Navzdory tomu, že uměle vytvořené materiály jsou stále více využívány v průmyslu a každodenním životě, není zatím možné odmítnout použití kovů. Mají jedinečnou kombinaci vlastností a slitiny umožňují maximalizovat jejich potenciál. V jakých oblastech je výroba a použití kovů?
Charakteristika skupiny prvků
Kovy jsou chápány jako soubor anorganických chemikálií s charakteristickými vlastnostmi. Obvykle zahrnují následující:
- vysoká tepelná vodivost;
- tažnost, relativní snadnost obrábění;
- relativně vysoký bod tání;
- dobrá elektrická vodivost;
- charakteristický "kovový" lesk;
- úloha redukčního činidla v reakcích;
- vysoká hustota.
Samozřejmě ne všechny prvky této skupiny mají všechny tyto vlastnosti, například rtuť je při pokojové teplotě kapalná, gallium taje teplem lidských rukou a vizmut lze jen stěží nazvat plastem. Ale obecně lze všechny tyto vlastnosti vysledovat u všech kovů.
Interní klasifikace
Kovy jsou podmíněně rozděleny do několika kategorií, z nichž každá kombinuje prvky, které jsou si v různých parametrech nejblíže. Rozlišují se následující skupiny:
- alkalické - 6;
- alkalická země - 4;
- přechodné - 38;
- light - 7;
- polokovy - 7;
- lanthanoidy – 14+1;
- aktinidy – 14+1;
Ze skupin jsou ještě dvě: berylium a hořčík. V tuto chvíli tedy ze všech objevených prvků připisuje kovům 94 vědců.
Kromě toho stojí za zmínku, že existují další klasifikace. Samostatně se podle nich posuzují kovy ušlechtilé, kovy platinové skupiny, post-přechodové, žáruvzdorné, železné a neželezné kovy atd. Tento přístup má smysl pouze pro určité účely, proto je výhodnější použít obecně uznávanou klasifikaci.
Historie účtenek
Lidstvo bylo během svého vývoje úzce spojeno se zpracováním a používáním kovů. Kromě toho, že se jednalo o nejběžnější prvky, bylo možné z nich vyrobit různé výrobky pouze pomocí mechanického zpracování. Vzhledem k tomu, že v práci s rudou nebyly žádné dovednosti, šlo nejprve pouze o používání nugetů. Nejprve to byl měkký kov, který dal jméno době mědi, která nahradila tu kamennou. V tomto období byla vyvinuta metoda kování za studena. V některých civilizacích je tavení možné. Postupně se lidé vybarvovalikovy jako zlato, stříbro, cín.
Později doba bronzová nahradila dobu měděnou. Trvalo asi 20 tisíciletí a stalo se pro lidstvo zlomovým bodem, protože právě v tomto období bylo možné získat slitiny. Dochází k postupnému rozvoji hutnictví, zdokonalují se způsoby získávání kovů. Nicméně ve 13-12 století. před naším letopočtem E. došlo k tzv. zřícení bronzu, které znamenalo začátek doby železné. Bylo to pravděpodobně způsobeno vyčerpáním zásob cínu. A olovo a rtuť, objevené v té době, se nemohly stát náhradou za bronz. Lidé tedy museli vyvinout výrobu kovů z rud.
Další období netrvalo dlouho – méně než tisíciletí, ale zanechalo jasnou stopu v historii. Navzdory skutečnosti, že železo bylo známé mnohem dříve, nebylo téměř nikdy používáno kvůli jeho nedostatkům ve srovnání s bronzem. Navíc to druhé bylo mnohem snazší získat, zatímco tavení rudy bylo náročnější na práci. Faktem je, že přírodní železo je poměrně vzácné, takže není divu, že opouštění bronzu bylo tak pomalé.
Význam dovedností při těžbě kovů
Podobně jako předchůdce člověka poprvé vyrobil nástroj přivázáním ostrého kamene na hůl, přechod na nový materiál se ukázal být stejně grandiózní. Hlavní výhody kovových výrobků spočívaly v jejich snadnější výrobě a opravách. Kámen nemá plasticitu a tvárnost, takžejakékoli zbraně z něj mohly být vyrobeny pouze nově, nemohly být opraveny.
Byl to tedy přechod k používání kovů, který vedl k dalšímu zdokonalování nářadí, vzniku nových domácích potřeb, dekorací, které dříve nebylo možné vyrobit. To vše dalo impuls technologickému pokroku a položilo základy pro rozvoj metalurgie.
Moderní metody
Pokud ve starověku lidé znali pouze získávání kovů z rud nebo se spokojili s nugety, pak v současnosti existují jiné způsoby. Staly se možnými díky rozvoji chemie. Tak se objevily dva hlavní směry:
- Pyrometalurgie. S jeho vývojem se začalo dříve a je spojeno s vysokými teplotami potřebnými ke zpracování materiálu. Moderní technologie v této oblasti také umožňuje použití plazmy.
- Hydrometalurgie. Tento směr se zabývá extrakcí prvků z rud, odpadů, koncentrátů atd. pomocí vody a chemických činidel. Například metoda zahrnující výrobu kovů elektrolýzou je extrémně běžná a metoda nauhličování je také docela populární.
Je tu další zajímavá technologie. Díky tomu bylo možné získat drahé kovy vysoké čistoty as minimálními ztrátami. Jde o zjemnění. Tento proces je jedním z typů rafinace, tedy postupné separace nečistot. Například u zlata se používá nasycení taveniny chlórem a platina se rozpustí vminerální kyseliny s následnou izolací pomocí činidel.
Mimochodem, získávání kovů elektrolýzou se nejčastěji používá, pokud tavení nebo získávání není ekonomicky životaschopné. To je přesně to, co se děje s hliníkem a sodíkem. Existují také inovativnější technologie, které umožňují získat neželezné kovy i z poměrně chudých rud bez významných nákladů, ale o tom si povíme trochu později.
O slitinách
Většina kovů známých ve starověku vždy nesplňovala některé potřeby. Koroze, nedostatečná tvrdost, křehkost, křehkost, křehkost - každý prvek ve své čisté formě má své nevýhody. Proto bylo nutné najít nové materiály, které spojují výhody známých, tedy najít způsoby, jak získat kovové slitiny. Dnes existují dvě hlavní metody:
- Casting. Tavenina smíchaných složek se ochladí a krystalizuje. Právě tato metoda umožnila získat první vzorky slitin: bronzu a mosazi.
- Stisknutím. Směs prášků je vystavena vysokému tlaku a poté slinována.
Další vylepšení
V posledních desetiletích je nejslibnější výroba kovů pomocí biotechnologií, především pomocí bakterií. Ze sulfidických surovin již bylo možné těžit měď, nikl, zinek, zlato a uran. Vědci doufají, že propojí mikroorganismy s procesy, jako je vyluhování, oxidace, sorpce a srážení. Navíc je to nesmírně důležitéproblém hloubkového čištění odpadních vod, i pro to se snaží najít řešení, které zahrnuje účast bakterií.
Aplikace
Bez kovů a slitin by život v podobě, v jaké jej nyní lidstvo zná, nebyl možný. Výškové budovy, letadla, nádobí, zrcadla, elektrické spotřebiče, auta a mnoho dalšího existuje jen díky vzdálenému přechodu lidí od kamene k mědi, bronzu a železu.
Vzhledem k jejich výjimečné elektrické a tepelné vodivosti se kovy používají v drátech a kabelech pro širokou škálu účelů. Zlato se používá k vytváření neoxidačních kontaktů. Díky své pevnosti a tvrdosti jsou kovy široce používány ve stavebnictví a pro širokou škálu konstrukcí. Další oblast použití je instrumentální. Pro výrobu opracovaného např. řezného dílu se často používají tvrdé slitiny a speciální druhy oceli. A konečně, ušlechtilé kovy jsou vysoce ceněny jako materiál pro šperky. Takže existuje spousta aplikací.
Zajímavé o kovech a slitinách
Použití těchto prvků je tak rozšířené a má tak dlouhou historii, že není divu, že vznikají různé kuriózní situace. Oni a jen pár zajímavých faktů by měly být uvedeny na závěr:
- Před jeho rozšířeným používáním byl hliník vysoce ceněn. Z tohoto materiálu byly vyrobeny příbory, které Napoleon III. používal při přijímání hostůpýcha panovníka.
- Název platina ve španělštině znamená „stříbro“. Prvek dostal tak nelichotivé jméno kvůli relativně vysokému bodu tání a tedy nemožnosti jeho dlouhodobého používání.
- Ve své nejčistší podobě je zlato měkké a snadno se poškrábe nehtem. Proto se při výrobě šperků leguje stříbrem nebo mědí.
- Existují slitiny se zvláštní vlastností termoelasticity, tedy efektem tvarové paměti. Po deformaci a následném zahřátí se vrátí do původního stavu.
