рубинот.
Вториот најпопуларен и најраспространет метал е железото. Во природата обично се наоѓа во форма на соединенија, а во својата родна форма може да се најде само како дел од камења од метеорит.
Следни најчести метали во природната средина, поточно во земјината кора се магнезиум, калциум, натриум и калиум.
Држејќи ги монетите во рака, веројатно сте забележале дека од нив излегува карактеристичен мирис. Но, излезе дека ова не е мирис на метал, туку мирис што доаѓа од соединенијата што се формираат кога металот ќе дојде во контакт со човечката пот.
Дали знаевте дека Швајцарија произведува златни шипки во форма на чоколадна лента, која може да се скрши на парчиња и да се користи како подарок или средство за плаќање? Компанијата произведува вакви чоколадни решетки од злато, сребро, платина и паладиум. Ако таквата плочка се скрши на парчиња, тогаш секој од нив тежи само еден грам.
И, исто така, сосема интересен имотпоседува метална легура како што е нитинол. Уникатен е по тоа што има мемориски ефект и кога се загрева, деформираниот производ направен од оваа легура може да се врати во првобитната форма. Ваквите уникатни материјали со таканаречена меморија се користат за изработка на чаури. Тие имаат својство да се собираат при ниски температури, а на собна температура овие чаури се исправаат и оваа врска е уште посигурна од заварувањето. И овој феномен се јавува поради фактот што овие легури имаат термоеластична структура.
Дали некогаш сте се запрашале зошто е вообичаено да додадете легура од сребро или бакар на златниот накит? Излегува дека тоа е затоа што чистото злато е многу меко и лесно може да се изгребе дури и со нокт.