Napriek tomu, že umelo vytvorené materiály sa čoraz viac využívajú v priemysle a každodennom živote, zatiaľ nie je možné odmietnuť používanie kovov. Majú jedinečnú kombináciu vlastností a zliatiny vám umožňujú maximalizovať ich potenciál. V akých oblastiach je výroba a využitie kovov?
Charakteristika skupiny prvkov
Kovy sú chápané ako súbor anorganických chemikálií s charakteristickými vlastnosťami. Zvyčajne zahŕňajú nasledovné:
- vysoká tepelná vodivosť;
- ťažnosť, relatívna jednoduchosť obrábania;
- relatívne vysoký bod topenia;
- dobrá elektrická vodivosť;
- charakteristický "kovový" lesk;
- úloha redukčného činidla v reakciách;
- vysoká hustota.
Samozrejme, nie všetky prvky tejto skupiny majú všetky tieto vlastnosti, napríklad ortuť je pri izbovej teplote tekutá, gálium sa topí teplom ľudských rúk a bizmut možno len ťažko nazvať plastom. Vo všeobecnosti však všetky tieto vlastnosti možno vysledovať v celom kove.
Interná klasifikácia
Kovy sú podmienene rozdelené do niekoľkých kategórií, z ktorých každá kombinuje prvky, ktoré sú si v rôznych parametroch najbližšie. Rozlišujú sa tieto skupiny:
- alkalické - 6;
- alkalická zem - 4;
- prechodné - 38;
- light - 7;
- polokovy - 7;
- lantanoidy - 14+1;
- aktinidy - 14+1;
Zo skupín sú ešte dve: berýlium a horčík. V súčasnosti teda zo všetkých objavených prvkov pripisuje kovom 94 vedcov.
Okrem toho stojí za zmienku, že existujú aj iné klasifikácie. Samostatne sa podľa nich posudzujú ušľachtilé kovy, kovy platinovej skupiny, post-prechodné, žiaruvzdorné, železné a neželezné kovy atď.. Tento prístup má zmysel len pre určité účely, preto je vhodnejšie použiť všeobecne uznávanú klasifikáciu.
História príjmov
Ľudstvo bolo počas svojho vývoja úzko spojené so spracovaním a používaním kovov. Okrem toho, že ide o najbežnejšie prvky, dali sa z nich vyrobiť rôzne výrobky len pomocou mechanického spracovania. Keďže v práci s rudou neboli zručnosti, išlo najskôr len o používanie nugetov. Najprv to bol mäkký kov, ktorý dal meno dobe medi, ktorá nahradila kamennú. V tomto období bola vyvinutá metóda kovania za studena. V niektorých civilizáciách je tavenie možné. Postupne si ľudia osvojili vyfarbovaniekovy ako zlato, striebro, cín.
Neskôr doba bronzová nahradila dobu medenú. Trvalo to asi 20 tisícročí a stalo sa pre ľudstvo zlomovým bodom, pretože práve v tomto období bolo možné získať zliatiny. Postupne dochádza k rozvoju hutníctva, zdokonaľujú sa spôsoby získavania kovov. Avšak v 13-12 storočí. pred Kr e. došlo k takzvanému zrúteniu bronzu, ktoré znamenalo začiatok doby železnej. Bolo to pravdepodobne spôsobené vyčerpaním zásob cínu. A olovo a ortuť, objavené v tom čase, sa nemohli stať náhradou za bronz. Ľudia teda museli rozvinúť výrobu kovov z rúd.
Nasledujúce obdobie netrvalo dlho – necelé tisícročie, ale zanechalo v histórii jasnú stopu. Napriek tomu, že železo bolo známe oveľa skôr, pre jeho nedostatky v porovnaní s bronzom sa takmer vôbec nepoužívalo. Navyše, posledne menované bolo oveľa jednoduchšie získať, zatiaľ čo tavenie rudy bolo náročnejšie na prácu. Faktom je, že prírodné železo je pomerne zriedkavé, takže nie je prekvapujúce, že opúšťanie bronzu je také pomalé.
Význam zručností pri získavaní kovov
Podobne ako si predchodca človeka prvýkrát vyrobil nástroj priviazaním ostrého kameňa na palicu, prechod na nový materiál sa ukázal byť rovnako grandiózny. Hlavnými výhodami kovových výrobkov bolo, že sa dali ľahšie vyrobiť a opraviť. Kameň nemá plasticitu a tvárnosť, takžeakékoľvek zbrane z toho sa dali vyrobiť iba nanovo, nedali sa opraviť.
Prechod na používanie kovov teda viedol k ďalšiemu zdokonaľovaniu nástrojov, vzniku nových domácich potrieb, dekorácií, ktoré sa predtým nedali vyrobiť. To všetko dalo impulz technologickému pokroku a položilo základ pre rozvoj metalurgie.
Moderné metódy
Ak v staroveku ľudia poznali iba získavanie kovov z rúd alebo sa uspokojili s nugetami, tak v súčasnosti existujú iné spôsoby. Stali sa možnými vďaka rozvoju chémie. Objavili sa teda dva hlavné smery:
- Pyrometalurgia. Svoj vývoj začal skôr a je spojený s vysokými teplotami potrebnými na spracovanie materiálu. Moderná technológia v tejto oblasti umožňuje aj využitie plazmy.
- Hydrometalurgia. Tento smer sa zaoberá extrakciou prvkov z rúd, odpadu, koncentrátov atď. pomocou vody a chemických činidiel. Napríklad metóda výroby kovov elektrolýzou je mimoriadne bežná a metóda nauhličovania je tiež veľmi populárna.
Je tu ešte jedna zaujímavá technológia. Vďaka nemu bolo možné získať drahé kovy vysokej čistoty as minimálnymi stratami. Ide o zdokonaľovanie. Tento proces je jedným z druhov rafinácie, teda postupného oddeľovania nečistôt. Napríklad v prípade zlata sa používa nasýtenie taveniny chlórom a platina sa rozpustí vminerálne kyseliny s následnou izoláciou s činidlami.
Mimochodom, získavanie kovov elektrolýzou sa najčastejšie používa, ak tavenie alebo získavanie nie je ekonomicky realizovateľné. To je presne to, čo sa deje s hliníkom a sodíkom. Existujú aj inovatívnejšie technológie, ktoré umožňujú získať neželezné kovy aj z dosť chudobných rúd bez výraznejších nákladov, ale o tom si povieme trochu neskôr.
O zliatinách
Väčšina kovov známych v staroveku nie vždy spĺňala určité potreby. Korózia, nedostatočná tvrdosť, krehkosť, krehkosť, krehkosť - každý prvok vo svojej čistej forme má svoje nevýhody. Preto bolo potrebné nájsť nové materiály, ktoré spájajú výhody známych, teda nájsť spôsoby, ako získať kovové zliatiny. Dnes existujú dva hlavné spôsoby:
- Prenášanie. Tavenina zmiešaných zložiek sa ochladí a kryštalizuje. Práve táto metóda umožnila získať prvé vzorky zliatin: bronzu a mosadze.
- Stláča sa. Zmes práškov je vystavená vysokému tlaku a následne spekaná.
Ďalšie zlepšenie
V posledných desaťročiach je najperspektívnejšia výroba kovov pomocou biotechnológií, predovšetkým pomocou baktérií. Zo sulfidových surovín už bolo možné ťažiť meď, nikel, zinok, zlato a urán. Vedci dúfajú, že sa im podarí spojiť mikroorganizmy s procesmi, ako je vylúhovanie, oxidácia, sorpcia a zrážanie. Okrem toho je to mimoriadne dôležitéproblém hĺbkového čistenia odpadových vôd, aj preto sa snažia nájsť riešenie, ktoré zahŕňa účasť baktérií.
Aplikácia
Bez kovov a zliatin by bol život v podobe, v akej ho dnes ľudstvo pozná, nemožný. Výškové budovy, lietadlá, riad, zrkadlá, elektrospotrebiče, autá a mnohé ďalšie existujú len vďaka vzdialenému prechodu ľudí z kameňa na meď, bronz a železo.
Pre svoju výnimočnú elektrickú a tepelnú vodivosť sa kovy používajú v drôtoch a kábloch na rôzne účely. Zlato sa používa na vytváranie neoxidačných kontaktov. Pre svoju pevnosť a tvrdosť sú kovy široko používané v stavebníctve a pre širokú škálu konštrukcií. Ďalšia oblasť použitia je inštrumentálna. Na výrobu pracovného, napríklad rezného dielu, sa často používajú tvrdé zliatiny a špeciálne druhy ocelí. Napokon, ušľachtilé kovy sú vysoko cenené ako materiál pre šperky. Takže existuje veľa aplikácií.
Zaujímavé o kovoch a zliatinách
Používanie týchto prvkov je také rozšírené a má takú dlhú históriu, že niet divu, že vznikajú rôzne kuriózne situácie. Oni a len pár zaujímavých faktov by sme mali uviesť na záver:
- Pred jeho rozšírením bol hliník veľmi cenený. Z tohto materiálu bol vyrobený príbor, ktorý Napoleon III. používal pri prijímaní hostípýcha panovníka.
- Názov platina v španielčine znamená „striebro“. Prvok dostal taký nelichotivý názov pre relatívne vysoký bod topenia a teda nemožnosť jeho dlhodobého používania.
- Vo svojej najčistejšej podobe je zlato mäkké a ľahko sa poškriabe nechtom. Preto sa na výrobu šperkov leguje so striebrom alebo meďou.
- Existujú zliatiny so zvláštnou vlastnosťou termoelasticity, teda efektom tvarovej pamäte. Po deformácii a následnom zahriatí sa vrátia do pôvodného stavu.
