Moderní člověk je ve svém každodenním životě obklopen různými kovy. Většina věcí, které používáme, tyto chemikálie obsahuje. To vše se stalo, protože lidé našli různé způsoby, jak získat kovy.
Co jsou kovy
Anorganická chemie se zabývá těmito pro lidi cennými látkami. Získávání kovů umožňuje člověku vytvářet stále dokonalejší technologie, které zlepšují náš život. Co jsou? Před zvážením obecných metod získávání kovů je nutné pochopit, co to je. Kovy jsou skupinou chemických prvků ve formě jednoduchých látek s charakteristickými vlastnostmi:
• tepelná a elektrická vodivost;
• vysoká tažnost;
• třpytky.
Člověk je snadno odliší od jiných látek. Charakteristickým rysem všech kovů je přítomnost zvláštního lesku. Získává se odrazem dopadajících světelných paprsků na povrch, který je nepropouští. Lesk je běžnou vlastností všech kovů, ale nejvýraznější je u stříbra.
ZapnutoK dnešnímu dni vědci objevili 96 takových chemických prvků, ačkoli ne všechny jsou uznávány oficiální vědou. Dělí se do skupin podle charakteristických vlastností. Následující kovy jsou izolovány tímto způsobem:
• alkalické – 6;
• alkalické zeminy – 6;
• přechodné – 38;
• světlá – 11;
• polokovy – 7;
• Lanthanoidy – 14;
• aktinidy – 14.
Získávání kovů
Abyste mohli vyrobit slitinu, musíte nejprve získat kov z přírodní rudy. Nativní prvky jsou ty látky, které se v přírodě nacházejí ve volném stavu. Patří mezi ně platina, zlato, cín, rtuť. Oddělují se od nečistot mechanicky nebo pomocí chemických činidel.
Ostatní kovy se těží zpracováním jejich sloučenin. Nacházejí se v různých fosiliích. Rudy jsou minerály a horniny, které zahrnují sloučeniny kovů ve formě oxidů, uhličitanů nebo sulfidů. K jejich získání se používá chemické zpracování.
Metody získávání kovů:
• redukce oxidů uhlím;
• získávání cínu z cínového kamene;
• tavení železné rudy;
• spalování sloučenin síry ve speciálních pecích.
Pro usnadnění získávání kovů z rudných hornin se do nich přidávají různé látky zvané tavidla. Pomáhají odstranit nežádoucí nečistoty jako je jíl, vápenec, písek. Výsledkem tohoto procesu jsou tavitelné sloučeniny,zvaný troska.
V přítomnosti značného množství nečistot se ruda před tavením kovu obohacuje odstraněním velké části nepotřebných složek. Nejpoužívanějšími metodami pro tuto úpravu jsou flotace, magnetická a gravitace.
Alkalické kovy
Hromadná výroba alkalických kovů je složitější proces. Je to dáno tím, že se v přírodě vyskytují pouze ve formě chemických sloučenin. Protože se jedná o redukční činidla, je jejich výroba doprovázena vysokými náklady na energii. Existuje několik způsobů, jak extrahovat alkalické kovy:
• Lithium lze získat z jeho oxidu ve vakuu nebo elektrolýzou taveniny jeho chloridu, který vzniká při zpracování spodumenu.
• Sodík se extrahuje kalcinací sody uhlím v těsně uzavřených kelímcích nebo elektrolýzou chloridové taveniny s přídavkem vápníku. První metoda je časově nejnáročnější.
• Draslík se získává elektrolýzou taveniny jeho solí nebo průchodem par sodíku přes jeho chlorid. Vzniká také interakcí roztaveného hydroxidu draselného a kapalného sodíku při teplotě 440 °C.
• Cesium a rubidium se těží redukcí jejich chloridů vápníkem při 700–800 °C nebo zirkoniem při 650 °C. Získávání alkalických kovů tímto způsobem je extrémně energeticky náročné a nákladné.
Rozdíly mezi kovy a slitinami
V zásadě jasná hranice mezi kovy a jejich slitinami prakticky neexistuje, protože i ty nejčistší, nejjednodušší látky majínějaké množství nečistot. Jaký je tedy mezi nimi rozdíl? Téměř všechny kovy používané v průmyslu a v dalších odvětvích národního hospodářství jsou využívány ve formě slitin získaných účelově přidáváním dalších složek k hlavnímu chemickému prvku.
Slitiny
Technologie vyžaduje různé kovové materiály. Čisté chemické prvky se přitom prakticky nepoužívají, protože nemají vlastnosti potřebné pro lidi. Pro naše potřeby jsme vymysleli různé způsoby získávání slitin. Tento termín označuje makroskopicky homogenní materiál, který se skládá ze 2 nebo více chemických prvků. Ve slitině v tomto případě převládají kovové složky. Tato látka má svou vlastní strukturu. U slitin se rozlišují následující složky:
• základ sestávající z jednoho nebo více kovů;
• malé přídavky modifikujících a legujících prvků;
• neodstraněné nečistoty (technologické, přírodní, náhodné).
Slitiny kovů jsou hlavním konstrukčním materiálem. V technologii je jich více než 5000.
Typy slitin
Navzdory takové rozmanitosti slitin jsou pro lidi nejdůležitější slitiny na bázi železa a hliníku. Jsou nejčastější v každodenním životě. Typy slitin jsou různé. Navíc jsou rozděleny podle několika kritérií. Používají se tedy různé způsoby výroby slitin. Podle tohoto kritéria se dělí na:
• Obsazení, kterézískané krystalizací taveniny směsných složek.
• Prášek, vytvořený lisováním směsi prášků a následným slinováním při vysoké teplotě. Kromě toho často součástí takových slitin nejsou pouze jednoduché chemické prvky, ale také jejich různé sloučeniny, jako jsou karbidy titanu nebo wolframu v tvrdých slitinách. Jejich přidání v určitých množstvích mění vlastnosti kovových materiálů.
Metody získávání slitin ve formě hotového výrobku nebo polotovaru se dělí na:
• slévárna (silumin, litina);
• tepané (oceli);
• prášek (titan, wolfram).
Typy slitin
Metody získávání kovů jsou různé, zatímco materiály vyrobené díky nim mají jiné vlastnosti. V pevném stavu agregace jsou slitiny:
• Homogenní (uniformní), skládající se z krystalů stejného typu. Často jsou označovány jako jednofázové.
• Heterogenní (heterogenní), nazývané vícefázové. Když jsou získány, je jako základ slitiny vzat pevný roztok (fáze matrice). Složení heterogenních látek tohoto typu závisí na složení jejích chemických prvků. Takové slitiny mohou obsahovat následující složky: pevné roztoky intersticiálních a substitučních, chemické sloučeniny (karbidy, intermetallidy, nitridy), krystality jednoduchých látek.
Vlastnosti slitiny
Bez ohledu na to, jaké metody získávání kovů a slitin se používají, jejich vlastnosti jsou zcela určeny krystalickoufázová struktura a mikrostruktura těchto materiálů. Každý z nich je jiný. Makroskopické vlastnosti slitin závisí na jejich mikrostruktuře. V každém případě se liší od charakteristik svých fází, které závisí pouze na krystalové struktuře materiálu. Makroskopická homogenita heterogenních (vícefázových) slitin je získána jako výsledek jednotné distribuce fází v kovové matrici.
Nejdůležitější vlastností slitin je svařitelnost. Jinak jsou totožné s kovy. Slitiny tedy mají tepelnou a elektrickou vodivost, tažnost a odrazivost (lesk).
Růdy slitin
Různé metody získávání slitin umožnily člověku vynalézt velké množství kovových materiálů s různými vlastnostmi a charakteristikami. Podle účelu se dělí do následujících skupin:
• Konstrukční (ocel, dural, litina). Do této skupiny patří i slitiny se speciálními vlastnostmi. Vyznačují se tedy vlastní bezpečností nebo vlastnostmi proti tření. Patří mezi ně mosaz a bronz.
• Pro lití ložisek (babbit).
• Pro elektrické topné a měřicí zařízení (nichrom, manganin).
• Pro výrobu řezných nástrojů (win).
Při výrobě lidé používají i jiné druhy kovových materiálů, jako jsou tavitelné, žáruvzdorné, korozivzdorné a amorfní slitiny. Široce používané jsou také magnety a termoelektrika (teluridy a selenidy vizmutu, olova, antimonu a další).
Slitiny železa
Prakticky veškeré železo vytavené na Zemi směřuje k výrobě jednoduchých a legovaných ocelí. Používá se také při výrobě železa. Slitiny železa si získaly svou oblibu díky tomu, že mají vlastnosti prospěšné pro člověka. Získaly se přidáním různých složek k jednoduchému chemickému prvku. Takže navzdory skutečnosti, že různé slitiny železa jsou vyráběny na základě jedné látky, oceli a litiny mají různé vlastnosti. Díky tomu nacházejí různé aplikace. Většina ocelí je tvrdší než litina. Různé metody získávání těchto kovů vám umožňují získat různé třídy (značky) těchto slitin železa.
Zlepšit vlastnosti slitiny
Stavením určitých kovů a jiných chemických prvků lze získat materiály se zlepšenými vlastnostmi. Například mez kluzu čistého hliníku je 35 MPa. Při získávání slitiny tohoto kovu s mědí (1,6 %), zinkem (5,6 %), hořčíkem (2,5 %) toto číslo přesahuje 500 MPa.
Kombinací různých poměrů různých chemikálií lze získat kovové materiály se zlepšenými magnetickými, tepelnými nebo elektrickými vlastnostmi. Hlavní roli v tomto procesu hraje struktura slitiny, což je rozložení jejích krystalů a typ vazeb mezi atomy.
Oceli a železa
Tyto slitiny se získávají kombinací železa a uhlíku (2 %). Při výrobě legovaných materiálů se přidávajínikl, chrom, vanad. Všechny běžné oceli jsou rozděleny do typů:
• nízkouhlíkové (0,25 % uhlíku) používané pro různé konstrukce;
• Vysoký obsah uhlíku (více než 0,55 %) navržený pro řezné nástroje.
Ve strojírenství a dalších výrobcích se používají různé třídy legovaných ocelí.
Slitina železa s uhlíkem, jehož podíl je 2-4 %, se nazývá litina. Tento materiál obsahuje také křemík. Z litiny se odlévají různé výrobky s dobrými mechanickými vlastnostmi.
Neželezné kovy
Kromě železa se k výrobě různých kovových materiálů používají i jiné chemické prvky. V důsledku jejich kombinace se získají neželezné slitiny. V životě lidí našly největší využití materiály založené na:
• Měď, zvaná mosaz. Obsahují 5-45% zinku. Pokud je jeho obsah 5-20%, pak se mosaz nazývá červená, a pokud 20-36% - žlutá. Existují slitiny mědi s křemíkem, cínem, beryliem, hliníkem. Říká se jim bronzy. Existuje několik typů těchto slitin.
• Olovo, což je běžná pájka (tretnik). V této slitině připadají 2 díly cínu na 1 díl této chemikálie. Ložiska jsou vyráběna za použití babbittu, což je slitina olova, cínu, arsenu a antimonu.
• Hliník, titan, hořčík a berylium, což jsou lehké neželezné slitiny s vysokou pevností a vynikajícími mechanickými vlastnostmivlastnosti.
Metody získávání
Hlavní metody získávání kovů a slitin:
• Slévárna, ve které tuhne homogenní směs různých roztavených složek. K získávání slitin se používají pyrometalurgické a elektrometalurgické metody získávání kovů. V první variantě se tepelná energie získaná v procesu spalování paliva využívá k ohřevu suroviny. Pyrometalurgickým způsobem se vyrábí ocel v otevřených pecích a litina ve vysokých pecích. Při elektrometalurgické metodě se suroviny ohřívají v indukčních nebo elektrických obloukových pecích. Surovina přitom velmi rychle změkne.
• Prášek, ve kterém se k výrobě slitiny používají prášky jeho složek. Díky lisování získají určitý tvar a poté se spékají ve speciálních pecích.
