Termokings.ru

Домашний Мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Общая характеристика металлов

Общая характеристика металлов

Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп, выделены синим цветом), а справа вверху – элементы-неметаллы (выделены желтым цветом). Элементы, расположенные вблизи диагонали – полуметаллы или металлоиды (B, Si, Ge, Sb и др.), обладают двойственным характером (выделены розовым цветом).

Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (начиная со второго), далее слева направо металлические свойства ослабевают. В группе сверху вниз металлические свойства усиливаются, т.к увеличивается радиус атомов (за счет увеличения числа энергетических уровней). Это приводит к уменьшению электроотрицательности (способности притягивать электроны) элементов и усилению восстановительных свойств (способность отдавать электроны другим атомам в химических реакциях).

Типичными металлами являются s-элементы (элементы IА-группы от Li до Fr. элементы ПА-группы от Мg до Rа). Общая электронная формула их атомов ns 1-2 . Для них характерны степени окисления + I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1-2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами — это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К + Вг — , Сa 2+ О 2-. Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами — гидроксидов и солей, например Мg 2+ (OН — )2, (Li + )2СO3 2-.

Металлы А-групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Ве-Аl-Gе-Sb-Ро, а также примыкающие к ним металлы (Gа, In, Тl, Sn, Рb, Вi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns 2 np 0-4 предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры — соединения Тl III , Рb IV , Вi v ). Подобное химическое поведение характерно и для большинства (d-элементов, т. е. элементов Б-групп Периодической системы (типичные примеры — амфотерные элементы Сr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga2, в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути (II) АlСl3 и НgСl2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе АlСl3 диссоциирует почти полностью, а НgСl2 — в очень малой степени (да и то на ионы НgСl + и Сl — ).

Виды черных металлов

Черные металлы имеют темный цвет (от темно-серого до черного), обладают полиморфизмом, имеют большую плотность, высокую температуру плавления и высокий уровень твердости.

Черные металлы по своим характеристикам разделаются на отдельные группы:

Читать еще:  Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости

    Железные металлы (ферромагнетики) — к ним относят железо, кобальт, никель, марганец. Как добавки к сплавам железа применяют никель, марганец и кобальт. Их используют, как основы для определенных сплавов, похожих на высоколегированные стали.

  • Тугоплавкие металлы используют, как в качестве основы, так и как добавки к легированным сталям. Температура их плавления выше, чем у железа, чем +1539 градусов;
  • Урановые металлы (актиниды) часто применяют в атомной энергетике;
  • РЗМ (редкоземельные металлы), к ним относят лаптан, церий, празеодим, неодим и др. Каждый из этих металлов имеет уникальные физические свойства, применяются они, как добавки к сплавам других металлов. В природе они образуют смесь, которую сложно разделять на отдельные металлы, поэтому в металлургической промышленности используют ее цельную. Называется мишметалл, содержит в себе 40-45 % Се и другие редкоземельные металлы. Такими смешанными сплавами считают дидим (сплав в основе которого неодим и празеодим), ферроцерий (цений и железо в основе) и другие.
  • Щелочноземельные металлы, они применяются только в редких особых случаях (теплоносители в атомных реакторах).
  • Применение металлов берет свои корни в те времена, когда еще не было металлургии, но уже применялись такие металлы, как серебро и золото, так как они встречаются в природе в чистом виде и не нужны специализированные методы и техника, чтобы их добывать. Далее начали применять такие металлы. Как олово, свинец, железо. Большая часть металлов была открыта в 19 веке. По статистике на сегодняшний день наиболее распространенный металл в металлургии — железо, благодаря его свойствам: доступная стоимость высокий уровень механических свойств, возможность массового изготовления, распространенность в природе.

    Галлий

    Вторым в списке наиболее легкоплавких металлов находится галлий. Он становится жидкостью при температуре выше 29,5 градусов Цельсия, и размягчить его можно просто подержав немного в руках. При нормальных условиях галлий очень хрупкий, легко поддается механическому воздействию и окрашен в светло-серебристый, несколько голубоватый оттенок.

    Металл очень рассеян в земной коре и не встречается в виде самородков. В природе его находят в составе различных минералов, таких как гранат, мусковит, турмалин, хлорит, полевой шпат. Кроме того, он содержится в морской воде. Галлий используют в высокочастотной электронике, для изготовления зеркал и различных сплавов.

    Обработка цветных металлов

    Немногие из курса школьной программы помнят, что цветными металлами принято называть большинство природных металлов. В эту категорию не входят лишь железо и его разнообразные сплавы. Добыча цветных металлов является более дорогостоящей по сравнению с железом, а кроме того, большее внимание уделяется и их обработке. Несмотря на то, что цветные металлы и все действия по их добыче и обработке никак не назовешь дешевыми, преимущества этих полезных ископаемых очевидны.

    Человек активно использует цветные металлы, они с успехом применяются для создания элементов различных инженерных коммуникаций, металлоконструкций, элементов оборудования и техники, а также в других промышленных сферах.

    Польза применения новых методик обработки

    Производители не спешат отказываться от этого сырья, несмотря на то, что сегодня есть возможность использовать полимеры, которые являются более дешевыми. Однако есть вполне реальная возможность сделать стоимость товара ниже. Объясняется это тем, что цветные металлы можно обрабатывать более оперативно и качественно за счет использования новейших технологий.

    Читать еще:  Режим профиля для гипсокартона в домашних условиях

    Предприятия, занятые в сфере обработки металлов, зачастую измеряют свою рентабельность использованием новейших производственных технологий. Известно, что чем активнее задействует то или иное предприятие инновационные обрабатывающие методики, тем большей эффективности оно способно достигнуть. Продукция, при создании которой используются такие технологии, в конечном итоге производится быстрее, стоит дешевле и реализуется в более короткие сроки.

    Применение современных технологий по обработке цветных металлов помогает промышленному предприятию сократить затраты, оптимизировать штатное расписание, снизить стоимость производственного процесса. Кроме того, использование технологических методов способствует повышению экономических показателей, заботе об окружающей среде и снижению расходов сырья и ресурсов.

    Разнообразие цветных металлов

    Весь цветмет может быть разделен в соответствии со своими химическими и физическими показателями. В частности, наука уже давно сгруппировала цветные металлы следующим образом:

    • тяжелые;
    • легкоплавкие;
    • тугоплавкие;
    • драгоценные;
    • радиоактивные;
    • малые;
    • редкоземельные;
    • рассеянные.

    Несмотря на то, что все перечисленные металлы относятся к категории цветных, большинство их используется в промышленности лишь в ограниченных объемах. Наиболее востребованными металлами является всего несколько элементов, а именно:

    • медь;
    • цинк;
    • алюминий.

    Эти три металла являются самыми популярными во всех сферах, касающихся механической обработки. Популярность их обусловлена специфическими характеристиками. Так, алюминий – металл пластичный, обладает отличной электропроводностью. Медь обладает малой электросопротивляемостью, зато она превосходный проводник теплоэнергии и также является пластичным металлом. Кроме того, медь с древних времен известна как материал, идеально подходящий для создания разнообразных сплавов, что позволяет ей оставаться востребованной в строительстве, машиностроении, электротехнике, создании разнообразных приборов.

    Что касается цинка, то, благодаря его повышенной устойчивости к коррозии, металл этот применяется для разработки покрытий с антикоррозийным эффектом. Нередко его добавляют в стальные сплавы. Металл довольно хрупок, однако при нагревании до 150 градусов становится пластичным.

    К популярным цветным металлам относят и бронзу, которая, по сути, самостоятельным химическим элементом не является. Она представляет собой сплав олова и меди. Разнообразные дополнения придают бронзе отличные физические свойства, в том числе, ковкость, гибкость, устойчивость к изнашиванию.

    Цветные металлы и новейшие методы их обработки

    Перечисленные материалы могут обрабатываться самыми разными способами, которые условно можно разделить на механические, горячие, холодные. Методов достаточно много, но наиболее актуальными в настоящее время остаются:

    • сварка;
    • отливка;
    • обработка станочная;
    • обработка под давлением.

    В настоящее время известно несколько вариантов сварки, в том числе, дуговая, газовая, химическая, контактная и другие. Отливка относится к горячим способам обработки. Станки, предназначенные для резки металлов, позволяют осуществлять шлифовальную и токарную обработку, плазменную резку, фрезеровку и прочие виды работ. Не менее популярна и механическая обработка цветных металлов с использованием давления. К ней относятся прокат, прессовка, волочение, штамповка.

    В зависимости от особенностей металла и его характеристик, нужно выбирать и способ обработки. Здесь учитываются изменяющиеся при нагревании свойства, теплопроводность, взаимодействие с атмосферными газами (в случае термической обработки), а также теплоемкость. Следует уделять также внимание и защите продукции из цветмета в будущем. Для этого многие детали покрывают лакокрасочными материалами.

    Читать еще:  Что нужно знать о гибке нержавейки

    Применение бронзы

    Бронза используется в современном машиностроении, ракетной технике, авиации, судостроении и других отраслях промышленности. Благодаря устойчивости к механическому истиранию и высокой коррозионной стойкости бронзовая продукция применяется для изготовления деталей машин и приборов, участвующих в подвижных узлах в процессе трения. Детали из бронзы требуют периодической замены, то есть являются расходными. Из безоловянных бронзовых сплавов изготавливают прокат для составляющих химических приборов, регулирующей арматуры отопительных систем и трубопроводов другого назначения.

    Бронзу используют для литья скульптур и памятников, так как материал долговечен, не подвергается атмосферным влияниям и устойчив против механических повреждений. Изделия высокохудожественных форм в театрах, дворцах, залах (люстры, торшеры, канделябры) также изготавливаются из бронзы.

    Виды флюсов для сварки по назначению

    От назначения сварочных флюсов напрямую зависит их выбор по химическому составу.

    • Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются флюсы с большим содержанием кремния и марганца в сочетании с проволокой из низкоуглеродистой стали без легирующих добавок. Второй вариант — малая доля марганца (или вообще его отсутствие) во флюсе, но легирующие добавки присутствуют в стали сварочного прутка.
    • Для сварки низколегированных сталей используются флюсы с высокой химической инертностью, — выше, чем для низкоуглеродистых сталей. Благодаря этому получают более пластичный сварной шов. Пример — флюс для сварки стали АН-46.
    • Для сварки высоколегированных металлов применяются флюсы с минимальной химической активностью. Кремний, как и марганец, практически не используется — его заменяет флюорит (плавиковый шпат), благодаря которому образуются легко отделяемые легкоплавкие шлаки. Также в таких флюсах обычно содержатся оксид алюминия, негашеная известь.
    • Для сварки активных металлов (таких, как титан) используют солевые флюсы — как правило, это хлоридные и фторидные соли щелочных металлов. Примесь кислорода в них полностью отсутствует, поскольку она снижает пластичность шва.

    ПРИМЕНЕНИЕ

    Кольцо из железа

    Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
    Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
    Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
    Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
    Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
    Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
    Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
    Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
    Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
    Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector
    ×
    ×