Metale

Ponad 80 poznanych minerałów chemicznych zalicza się do metali.

Właściwości fizyczne:

Charakterystyczną cechą jest tak zwana struktura metaliczna. Metale podobnie, jak większość ciał stałych, mają budowę krystaliczną. W kryształach metali atomy ułożone są w pewnym określonym porządku trójwymiarowym, powtarzającym się prawidłowo. Kryształy metali zawierają w węzłach siatki krystalicznej pewna liczbę dodatnich jonów metali, a w przestrzeni między węzłowej – równoważna im odpowiednią liczbę elektronów swobodnych, to jest nie należących w danym momencie do któregokolwiek określonego atomu, tworzących tzw. Gaz elektronowy. Między innymi ze swobodnym ruchem elektronów w metalach wiąże się ich duże przewodnictwo elektryczne. Metale w zależności od ich ciężaru właściwego dzielimy na metale lekkie i metale ciężkie.

Właściwości chemiczne:

Podstawową cechą chemiczną metali jest zdolność oddawania przez ich atomy elektronów walencyjnych i tworzenia jonów dodatnich(kationów). Metale są tym aktywniejsze, im łatwiej ich atomy tracą elektrony. Zdolność atomów metali do oddawania elektronów jest uzależniona od liczby elektronów zewnętrznej powłoki elektronowej i od liczby powłok elektronowych. Do metali występujących w postaci wolnej, tj. w stanie rodzimym, należą t.zw. metale szlachetne: złoto, platyna, a rzadziej: miedź, srebro, rtęć.

Otrzymywanie metali:

Metale otrzymuje się z rud w wyniku procesów chemicznych, określonych mianem procesów metalurgicznych. Ponieważ w rudach metale występują w postaci utlenionej, procesy te sprowadzają się do redukcji kationów metali. W charakterze reduktorów najczęściej stosuje się koks (ponad 90% C), tlenek węgla, wodór, niektóre metale i proces elektrolizy. Podst. czynnościami w procesie technologicznego otrzymywania metali są: *wyodrębnienie związku tego metalu w postaci nadającej się do redukcji * regulacja metalu zawartego w tym związku do zerowej wartościowości. Przy doborze reduktora należy uwzględnić aktywność chemiczną reduktora metalu oraz koszty produkcji. Rudy zawierające metal w postaci węglanów lub siarczków poddaje się najpierw prężeniu w celu przeprowadzenia tych soli w odpowiednie tlenki. Prężenie węglanów odbywa się bez dostępu powietrza (tlenu), zaś siarczanów – przy jego silnym dopływie. Metale są stosowane w przemyśle najczęściej nie w stanie czystym, lecz w postaci tzw stopów. Stop składa się z atomów dwóch lub większej liczby pierwiastków. Otrzymywanie stopów polega na stapianiu odpowiednich metali lub metali z niemetalami. Stopy mają inne właściwości niż ich substancje wyjściowe. Stopy odgrywają ogromną role we współczesnej technice bo przez tworzenie stopów różnych metali można otrzymywać tworzywa o pożądanych właściwościach *mosiądze-stopy, które zawierające najczęściej 60% Cu i 40%Zn *brązy- są to stopy miedzi i cyny oraz niewielkich ilości innych metali.*duraluminium – stopy te zawierają aluminium z niewielkimi ilościami miedzi, manganu i magnezu *stopy żelaza – metalurgia żelaza w pierwszym etapie sprowadza się do otrzymania surówki (surowego żelaza), w drugim zaś polega na przetworzeniu surówki w stal. Naukowcy nieustannie badają różne tworzywa w poszukiwaniu nowych, i bardziej wytrzymałych materiałów. Dzisiejszy rozwój w przemyśle metalurgicznym doprowadził do powstania wielu pożytecznych tworzyw, których właściwości i zastosowanie wymieniłem wyżej. Dzięki takim odkryciom możliwy jest rozwój wielu innych dziedzin nauki i przemysłu, który, mam nadzieję, będzie rozwijał się w przyszłości i doprowadzi do poprawienia naszego komfortu życia.

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych - składników stopowych - zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami. Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia - stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie najwyższej jakości stali. Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych - wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy

Korozja metali i jej zwalczanie:

Metale i ich stopy ulegają stopniowemu niszczeniu pod wpływem powietrza, wody, roztworów elektrolitów, odpowiednich gazów itp. Niszczenie metalu pod wpływem otaczającego środowiska, powodujące zmiany właściwości metalu w wyniku zachodzących reakcji chem.nazywanych korozją. Korozja polega na utlenianiu metalu. W wyniku stykania się go z tlenem, z wodą oraz gazami zawartymi w powietrzu( jak CO2, SO2, H2S). Np. żelazo w zetknięciu z czynnikami atmosferycznymi pokrywa się warstwą tlenków, co zwiększa porowatość pow. metalu. Niektóre metale pod wpływem tlenu atmosf.pokrywają się warstwą tlenków, hamując dalszy proces utleniania metalu, nazywamy pasywacją metalu. Z życia codziennego wiemy, że przedmioty żelazne w zetknięciu z wilgotnym powietrzem szybko pokrywają się rdzą. Korozji zapobiega się przez powlekanie metalu warstwami ochronnymi z tworzyw sztucznych lub innych metali. B.dobrą ochronę żelazną stanowi pokrycie przedmiotu żelaznego powłoką z manganu lub chromu, powlekanie zelaza mniej od niego aktywnymi (np. Ag, Cu) jest tylko trwałe do momentu odsłonięcia pow.żelaza. Odsłonięta warstwa w zetknięciu z elektrolitem ulega utlenianiu. Niemetaliczne powłoki ochronne otrzymuje się przez powlekane powierzchni metalowych(Pb3O4 ściślej 2PbO*PbO2) zmieszana z protoksem, lakierami, smołą, żywicami itp. Powłoka taka szczelnie przylega do pow.metalu, chroniąc go przed korozją