METALE
Metalami nazywamy substancje które w skondensowanych stanach skupienia charakteryzują się bardzo dobrą przewodnością cieplną i elektryczną , specyficznym połyskiem oraz nieprzezroczystością a w stanie stałym występują w formie krystalicznej. Metale najczęściej spotykamy w postaci rudy będących związkami metalu i domieszek mineralnych. Metale techniczne i stopy uzyskuje się z rud za pomocą procesów metalurgicznych wiążących się z zaabsorbowaniem dużej ilości energii Proces otrzymania metalu z rudy można podzielić na trzy stadia:
wstępna przeróbka polegająca na przygotowaniu rudy z jej wzbogaceniem ( ze zwiększeniem procentowej zawartości metalu)
właściwy proces metalurgiczny do otrzymania metalu surowego
rafinacja w wyniku której uzyskuje się metal do przeróbki plastycznej odlewania lub wytwarzania stopów
Dla celów praktycznych metale dzieli się na:metale i stopy żelazne ( stal, żeliwo),metale i stopy nie żelazne - podstawowy składnik aluminium , miedź, cyna
W temperaturze pokojowej metale wystepują w stanie stałym ( z wyjątkiem rtęci , która w tych warunkach jest cieczą) Metale odznaczają się :
a) szczególną zdolnością odbijania promieniowania świetlnego , czyli połyskiem metalicznym ,
b) w dotyku sa zimne gdyż ich duże przewodnictwo cieplne powoduje odprowadzanie energii ( na tak zwany sposób ciepła ) od skóry ,
c) większość z nich ma dużą wytrzymałość mechaniczną ,
d) dobrze przewodzą elektryczność i ciepło ,
e) jednocześnie są ciągliwe i kowalne ,
f) większość z nich ma znaczną gęstość gdyż w kryształach metali ich atomy są gęsto upakowane
( ułożone ) ,
g) maja dodatni współczynnik temperatury oporu ,
h) są nieprzeźroczyste ,
i) niektóre pierwiastki mają właściwości pośrednie między charakterem metalicznym i niemetalicznym .
Z technicznego punktu widzenia najważniejszym metalem jest żelazo ( Fe ) , będące głównym składnikiem stali . Inne technicznie ważne metale ( poza żelazem ) określa się nazwą metali nieżelaznych . Metale o gęstości mniejszej od 4,5 g*cm-3 zalicza się do tzw. metali lekkich ( najważniejsze z nich to : glin , magnez , beryl , sód , potas ) , natomiast o gęstości większej od 4,5 g*cm-3 zalicza się do metali ciężkich . Wśród nich ważną grupę stanowią metale kolorowe ( cyna , miedź , cynk , ołów ) , stosowane do otrzymywania różnego rodzajów stopów . Najbardziej odporne chemicznie sa tzw. metale szlachetne ( platyna , złoto , srebro ) . Często stosuje się tez podział metali na metale żelazne ( żelazo , stal , staliwo , żeliwo ) i nieżelazne ( pozostałe ) bądź metale uszlachetniające stal .
Metale są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie . Występują w postaci rud czyli minerałów lub skał , z których za pomoca procesów metalurgicznych ( hutnictwo , metalurgia ) wytapia się żelazo ( surówkę żelaza ) lub dany metal . Metale mają szerokie zastosowanie zwłaszcza jako materiały konstrukcyjne .
Polska jest krajem o dużych zasobach rud metali zwłaszcza kolorowych. Złoża rud żelaza są obecnie nieeksploatowane ze względu na skromne ich zasoby , mające niski procent zawartości żelaza w rudzie
Miedź, cuprum, Cu, metal półszlachetny, Miedź jest ciągliwym i kowalnym metalem o czerwonym połysku, stanowi najlepszy, po srebrze, przewodnik ciepła i elektryczności Metaliczną miedź otrzymuje się, po wcześniejszej koncentracji rud Otrzymaną miedź oczyszcza się metodą elektrolityczną. Zastosowania: metaliczna miedź do wyrobu przewodów elektrycznych, blach miedzianych, licznych stopów, m.in. brązów (brąz glinowy, czyli brązal, jest stosowany obecnie do bicia złocistych części monet 2 i 5 zł), mosiądzów, spiżów związki miedzi - w przemyśle farbiarskim, hutnictwie szkła i materiałów ceramicznych. W Polsce eksploatowane są złoża rud miedzi w zagłębiu lubińsko-głogowskim, zawierające także domieszki wielu innych cennych pierwiastków.
Cyna, stannum, Sn W przyrodzie cyna występuje w minerałach -Cyna szara (cyna a) krystalizuje w układzie regularnym, ma postać proszku i własności półprzewodnikowe. Cyna biała (cyna b), metaliczna, jest srebrzystobiała z odcieniem niebieskawym, krystalizuje w układzie tetragonalnym. Wykazuje odporność na działanie czynników atmosferycznych. Ulega działaniu mocnych kwasów Cyna jest składnikiem brązów, stopów łożyskowych i czcionkowych oraz stopów do lutowania. Przedmioty metalowe (np. blachę do produkcji puszek konserwowych) poddaje się cynowaniu, czyli pokrywaniu ochronną warstwą cyny. Główny materiał wyrobów konwisarskich, użytkowych i artystycznych.
Cynk, zincum, Zn, W przyrodzie cynk występuje w minerałach Cynk jest niebieskawosrebrzystym metalem Rozpuszcza się w mineralnych kwasach Metaliczny cynk jest stosowany do produkcji blach cynkowych, elektrod w ogniwach galwanicznych oraz w metalurgii złota i srebra.
Cynk jest składnikiem wielu stopów (mosiądze, brązy, tombak). W skali laboratoryjnej cynk bywa stosowany jako środek redukujący lub czynnik do wydzielania wodoru. Związki cynku służą do produkcji farb cynkowych, farmaceutyków oraz do impregnacji drewna.
Glin, Al, aluminium W przyrodzie glin występuje w minerałach: Glin jest srebrzystobiałym, kowalnym i ciągliwym metalem, o własnościach amfoterycznych, atmosferze powietrza lub podczas działania kwasami utleniającymi na glin, na jego powierzchni powstaje warstewka tlenku, która chroni metal przed dalszą korozją. Glin ulega działaniu kwasu solnego, gorących i rozcieńczonych kwasów: azotowego i octowego, gorącego stężonego kwasu siarkowego
Najbardziej znanym połączeniem glinu z tlenem jest otrzymywany w wysokich temperaturach, trudnotopliwy i bardzo twardy α-Al2O3 (korund), Techniczne znaczenie mają stopy glinu z innymi metalami, odznaczające się niskim ciężarem właściwym (duraluminium, magnalium, skleron). Są one stosowane w przemyśle lotniczym i samochodowym. Metaliczny glin służy do produkcji przedmiotów codziennego użytku, przewodów elektrycznych, aparatury chemicznej, zwierciadeł teleskopowych, folii stosowanej powszechnie do pakowania.
Za pomocą glinu można wydzielać inne metale z ich związków (aluminotermia). Sproszkowany glin jest składnikiem farb i materiałów wybuchowych. Glinokrzemiany są podstawowymi składnikami wyrobów ceramicznych. Zabarwione kryształy korundu znane są jako kamienie szlachetne (kamienie ozdobne) - rubiny, szafiry - wykorzystywane technicznie w konstrukcji laserów. Chlorek glinu AlCl3 stosowany jest jako katalizator a glinowodorek litu LiAlH4 jako reduktor w syntezach organicznych.
Nikiel, niccolum, Ni, Nikiel rodzimy występuje w meteorytach. Rudy niklu przerabia się najczęściej na tlenki, redukowane następnie węglem, a tak otrzymany surowy nikiel poddaje się rafinacji elektrolitycznej.
Nikiel jest niezbyt twardym metalem o srebrzystobiałym (ze słabym odcieniem żółtawym Nie ulega korozji w wilgotnym powietrzu (niklowanie) Nikiel znajduje zastosowanie do produkcji stopów (konstantan, nikielina, hipernik, nowe srebro (alpaka, argentan), alniko, stop Monela, chromonikielina, manganin, melchior, miedzionikiel, mosiądze, stop K-42-B oraz in.) i jako katalizator, jego związki zaś są używane do niklowania i produkcji akumulatorów niklowych Edisona.
Ołów, Pb, plumbum Ołów jest typowym metalem o barwie szarej, miękkim, plastycznym, Wszystkie związki ołowiu są trujące. Ulega również działaniu kwasu octowego (przy dostępie powietrza) oraz stężonego, gorącego kwasu siarkowego i kwasu azotowego Ołów jest składnikiem stopów łożyskowych i czcionkowych oraz stopów do lutowania. Z ołowiu wykonywane są także: płyty akumulatorowe, aparatura do produkcji kwasu siarkowego, odpływowe rury kanalizacyjne, osłony kabli elektrycznych, śrut, elementy pocisków. Arkusze ołowiane umieszczone w konstrukcji dużych budynków chronią przed wibracjami i hałasem.
Związki ołowiu służą do wyrobu farb antykorozyjnych i malarskich, pigmentów i zapraw (obecnie coraz rzadziej ze względu na szkodliwe własności tych związków). Tlenki ołowiu są składnikiem wyrobów szklanych
STOPY
Stop, tworzywo metaliczne otrzymane przez stopienie dwóch lub więcej pierwiastków, z których co najmniej jeden, użyty w przeważającej ilości, jest metalem. Stop wykonuje się w celu zmiany określonych własności metalu zasadniczego, np. polepszenia własności mechanicznych lub odlewniczych.
Stop można otrzymywać przez stopienie składników w piecu, metodą elektrolizy, dyfuzji jednego składnika w drugi w stanie stałym lub przez spiekanie (spiek).
W zależności od głównego składnika stopowego rozróżnia się: stop żelaza (stal, żeliwo i żelazostopy) oraz stop metali nieżelaznych.
Mosiądze,
stopy miedzi z cynkiem (10-45%), zawierające często dodatki innych metali: ołowiu, glinu, żelaza, manganu (mosiądz manganowy, stosowany w obecnie będących w obiegu monetach 1, 2 i 5 groszy). Mosiądz czerwony (do 10% cynku, tombak), mosiądz kowalny (Muntza stop), mosiądz wysokoniklowy (argentan, nowe srebro).
Mosiądze są na ogół łatwe do obróbki i odporne na korozję. Mosiądz otrzymuje się przez stapianie składników, a także przez elektrolityczne nakładanie powłok mosiężnych (mosiądzowanie). Zastosowanie do wyrobu blach, drutów, rur, śrub, części maszyn i przyrządów.
Brązy,
stopy miedzi z cyną (<20% Sn) zawierające domieszkę cynku i ołowiu, niekiedy także fosforu (0,5% P, brązy fosforowe), krzemu (<5% Si, brązy krzemowe), glinu (<12% Al, brązy aluminiowe), berylu (<5% Be, brązy berylowe), manganu (<12% Mn, brązy manganowe).
Miedzionikiel,
srebrzystobiały stop niklu z miedzią, odporny na korozję. Dodatki uzupełniające to aluminium, krzem, mangan i żelazo
Monel, stop Monela,
stop niklu (ok. 70%) i miedzi, z niewielkimi dodatkami manganu i żelaza. Charakteryzuje się podatnością na obróbkę plastyczną na zimno i na gorąco, wysoką odpornością na korozję i dobrymi własnościami mechanicznymi.
Stosowany jest do produkcji aparatury, zbiorników, części maszyn i instalacji narażonych na korozję, a pod postacią drutu służy do spawania żeliwa szarego
Spiż,
brąz zawierający oprócz miedzi: cynę (11%), cynk (2-7%) i ołów (2-6%). Spiż wykazuje odporność na ścieranie. Stosowany do wytwarzania części maszyn, dzwonów oraz elementów dekoracyjnych. Dawniej także do odlewania armat.
Skleron,
stop glinu zawierający ok. 12% cynku i 3% miedzi. Skleron odznacza się dużą wytrzymałością mechaniczną. Stosowany jest w konstrukcjach samochodów, statków, maszyn.
Duraluminium,
dural, wieloskładnikowy stop aluminium, miedzi (2.0-4.9 %), magnezu (0.15-1.8 %), manganu (0.3-1.0 %) z domieszkami krzemu i żelaza, przeznaczony do obróbki plastycznej.
Duraluminium charakteryzuje się dobrymi własnościami mechanicznymi przy stosunkowo małym ciężarze właściwym
Lutowia, luty,
stopy cyny z ołowiem lub cyny z cynkiem (lutowia miękkie), a także srebro, miedź, mosiądz i in. (lutowia twarde), stosowane w postaci prętów, drutów, taśm, proszków, past itp. do lutowania. Niekiedy druty lub taśmy lutowia zawierają wewnątrz \"żyłki\" topnika (tzw. tinole).
3