Չնայած այն հանգամանքին, որ արհեստականորեն ստեղծված նյութերն ավելի ու ավելի են օգտագործվում արդյունաբերության մեջ և առօրյա կյանքում, դեռևս հնարավոր չէ հրաժարվել մետաղների օգտագործումից։ Նրանք ունեն հատկությունների յուրահատուկ համադրություն, և համաձուլվածքները թույլ են տալիս առավելագույնի հասցնել դրանց ներուժը: Ո՞ր ոլորտներում է մետաղների արտադրությունն ու օգտագործումը:
Բնութագիր տարրերի խմբին
Մետաղները հասկացվում են որպես անօրգանական քիմիկատների մի շարք՝ բնորոշ հատկություններով: Դրանք սովորաբար ներառում են հետևյալը՝
- բարձր ջերմային հաղորդունակություն;
- ճկունություն, մշակման հարաբերական հեշտություն;
- համեմատաբար բարձր հալման կետ;
- լավ էլեկտրական հաղորդունակություն;
- բնորոշ «մետալիկ» փայլ;
- նվազեցնող նյութի դերը ռեակցիաներում;
- բարձր խտություն.
Իհարկե, այս խմբի ոչ բոլոր տարրերն ունեն այս բոլոր հատկությունները, օրինակ՝ սնդիկը հեղուկ է սենյակային ջերմաստիճանում, գալիումը հալվում է մարդու ձեռքերի ջերմությունից, իսկ բիսմութը դժվար թե կարելի է պլաստիկ անվանել։ Բայց ընդհանուր առմամբ, այս բոլոր հատկանիշները կարելի է գտնել մետաղների ամբողջության մեջ։
Ներքին դասակարգում
Մետաղները պայմանականորեն բաժանվում են մի քանի կատեգորիաների, որոնցից յուրաքանչյուրը միավորում է միմյանց ամենամոտ տարրերը տարբեր պարամետրերով։ Առանձնացվում են հետևյալ խմբերը՝
- ալկալային - 6;
- ալկալային երկիր - 4;
- անցումային - 38;
- թեթև - 7;
- կիսամետաղներ - 7;
- լանթանիդներ - 14+1;
- ակտինիդներ - 14+1;
Խմբերից կան ևս երկուսը` բերիլիում և մագնեզիում: Այսպիսով, այս պահին հայտնաբերված բոլոր տարրերից 94 գիտնական վերագրում են մետաղներին։
Բացի այդ, հարկ է նշել, որ կան նաև այլ դասակարգումներ. Ըստ նրանց՝ առանձին դիտարկվում են ազնիվ մետաղները, պլատինե խմբի մետաղները, հետանցումային, հրակայուն, գունավոր և գունավոր մետաղները և այլն։Այս մոտեցումը իմաստ ունի միայն որոշակի նպատակների համար, ուստի ավելի հարմար է օգտագործել ընդհանուր ընդունված դասակարգումը։.
Ստացման պատմություն
Մարդկությունն իր զարգացման ողջ ընթացքում սերտորեն կապված է եղել մետաղների մշակման և օգտագործման հետ: Բացի այն, որ դրանք ամենատարածված տարրերն են, դրանք կարելի էր տարբեր ապրանքներ պատրաստել միայն մեխանիկական մշակման միջոցով։ Քանի որ հանքաքարի հետ աշխատելու հմտություններ չկար, սկզբում խոսքը գնում էր միայն նագեթների օգտագործման մասին։ Սկզբում դա փափուկ մետաղ էր, որն իր անունը տվեց պղնձի դարին, որը փոխարինեց քարին։ Այս ընթացքում մշակվել է սառը դարբնագործության մեթոդը։ Որոշ քաղաքակրթություններում հալվելը հնարավոր է դարձել։ Աստիճանաբար մարդիկ սովորեցին գունավորվելմետաղներ, ինչպիսիք են ոսկին, արծաթը, անագը:
Հետագայում բրոնզի դարը փոխարինեց պղնձի դարաշրջանին: Այն տևեց մոտ 20 հազարամյակ և դարձավ շրջադարձային մարդկության համար, քանի որ հենց այս ժամանակահատվածում հնարավոր դարձավ համաձուլվածքներ ստանալ: Աստիճանաբար կա մետալուրգիայի զարգացում, կատարելագործվում են մետաղների ստացման եղանակները։ Սակայն 13-12 դդ. մ.թ.ա ե. տեղի ունեցավ այսպես կոչված բրոնզի փլուզումը, որը նշանավորեց երկաթի դարաշրջանի սկիզբը: Դա ենթադրաբար պայմանավորված էր անագի պաշարների սպառմամբ։ Իսկ այդ ժամանակ հայտնաբերված կապարն ու սնդիկը չէին կարող փոխարինել բրոնզին։ Այսպիսով, մարդիկ պետք է զարգացնեին հանքաքարերից մետաղների արտադրությունը։
Հաջորդ շրջանը երկար չտեւեց՝ մեկ հազարամյակից էլ պակաս, բայց վառ հետք թողեց պատմության մեջ։ Չնայած այն հանգամանքին, որ երկաթը հայտնի էր շատ ավելի վաղ, այն գրեթե երբեք չի օգտագործվել բրոնզի համեմատ իր թերությունների պատճառով: Բացի այդ, վերջինս շատ ավելի հեշտ էր ձեռք բերել, մինչդեռ հանքաքարը հալեցնելն ավելի աշխատատար էր։ Փաստն այն է, որ բնական երկաթը բավականին հազվադեպ է, ուստի զարմանալի չէ, որ բրոնզից հրաժարվելն այդքան դանդաղ է ընթանում:
Մետաղ արդյունահանող հմտությունների իմաստը
Ինչպես մարդկային նախահայրն առաջին անգամ գործիք պատրաստեց՝ սուր քարը փայտին կապելով, նոր նյութի անցումը նույնքան մեծ էր: Մետաղական արտադրանքի հիմնական առավելություններն այն էին, որ դրանք ավելի հեշտ են պատրաստել և վերանորոգել: Քարը չունի պլաստիկություն և ճկունություն, այնպես որՆրանից ցանկացած զենք կարելի էր միայն նորովի պատրաստել, դրանք հնարավոր չէր վերանորոգել։
Այսպիսով, հենց մետաղների օգտագործմանն անցնելը հանգեցրեց գործիքների հետագա կատարելագործմանը, կենցաղային նոր իրերի, դեկորների առաջացմանը, որոնք նախկինում անհնար էր պատրաստել։ Այս ամենը խթան հաղորդեց տեխնոլոգիական առաջընթացին և հիմք դրեց մետալուրգիայի զարգացմանը։
Ժամանակակից մեթոդներ
Եթե հին ժամանակներում մարդիկ ծանոթ էին միայն հանքաքարից մետաղներ ստանալուն, կամ կարող էին բավարարվել նեգգեթներով, ապա ներկայումս այլ ճանապարհներ կան։ Դրանք հնարավոր են դարձել քիմիայի զարգացման շնորհիվ։ Այսպիսով, ի հայտ եկավ երկու հիմնական ուղղություն՝
- Պիրոմետալուրգիա. Այն սկսել է իր զարգացումը ավելի վաղ և կապված է նյութի մշակման համար պահանջվող բարձր ջերմաստիճանի հետ: Այս ոլորտում ժամանակակից տեխնոլոգիաները թույլ են տալիս նաև օգտագործել պլազմա:
- Հիդրոմետալուրգիա. Այս ուղղությունը զբաղվում է հանքաքարերից, թափոններից, խտանյութերից և այլն տարրերի արդյունահանմամբ՝ ջրի և քիմիական ռեակտիվների միջոցով։ Օրինակ, մեթոդը, որը ներառում է մետաղների արտադրությունը էլեկտրոլիզի միջոցով, չափազանց տարածված է, և կարբյուրացման մեթոդը նույնպես բավականին տարածված է:
Կա ևս մեկ հետաքրքիր տեխնոլոգիա. Դրա շնորհիվ հնարավոր դարձավ բարձր մաքրությամբ և նվազագույն կորուստներով թանկարժեք մետաղների ձեռքբերումը։ Խոսքը զտման մասին է: Այս գործընթացը զտման, այսինքն՝ կեղտերի աստիճանական տարանջատման տեսակներից է։ Օրինակ՝ ոսկու դեպքում օգտագործվում է հալվածքի հագեցվածությունը քլորով, իսկ պլատինը լուծվում է մեջ.հանքային թթուներ, որին հաջորդում է մեկուսացումը ռեակտիվներով:
Ի դեպ, էլեկտրոլիզի միջոցով մետաղներ ստանալն առավել հաճախ օգտագործվում է, եթե հալումը կամ վերականգնումը տնտեսապես շահավետ չէ։ Սա հենց այն է, ինչ տեղի է ունենում ալյումինի և նատրիումի հետ: Կան նաև ավելի նորարարական տեխնոլոգիաներ, որոնք թույլ են տալիս գունավոր մետաղներ ստանալ նույնիսկ բավականին աղքատ հանքաքարերից՝ առանց զգալի ծախսերի, սակայն այս մասին կխոսենք մի փոքր ուշ։
Հալվածքների մասին
Հնում հայտնի մետաղների մեծ մասը միշտ չէ, որ բավարարում էր որոշ կարիքներ։ Կոռոզիա, անբավարար կարծրություն, փխրունություն, փխրունություն, փխրունություն - յուրաքանչյուր տարր իր մաքուր տեսքով ունի իր թերությունները: Ուստի անհրաժեշտություն առաջացավ գտնել նոր նյութեր, որոնք համատեղում են հայտնիների առավելությունները, այսինքն՝ գտնել մետաղական համաձուլվածքներ ստանալու ուղիներ։ Այսօր կա երկու հիմնական մեթոդ.
- Քասթինգ. Խառը բաղադրիչների հալոցքը սառչում և բյուրեղանում է։ Հենց այս մեթոդը հնարավորություն տվեց ստանալ համաձուլվածքների առաջին նմուշները՝ բրոնզ և արույր։
- Սեղմում. Փոշիների խառնուրդը ենթարկվում է բարձր ճնշման, այնուհետև թրծվում է։
Հետագա բարելավում
Վերջին տասնամյակների ընթացքում ամենահեռանկարայինը կենսատեխնոլոգիայի միջոցով մետաղների արտադրությունն է, առաջին հերթին՝ բակտերիաների օգնությամբ։ Արդեն հնարավոր է դարձել սուլֆիդային հումքից պղինձ, նիկել, ցինկ, ոսկի, ուրան արդյունահանել։ Գիտնականները հույս ունեն միկրոօրգանիզմները միացնել այնպիսի գործընթացների, ինչպիսիք են տարրալվացումը, օքսիդացումը, կլանումը և տեղումները: Բացի այդ, դա չափազանց կարևոր էկեղտաջրերի խորը մաքրման խնդիրը, դրա համար էլ փորձում են լուծում գտնել, որը ներառում է բակտերիաների մասնակցությունը։
Դիմում
Առանց մետաղների և համաձուլվածքների կյանքն այն ձևով, որով այն այժմ հայտնի է մարդկությանը, անհնար կլիներ: Բարձրահարկ շենքերը, ինքնաթիռները, սպասքը, հայելիները, էլեկտրական սարքերը, մեքենաները և շատ ավելին գոյություն ունեն միայն մարդկանց՝ քարից, բրոնզից և երկաթին հեռավոր անցման շնորհիվ։
Իրենց բացառիկ էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակության պատճառով մետաղներն օգտագործվում են լարերի և մալուխների մեջ՝ տարբեր նպատակներով: Ոսկին օգտագործվում է ոչ օքսիդացնող շփումներ ստեղծելու համար։ Իրենց ամրության և կարծրության շնորհիվ մետաղները լայնորեն օգտագործվում են շինարարության մեջ և տարբեր կառույցների համար: Կիրառման մեկ այլ ոլորտ գործիքային է: Աշխատանքային, օրինակ, կտրող մասի արտադրության համար հաճախ օգտագործվում են կոշտ համաձուլվածքներ և պողպատի հատուկ տեսակներ։ Ի վերջո, ազնիվ մետաղները բարձր են գնահատվում որպես ոսկերչական իրերի նյութ։ Այսպիսով, շատ դիմումներ կան:
Հետաքրքիր է մետաղների և համաձուլվածքների մասին
Այս տարրերի օգտագործումն այնքան տարածված է և այնքան երկար պատմություն ունի, որ զարմանալի չէ, որ տարբեր հետաքրքիր իրավիճակներ են առաջանում: Նրանք և ընդամենը մի երկու հետաքրքիր փաստ վերջում պետք է բերել՝
- Մինչ լայն կիրառումը ալյումինը բարձր էր գնահատվում։ Պատառաքանդակները, որոնք Նապոլեոն III-ն օգտագործում էր հյուրեր ընդունելիս, պատրաստված էին այս նյութից և դրա առարկան էինմիապետի հպարտությունը։
- Պլատին անունը իսպաներեն նշանակում է «արծաթ»: Տարրը ստացել է նման անճոռնի անուն՝ հալման համեմատաբար բարձր ջերմաստիճանի և հետևաբար այն երկար ժամանակ օգտագործելու անհնարինության պատճառով։
- Ամենամաքուր տեսքով ոսկին փափուկ է և հեշտությամբ քերծվում է եղունգով: Այդ իսկ պատճառով զարդեր պատրաստելու համար այն համաձուլում են արծաթի կամ պղնձի հետ։
- Գոյություն ունեն ջերմաառաձգականության հետաքրքիր հատկություն ունեցող համաձուլվածքներ, այսինքն՝ ձևի հիշողության էֆեկտ: Երբ դեֆորմացվում, ապա տաքանում են, նրանք վերադառնում են իրենց սկզբնական վիճակին:
