El hombre moderno está rodeado de varios metales en su vida diaria. La mayoría de los artículos que usamos contienen estos químicos. Todo esto sucedió porque la gente encontró una variedad de formas de obtener metales.
¿Qué son los metales?
La química inorgánica se ocupa de estas valiosas sustancias para las personas. La obtención de metales permite a una persona crear cada vez más tecnología perfecta que mejora nuestra vida. ¿Qué son? Antes de considerar los métodos generales para la obtención de metales, es necesario comprender cuáles son. Los metales son un grupo de elementos químicos en forma de sustancias simples con propiedades características:
• conductividad térmica y eléctrica;
• alta ductilidad;
• brillo.
Una persona puede distinguirlos fácilmente de otras sustancias. Un rasgo característico de todos los metales es la presencia de un brillo especial. Se obtiene reflejando los rayos de luz incidentes sobre una superficie que no los transmite. El brillo es una propiedad común de todos los metales, pero es más pronunciado en la plata.
ActivadoHasta la fecha, los científicos han descubierto 96 elementos químicos de este tipo, aunque no todos son reconocidos por la ciencia oficial. Se dividen en grupos según sus propiedades características. Los siguientes metales se aíslan de esta manera:
• alcalino – 6;
• alcalinotérreo – 6;
• de transición – 38;
• luz – 11;
• semimetales – 7;
• Lantánidos – 14;
• actínidos – 14.
Obtención de metales
Para hacer una aleación, primero debes obtener metal de un mineral natural. Los elementos nativos son aquellas sustancias que se encuentran en la naturaleza en estado libre. Estos incluyen platino, oro, estaño, mercurio. Se separan de las impurezas mecánicamente o con la ayuda de reactivos químicos.
Otros metales se extraen procesando sus compuestos. Se encuentran en varios fósiles. Los minerales son minerales y rocas, que incluyen compuestos metálicos en forma de óxidos, carbonatos o sulfuros. Para obtenerlos se utilizan procesos químicos.
Métodos de obtención de metales:
• reducción de óxidos con carbón;
• obtener estaño de piedra de estaño;
• fundición de mineral de hierro;
• quema de compuestos de azufre en hornos especiales.
Para facilitar la extracción de metales de las rocas minerales, se les agregan varias sustancias llamadas fundentes. Ayudan a eliminar impurezas no deseadas como arcilla, piedra caliza, arena. Como resultado de este proceso se obtienen compuestos fusibles,llamado escoria.
En presencia de una cantidad significativa de impurezas, el mineral se enriquece antes de fundir el metal eliminando gran parte de los componentes innecesarios. Los métodos más utilizados para este tratamiento son la flotación, la magnética y la gravedad.
Metales alcalinos
La producción en masa de metales alcalinos es un proceso más complejo. Esto se debe al hecho de que se encuentran en la naturaleza solo en forma de compuestos químicos. Al tratarse de agentes reductores, su producción va acompañada de elevados costes energéticos. Hay varias formas de extraer metales alcalinos:
• El litio se puede obtener a partir de su óxido en el vacío o por electrólisis de una masa fundida de su cloruro, formada durante el procesamiento de la espodumena.
• El sodio se extrae calcinando soda con carbón en crisoles herméticamente cerrados o mediante electrólisis de una masa fundida de cloruro con la adición de calcio. El primer método es el que consume más tiempo.
• El potasio se obtiene por electrólisis de una masa fundida de sus sales o pasando vapor de sodio a través de su cloruro. También se forma por la interacción del hidróxido de potasio fundido y el sodio líquido a una temperatura de 440 °C.
• El cesio y el rubidio se extraen reduciendo sus cloruros con calcio a 700–800 °C o circonio a 650 °C. La obtención de metales alcalinos de esta manera consume mucha energía y es costosa.
Diferencias entre metales y aleaciones
Prácticamente no existe un límite fundamentalmente claro entre los metales y sus aleaciones, ya que incluso las sustancias más puras y simples tienencierta cantidad de impurezas. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre ellos? Casi todos los metales utilizados en la industria y en otros sectores de la economía nacional se utilizan en forma de aleaciones obtenidas intencionalmente mediante la adición de otros componentes al elemento químico principal.
Aleaciones
La tecnología necesita una variedad de materiales metálicos. Al mismo tiempo, los elementos químicos puros prácticamente no se utilizan, ya que no tienen las propiedades necesarias para las personas. Para nuestras necesidades, hemos inventado diferentes formas de obtener aleaciones. Este término se refiere a un material macroscópicamente homogéneo que consta de 2 o más elementos químicos. En este caso, los componentes metálicos predominan en la aleación. Esta sustancia tiene su propia estructura. En las aleaciones se distinguen los siguientes componentes:
• base que consta de uno o más metales;
• pequeñas adiciones de elementos de modificación y aleación;
• impurezas no eliminadas (tecnológicas, naturales, aleatorias).
Las aleaciones metálicas son el principal material estructural. En tecnología, hay más de 5000 de ellos.
Tipos de aleaciones
A pesar de tanta variedad de aleaciones, las basadas en hierro y aluminio son las de mayor importancia para las personas. Son los más comunes en la vida cotidiana. Los tipos de aleaciones son diferentes. Además, se dividen según varios criterios. Por lo tanto, se utilizan varios métodos de fabricación de aleaciones. Según este criterio, se dividen en:
• Reparto, queobtenido por cristalización en estado fundido de componentes mixtos.
• Polvo, creado presionando una mezcla de polvos y luego sinterizándolos a alta temperatura. Además, a menudo los componentes de tales aleaciones no son solo elementos químicos simples, sino también sus diversos compuestos, como el titanio o los carburos de tungsteno en aleaciones duras. Su adición en ciertas cantidades cambia las propiedades de los materiales metálicos.
Los métodos para obtener aleaciones en forma de producto terminado o en bruto se dividen en:
• fundición (siluminio, hierro fundido);
• forjado (aceros);
• polvo (titanio, tungsteno).
Tipos de aleaciones
Los métodos para obtener los metales son diferentes, mientras que los materiales elaborados gracias a ellos tienen propiedades diferentes. En estado sólido de agregación, las aleaciones son:
• Homogéneo (uniforme), formado por cristales del mismo tipo. A menudo se denominan monofásicos.
• Heterogéneo (heterogéneo), llamado multifásico. Cuando se obtienen, se toma como base de la aleación una solución sólida (fase matriz). La composición de sustancias heterogéneas de este tipo depende de la composición de sus elementos químicos. Tales aleaciones pueden contener los siguientes componentes: soluciones sólidas de compuestos intersticiales y de sustitución, compuestos químicos (carburos, intermetaluros, nitruros), cristalitos de sustancias simples.
Propiedades de la aleación
Independientemente de los métodos de obtención de metales y aleaciones que se utilicen, sus propiedades están totalmente determinadas por el estado cristalinoestructura de fase y microestructura de estos materiales. Cada uno de ellos es diferente. Las propiedades macroscópicas de las aleaciones dependen de su microestructura. En cualquier caso, difieren de las características de sus fases, que dependen únicamente de la estructura cristalina del material. La homogeneidad macroscópica de las aleaciones heterogéneas (multifásicas) se obtiene como resultado de una distribución uniforme de las fases en la matriz metálica.
La propiedad más importante de las aleaciones es la soldabilidad. De lo contrario, son idénticos a los metales. Por lo tanto, las aleaciones tienen conductividad térmica y eléctrica, ductilidad y reflectividad (brillo).
Variedades de aleaciones
Los diferentes métodos de obtención de aleaciones han permitido al hombre inventar una gran cantidad de materiales metálicos con diferentes propiedades y características. Según su finalidad, se dividen en los siguientes grupos:
• Estructural (acero, duraluminio, fundición). Este grupo también incluye aleaciones con propiedades especiales. Por eso se distinguen por su seguridad intrínseca o sus propiedades antifricción. Estos incluyen latón y bronce.
• Para verter cojinetes (babbit).
• Para calefacción eléctrica y equipos de medición (nicromo, manganina).
• Para la producción de herramientas de corte (win).
En la producción, las personas también utilizan otros tipos de materiales metálicos, como aleaciones fusibles, resistentes al calor, resistentes a la corrosión y amorfas. Los imanes y los termoeléctricos (telururos y seleniuros de bismuto, plomo, antimonio y otros) también son muy utilizados.
Aleaciones de hierro
Prácticamente todo el hierro fundido en la Tierra se destina a la producción de aceros simples y aleados. También se utiliza en la producción de hierro. Las aleaciones de hierro han ganado popularidad debido al hecho de que tienen propiedades beneficiosas para los humanos. Se obtuvieron agregando varios componentes a un elemento químico simple. Entonces, a pesar de que varias aleaciones de hierro se fabrican sobre la base de una sustancia, los aceros y los hierros fundidos tienen propiedades diferentes. Como resultado, encuentran una variedad de aplicaciones. La mayoría de los aceros son más duros que el hierro fundido. Varios métodos para obtener estos metales le permiten obtener diferentes grados (marcas) de estas aleaciones de hierro.
Mejorar las propiedades de la aleación
Al fusionar ciertos metales y otros elementos químicos, se pueden obtener materiales con características mejoradas. Por ejemplo, el límite elástico del aluminio puro es de 35 MPa. Al obtener una aleación de este metal con cobre (1,6%), zinc (5,6%), magnesio (2,5%), esta cifra supera los 500 MPa.
Al combinar diferentes proporciones de diferentes productos químicos, se pueden obtener materiales metálicos con propiedades magnéticas, térmicas o eléctricas mejoradas. El papel principal en este proceso lo juega la estructura de la aleación, que es la distribución de sus cristales y el tipo de enlaces entre los átomos.
Aceros y hierros
Estas aleaciones se obtienen combinando hierro y carbono (2%). En la producción de materiales aleados, se añadenníquel, cromo, vanadio. Todos los aceros ordinarios se dividen en tipos:
• bajo contenido de carbono (0,25 % de carbono) utilizado para varias estructuras;
• Alto contenido de carbono (más del 0,55 %) diseñado para herramientas de corte.
Diferentes grados de aceros aleados se utilizan en ingeniería mecánica y otros productos.
La aleación de hierro con carbono, cuyo porcentaje es del 2 al 4%, se llama hierro fundido. Este material también contiene silicio. Varios productos con buenas propiedades mecánicas están hechos de hierro fundido.
Metales no ferrosos
Además del hierro, también se utilizan otros elementos químicos para fabricar diversos materiales metálicos. Como resultado de su combinación se obtienen aleaciones no ferrosas. En la vida de las personas, los materiales basados en:han encontrado el mayor uso
• Cobre, llamado latón. Contienen 5-45% de zinc. Si su contenido es del 5 al 20%, entonces el latón se llama rojo, y si es del 20 al 36%, amarillo. Hay aleaciones de cobre con silicio, estaño, berilio, aluminio. Se llaman bronces. Hay varios tipos de estas aleaciones.
• Plomo, que es una soldadura común (tretnik). En esta aleación, 2 partes de estaño caen sobre 1 parte de este químico. Los rodamientos se fabrican con babbitt, que es una aleación de plomo, estaño, arsénico y antimonio.
• Aluminio, titanio, magnesio y berilio, que son aleaciones ligeras no ferrosas de alta resistencia y excelente mecánica.propiedades.
Métodos de obtención
Principales métodos de obtención de metales y aleaciones:
• Fundición, en la que se solidifica una mezcla homogénea de diferentes componentes fundidos. Para obtener aleaciones se utilizan métodos pirometalúrgicos y electrometalúrgicos de obtención de metales. En la primera variante, la energía térmica obtenida en el proceso de combustión del combustible se utiliza para calentar la materia prima. El método pirometalúrgico produce acero en hornos de hogar abierto y hierro fundido en altos hornos. Con el método electrometalúrgico, las materias primas se calientan en hornos de inducción o de arco eléctrico. Al mismo tiempo, la materia prima se ablanda muy rápidamente.
• Polvo, en el que se utilizan polvos de sus componentes para hacer la aleación. Gracias al prensado, se les da una determinada forma y luego se sinterizan en hornos especiales.
