Manusia moden dikelilingi pelbagai logam dalam kehidupan sehariannya. Kebanyakan barang yang kami gunakan mengandungi bahan kimia ini. Ini semua berlaku kerana orang ramai menemui pelbagai cara untuk mendapatkan logam.
Apakah itu logam
Kimia tak organik berurusan dengan bahan berharga ini untuk manusia. Mendapatkan logam membolehkan seseorang mencipta teknologi yang lebih dan lebih sempurna yang meningkatkan kehidupan kita. Apakah mereka? Sebelum mempertimbangkan kaedah umum untuk mendapatkan logam, adalah perlu untuk memahami apa itu. Logam ialah sekumpulan unsur kimia dalam bentuk bahan ringkas dengan sifat ciri:
• kekonduksian haba dan elektrik;
• kemuluran tinggi;
• berkilauan.
Seseorang boleh membezakannya dengan mudah daripada bahan lain. Ciri ciri semua logam ialah kehadiran kecemerlangan khas. Ia diperoleh dengan memantulkan sinar cahaya kejadian ke permukaan yang tidak menghantarnya. Kilauan ialah sifat biasa bagi semua logam, tetapi ia paling ketara dalam perak.
HidupSehingga kini, saintis telah menemui 96 unsur kimia tersebut, walaupun tidak semuanya diiktiraf oleh sains rasmi. Mereka dibahagikan kepada kumpulan bergantung pada sifat ciri mereka. Logam berikut diasingkan dengan cara ini:
• beralkali – 6;
• tanah beralkali – 6;
• peralihan – 38;
• cahaya – 11;
• semilogam – 7;
• Lantanida – 14;
• actinides – 14.
Mendapatkan logam
Untuk membuat aloi, anda mesti mendapatkan logam daripada bijih semula jadi terlebih dahulu. Unsur asli ialah bahan yang terdapat dalam alam semula jadi dalam keadaan bebas. Ini termasuk platinum, emas, timah, merkuri. Ia diasingkan daripada kekotoran secara mekanikal atau dengan bantuan reagen kimia.
Logam lain dilombong dengan memproses sebatiannya. Mereka ditemui dalam pelbagai fosil. Bijih ialah mineral dan batuan, yang merangkumi sebatian logam dalam bentuk oksida, karbonat atau sulfida. Untuk mendapatkannya, pemprosesan kimia digunakan.
Kaedah untuk mendapatkan logam:
• pengurangan oksida dengan arang batu;
• mendapatkan timah daripada batu timah;
• peleburan bijih besi;
• membakar sebatian sulfur dalam relau khas.
Untuk memudahkan pengekstrakan logam daripada batuan bijih, pelbagai bahan yang dipanggil fluks ditambahkan padanya. Mereka membantu menghilangkan kekotoran yang tidak diingini seperti tanah liat, batu kapur, pasir. Hasil daripada proses ini, sebatian boleh melebur diperolehi,dipanggil najis.
Dengan kehadiran sejumlah besar kekotoran, bijih diperkaya sebelum melebur logam dengan mengeluarkan sebahagian besar komponen yang tidak diperlukan. Kaedah yang paling banyak digunakan untuk rawatan ini ialah pengapungan, magnet dan graviti.
Logam alkali
Pengeluaran besar-besaran logam alkali ialah proses yang lebih kompleks. Ini disebabkan oleh fakta bahawa mereka terdapat di alam semula jadi hanya dalam bentuk sebatian kimia. Oleh kerana mereka adalah agen pengurangan, pengeluaran mereka disertai dengan kos tenaga yang tinggi. Terdapat beberapa cara untuk mengekstrak logam alkali:
• Litium boleh diperoleh daripada oksidanya dalam vakum atau melalui elektrolisis leburan kloridanya, yang terbentuk semasa pemprosesan spodumene.
• Natrium diekstrak dengan mengkalsinkan soda dengan arang batu dalam mangkuk pijar yang tertutup rapat atau melalui elektrolisis cair klorida dengan penambahan kalsium. Kaedah pertama adalah yang paling memakan masa.
• Kalium diperoleh melalui elektrolisis lelehan garamnya atau melalui wap natrium melalui kloridanya. Ia juga terbentuk melalui interaksi kalium hidroksida cair dan natrium cecair pada suhu 440 ° C.
• Cesium dan rubidium dilombong dengan mengurangkan kloridanya dengan kalsium pada 700–800 °C atau zirkonium pada 650 °C. Mendapatkan logam alkali dengan cara ini sangat intensif tenaga dan mahal.
Perbezaan antara logam dan aloi
Sempadan yang jelas pada asasnya antara logam dan aloinya secara praktikalnya tidak wujud, kerana bahan yang paling tulen dan paling ringkas pun mempunyaisejumlah kekotoran. Jadi apakah perbezaan antara mereka? Hampir semua logam yang digunakan dalam industri dan dalam sektor ekonomi negara yang lain digunakan dalam bentuk aloi yang diperoleh secara sengaja dengan menambahkan komponen lain kepada unsur kimia utama.
Alloy
Teknologi memerlukan pelbagai bahan logam. Pada masa yang sama, unsur kimia tulen boleh dikatakan tidak digunakan, kerana ia tidak mempunyai sifat yang diperlukan untuk manusia. Untuk keperluan kami, kami telah mencipta cara yang berbeza untuk mendapatkan aloi. Istilah ini merujuk kepada bahan homogen secara makroskopik yang terdiri daripada 2 atau lebih unsur kimia. Dalam kes ini, komponen logam mendominasi dalam aloi. Bahan ini mempunyai struktur tersendiri. Dalam aloi, komponen berikut dibezakan:
• tapak yang terdiri daripada satu atau lebih logam;
• penambahan kecil unsur pengubahsuaian dan pengaloian;
• kekotoran yang tidak dibuang (teknologi, semula jadi, rawak).
Aloi logam ialah bahan struktur utama. Dalam teknologi, terdapat lebih daripada 5000 daripadanya.
Jenis aloi
Walaupun terdapat pelbagai jenis aloi, aloi yang berasaskan besi dan aluminium adalah yang paling penting bagi manusia. Mereka adalah yang paling biasa dalam kehidupan seharian. Jenis aloi adalah berbeza. Selain itu, mereka dibahagikan mengikut beberapa kriteria. Jadi pelbagai kaedah pembuatan aloi digunakan. Mengikut kriteria ini, ia dibahagikan kepada:
• Pelakon, yangdiperoleh dengan mencairkan penghabluran komponen campuran.
• Serbuk, dicipta dengan menekan campuran serbuk dan kemudian mensinter pada suhu tinggi. Lebih-lebih lagi, selalunya komponen aloi tersebut bukan sahaja unsur kimia mudah, tetapi juga pelbagai sebatian mereka, seperti titanium atau tungsten karbida dalam aloi keras. Penambahannya dalam kuantiti tertentu mengubah sifat bahan logam.
Kaedah untuk mendapatkan aloi dalam bentuk produk siap atau kosong terbahagi kepada:
• faundri (silumin, besi tuang);
• tempa (keluli);
• serbuk (titanium, tungsten).
Jenis aloi
Kaedah untuk mendapatkan logam adalah berbeza, manakala bahan yang dibuat berkat mereka mempunyai sifat yang berbeza. Dalam keadaan pepejal pengagregatan, aloi ialah:
• Homogen (seragam), terdiri daripada kristal daripada jenis yang sama. Ia sering dirujuk sebagai fasa tunggal.
• Heterogen (heterogen), dipanggil berbilang fasa. Apabila ia diperoleh, larutan pepejal (fasa matriks) diambil sebagai asas aloi. Komposisi bahan heterogen jenis ini bergantung kepada komposisi unsur kimianya. Aloi tersebut mungkin mengandungi komponen berikut: larutan pepejal interstisial dan penggantian, sebatian kimia (karbida, intermetallides, nitrida), kristalit bahan ringkas.
Sifat aloi
Tidak kira kaedah mendapatkan logam dan aloi yang digunakan, sifatnya ditentukan sepenuhnya oleh kristalstruktur fasa dan struktur mikro bahan-bahan ini. Setiap daripada mereka adalah berbeza. Sifat makroskopik aloi bergantung kepada struktur mikronya. Walau apa pun, mereka berbeza daripada ciri-ciri fasa mereka, yang bergantung semata-mata pada struktur kristal bahan. Kehomogenan makroskopik aloi heterogen (berbilang fasa) diperoleh hasil daripada pengagihan seragam fasa dalam matriks logam.
Sifat aloi yang paling penting ialah kebolehkimpalan. Jika tidak, ia adalah sama dengan logam. Jadi, aloi mempunyai kekonduksian haba dan elektrik, kemuluran dan pemantulan (kilau).
Pelbagai aloi
Kaedah yang berbeza untuk mendapatkan aloi telah membolehkan manusia mencipta sejumlah besar bahan logam dengan sifat dan ciri yang berbeza. Mengikut tujuan mereka, mereka dibahagikan kepada kumpulan berikut:
• Struktur (keluli, duralumin, besi tuang). Kumpulan ini juga termasuk aloi dengan ciri khas. Jadi mereka dibezakan oleh keselamatan intrinsik atau sifat anti geseran. Ini termasuk loyang dan gangsa.
• Untuk menuang galas (babbit).
• Untuk peralatan pemanasan dan penyukat elektrik (nichrome, manganin).
• Untuk penghasilan alat pemotong (menang).
Dalam pengeluaran, orang ramai juga menggunakan jenis bahan logam lain, seperti aloi boleh larut, tahan haba, tahan kakisan dan amorfus. Magnet dan termoelektrik (telurides dan selenides bismut, plumbum, antimoni dan lain-lain) juga digunakan secara meluas.
Ali besi
Secara praktikal semua besi yang dilebur di Bumi ditujukan kepada penghasilan keluli mudah dan aloi. Ia juga digunakan dalam pengeluaran besi. Aloi besi telah mendapat popularitinya kerana fakta bahawa ia mempunyai sifat yang bermanfaat kepada manusia. Ia diperoleh dengan menambahkan pelbagai komponen kepada unsur kimia mudah. Jadi, walaupun pada hakikatnya pelbagai aloi besi dibuat berdasarkan satu bahan, keluli dan besi tuang mempunyai sifat yang berbeza. Akibatnya, mereka mendapati pelbagai aplikasi. Kebanyakan keluli lebih keras daripada besi tuang. Pelbagai kaedah untuk mendapatkan logam ini membolehkan anda memperoleh gred (jenama) aloi besi ini yang berbeza.
Tingkatkan sifat aloi
Dengan menggabungkan logam tertentu dan unsur kimia lain, bahan dengan ciri yang lebih baik boleh diperolehi. Sebagai contoh, kekuatan hasil aluminium tulen ialah 35 MPa. Apabila mendapatkan aloi logam ini dengan kuprum (1.6%), zink (5.6%), magnesium (2.5%), angka ini melebihi 500 MPa.
Dengan menggabungkan perkadaran berbeza bagi bahan kimia yang berbeza, bahan logam dengan sifat magnet, haba atau elektrik yang lebih baik boleh diperolehi. Peranan utama dalam proses ini dimainkan oleh struktur aloi, iaitu pengagihan kristalnya dan jenis ikatan antara atom.
Keluli dan seterika
Ali ini diperoleh dengan menggabungkan besi dan karbon (2%). Dalam pengeluaran bahan aloi, ia ditambahnikel, krom, vanadium. Semua keluli biasa dibahagikan kepada jenis:
• karbon rendah (0.25% karbon) digunakan untuk pelbagai struktur;
• Karbon tinggi (lebih daripada 0.55%) direka untuk alat pemotong.
Gred keluli aloi yang berbeza digunakan dalam kejuruteraan mekanikal dan produk lain.
Ali besi dengan karbon, peratusannya ialah 2-4%, dipanggil besi tuang. Bahan ini juga mengandungi silikon. Pelbagai produk dengan sifat mekanikal yang baik dituang daripada besi tuang.
Logam bukan ferus
Selain besi, unsur kimia lain juga digunakan untuk membuat pelbagai bahan logam. Hasil daripada gabungan mereka, aloi bukan ferus diperolehi. Dalam kehidupan orang ramai, bahan berdasarkan:telah menemui kegunaan paling hebat
• Kuprum, dipanggil loyang. Ia mengandungi 5-45% zink. Jika kandungannya adalah 5-20%, maka tembaga dipanggil merah, dan jika 20-36% - kuning. Terdapat aloi tembaga dengan silikon, timah, berilium, aluminium. Mereka dipanggil gangsa. Terdapat beberapa jenis aloi ini.
• Plumbum, iaitu pemateri biasa (tretnik). Dalam aloi ini, 2 bahagian timah jatuh pada 1 bahagian bahan kimia ini. Galas dihasilkan menggunakan babbitt, iaitu aloi plumbum, timah, arsenik dan antimoni.
• Aluminium, titanium, magnesium dan berilium, yang merupakan aloi bukan ferus ringan dengan kekuatan tinggi dan mekanikal yang sangat baikhartanah.
Kaedah mendapatkan
Kaedah utama untuk mendapatkan logam dan aloi:
• Foundry, di mana campuran homogen komponen lebur yang berbeza menjadi pejal. Untuk mendapatkan aloi, kaedah pyrometallurgical dan electrometallurgical untuk mendapatkan logam digunakan. Dalam varian pertama, tenaga haba yang diperoleh dalam proses pembakaran bahan api digunakan untuk memanaskan bahan mentah. Kaedah pyrometallurgical menghasilkan keluli dalam relau perapian terbuka dan besi tuang dalam relau letupan. Dengan kaedah elektrometalurgi, bahan mentah dipanaskan dalam induksi atau relau arka elektrik. Pada masa yang sama, bahan mentah dilembutkan dengan cepat.
• Serbuk, di mana serbuk komponennya digunakan untuk membuat aloi. Terima kasih kepada menekan, ia diberi bentuk tertentu, dan kemudian disinter dalam ketuhar khas.
