علیرغم این واقعیت که مواد ساخته شده مصنوعی به طور فزاینده ای در صنعت و زندگی روزمره مورد استفاده قرار می گیرند، هنوز نمی توان از استفاده از فلزات خودداری کرد. آنها ترکیب منحصر به فردی از خواص دارند و آلیاژها به شما امکان می دهند پتانسیل آنها را به حداکثر برسانید. تولید و استفاده از فلزات در چه زمینه هایی است؟
ویژگی گروهی از عناصر
فلزات به عنوان مجموعه ای از مواد شیمیایی معدنی با خواص مشخص شناخته می شوند. آنها معمولاً شامل موارد زیر هستند:
- رسانایی حرارتی بالا؛
- شکل پذیری، سهولت نسبی ماشینکاری؛
- نقطه ذوب نسبتاً بالا؛
- رسانایی الکتریکی خوب؛
- درخشش "فلزی" مشخص؛
- نقش عامل کاهنده در واکنش ها؛
- چگالی بالا.
البته همه عناصر این گروه همه این خواص را ندارند، مثلاً جیوه در دمای اتاق مایع است، گالیم از حرارت دست انسان ذوب می شود و بیسموت را به سختی می توان پلاستیک نامید. اما به طور کلی همه این ویژگی ها را می توان در مجموع فلزات ردیابی کرد.
طبقه بندی داخلی
فلزات به طور مشروط به چند دسته تقسیم می شوند که هر کدام عناصری را که در پارامترهای مختلف به یکدیگر نزدیکتر هستند ترکیب می کنند. گروه های زیر متمایز می شوند:
- قلیایی - 6;
- زمین قلیایی - 4;
- انتقال - 38;
- نور - 7;
- نیمه فلز - 7;
- لانتانیدها - 14+1;
- اکتینیدها - 14+1;
از گروه ها دو گروه دیگر وجود دارد: بریلیم و منیزیم. بنابراین، در حال حاضر، از بین تمام عناصر کشف شده، 94 دانشمند به فلزات نسبت می دهند.
علاوه بر این، قابل ذکر است که طبقه بندی های دیگری نیز وجود دارد. به گفته آنها، فلزات نجیب، فلزات گروه پلاتین، فلزات پس از گذار، نسوز، آهنی و غیر آهنی و غیره به طور جداگانه در نظر گرفته می شوند..
سابقه دریافت
بشریت در طول توسعه خود ارتباط نزدیکی با پردازش و استفاده از فلزات داشته است. آنها علاوه بر رایج ترین عناصر، تنها با کمک پردازش مکانیکی به محصولات مختلف تبدیل می شوند. از آنجایی که هیچ مهارتی در کار با سنگ معدن وجود نداشت، در ابتدا فقط در مورد استفاده از ناگت بود. در ابتدا یک فلز نرم بود که نام خود را به عصر مس داد که جایگزین فلز سنگی شد. در این دوره روش آهنگری سرد توسعه یافت. ذوب در برخی از تمدن ها امکان پذیر شده است. به تدریج مردم در رنگ آمیزی تسلط یافتندفلزاتی مانند طلا، نقره، قلع.
بعدها عصر برنز جایگزین عصر مس شد. حدود 20 هزار سال به طول انجامید و به نقطه عطفی برای بشر تبدیل شد ، زیرا در این دوره بود که امکان بدست آوردن آلیاژها فراهم شد. توسعه تدریجی متالورژی وجود دارد، روش های به دست آوردن فلزات در حال بهبود است. با این حال، در قرن 13-12. قبل از میلاد مسیح ه. به اصطلاح فروپاشی برنز رخ داد که آغاز عصر آهن بود. این احتمالاً به دلیل کاهش ذخایر قلع بوده است. و سرب و جیوه که در آن زمان کشف شد، نتوانست جایگزینی برای برنز شود. بنابراین مردم مجبور بودند تولید فلزات را از سنگ معدن توسعه دهند.
دوره بعدی زیاد طول نکشید - کمتر از یک هزاره، اما اثر درخشانی در تاریخ به جا گذاشت. علیرغم اینکه آهن خیلی زودتر شناخته شده بود، به دلیل کاستی هایی که نسبت به برنز داشت تقریباً هرگز از آن استفاده نمی شد. به‌علاوه، به‌دست‌آوردن آن بسیار آسان‌تر بود، در حالی که ذوب سنگ معدن کار بیشتری داشت. واقعیت این است که آهن بومی بسیار کمیاب است، بنابراین جای تعجب نیست که رها شدن برنز تا این حد کند بوده است.
معنای مهارت های استخراج فلز
همانطور که اجداد انسان برای اولین بار ابزاری را با بستن یک سنگ تیز به چوب ساخت، انتقال به یک ماده جدید به همان اندازه بزرگ بود. مزیت اصلی محصولات فلزی این بود که ساخت آنها آسان تر و قابل تعمیر بودند. این سنگ دارای خاصیت شکل پذیری و چکش خواری نیست، به طوری کههر سلاحی از آن فقط می تواند دوباره ساخته شود، آنها را نمی توان تعمیر کرد.
بنابراین، این گذار به استفاده از فلزات بود که منجر به بهبود بیشتر ابزارها، ظهور وسایل خانه جدید، تزئیناتی شد که قبلاً ساختن آنها غیرممکن بود. همه اینها به پیشرفت فناوری انگیزه داد و پایه و اساس توسعه متالورژی را گذاشت.
روش های مدرن
اگر در زمان های قدیم مردم فقط با به دست آوردن فلزات از سنگ معدن آشنا بودند یا می توانستند به قطعات بسنده کنند، در حال حاضر راه های دیگری نیز وجود دارد. آنها به لطف توسعه شیمی امکان پذیر شدند. بنابراین، دو جهت اصلی ظاهر شد:
- پیرومتالورژی. توسعه خود را زودتر آغاز کرد و با دمای بالای مورد نیاز برای پردازش مواد همراه است. فناوری مدرن در این زمینه امکان استفاده از پلاسما را نیز فراهم می کند.
- هیدرومتالورژی. این جهت به استخراج عناصر از سنگ معدن، ضایعات، کنسانتره و غیره با استفاده از آب و معرف های شیمیایی می پردازد. به عنوان مثال، روشی که شامل تولید فلزات با الکترولیز می شود بسیار رایج است، و روش کربورسازی نیز بسیار رایج است.
تکنولوژی جالب دیگری نیز وجود دارد. دستیابی به فلزات گرانبها با خلوص بالا و با حداقل تلفات به لطف آن امکان پذیر شد. این در مورد پالایش است. این فرآیند یکی از انواع پالایش، یعنی جداسازی تدریجی ناخالصی ها است. به عنوان مثال، در مورد طلا، از اشباع مذاب با کلر استفاده می شود و پلاتین در آن حل می شود.اسیدهای معدنی و سپس جداسازی با معرفها.
به هر حال، به دست آوردن فلزات از طریق الکترولیز اغلب در صورتی استفاده می شود که ذوب یا بازیافت از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد. این دقیقا همان چیزی است که در مورد آلومینیوم و سدیم اتفاق می افتد. همچنین فن آوری های نوآورانه تری وجود دارد که امکان به دست آوردن فلزات غیر آهنی را حتی از سنگ معدن های نسبتاً ضعیف بدون هزینه های قابل توجه می دهد، اما کمی بعد در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.
درباره آلیاژها
بیشتر فلزات شناخته شده در دوران باستان همیشه برخی از نیازها را برآورده نمی کردند. خوردگی، سختی ناکافی، شکنندگی، شکنندگی، شکنندگی - هر عنصر در شکل خالص خود دارای معایبی است. بنابراین، یافتن مواد جدیدی که مزایای مواد شناخته شده را با هم ترکیب کند، یعنی یافتن راه هایی برای به دست آوردن آلیاژهای فلزی ضروری شد. امروزه دو روش اصلی وجود دارد:
- بازیگری. مذاب اجزای مخلوط سرد و متبلور می شود. این روش بود که به دست آوردن اولین نمونه از آلیاژها را ممکن کرد: برنز و برنج.
- فشار دادن. مخلوط پودرها تحت فشار زیاد قرار می گیرد و سپس تف جوشی می شود.
پیشرفت بیشتر
در دهه های اخیر، امیدوارکننده ترین تولید فلزات با استفاده از بیوتکنولوژی، در درجه اول با کمک باکتری ها است. در حال حاضر استخراج مس، نیکل، روی، طلا و اورانیوم از مواد خام سولفیدی ممکن شده است. دانشمندان امیدوارند میکروارگانیسم ها را به فرآیندهایی مانند شستشو، اکسیداسیون، جذب و رسوب متصل کنند. علاوه بر این، بسیار مهم استمشکل تصفیه فاضلاب عمیق، برای این نیز تلاش می کنند راه حلی بیابند که شامل مشارکت باکتری ها باشد.
برنامه
بدون فلزات و آلیاژها، زندگی به شکلی که اکنون برای بشر شناخته شده است غیرممکن خواهد بود. ساختمان‌های بلند، هواپیما، ظروف، آینه‌ها، وسایل الکتریکی، ماشین‌ها و خیلی چیزهای دیگر تنها به لطف انتقال مردم از سنگ به مس، برنز و آهن وجود دارد.
به دلیل رسانایی الکتریکی و حرارتی استثنایی خود، فلزات در سیم ها و کابل ها برای اهداف مختلف استفاده می شوند. طلا برای ایجاد تماس های غیر اکسید کننده استفاده می شود. فلزات به دلیل استحکام و سختی به طور گسترده در ساخت و سازها و سازه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. یکی دیگر از زمینه های کاربردی ابزاری است. برای ساخت یک کار، به عنوان مثال، قطعات برش، آلیاژهای سخت و انواع خاصی از فولاد اغلب استفاده می شود. در نهایت، فلزات نجیب به عنوان ماده ای برای جواهرات ارزش زیادی دارند. بنابراین برنامه های کاربردی زیادی وجود دارد.
جالب در مورد فلزات و آلیاژها
استفاده از این عناصر به قدری گسترده است و آنقدر سابقه طولانی دارد که جای تعجب نیست که موقعیت های کنجکاوی مختلف ایجاد شود. آنها و فقط چند واقعیت جالب باید در پایان آورده شوند:
- قبل از استفاده گسترده، آلومینیوم ارزش بالایی داشت. کارد و چنگال هایی که ناپلئون سوم هنگام پذیرایی از مهمانان استفاده می کرد، از این ماده ساخته می شد و موضوع آن بودغرور پادشاه.
- نام پلاتین در اسپانیایی به معنای "نقره" است. این عنصر به دلیل نقطه ذوب نسبتاً بالا و در نتیجه عدم امکان استفاده از آن برای مدت طولانی، چنین نام ناخوشایندی را دریافت کرد.
- طلا در خالص ترین شکل خود نرم است و به راحتی با ناخن خراشیده می شود. به همین دلیل است که برای ساخت جواهرات آن را با نقره یا مس آلیاژ می کنند.
- آلیاژهایی با خاصیت عجیب ترموالاستیسیته، یعنی اثر حافظه شکل وجود دارد. هنگامی که تغییر شکل داده و سپس گرم می شوند، به حالت اولیه خود باز می گردند.
