למרות העובדה שחמרים שנוצרו באופן מלאכותי נמצאים בשימוש הולך וגובר בתעשייה ובחיי היומיום, עדיין לא ניתן לסרב לשימוש במתכות. יש להם שילוב ייחודי של תכונות, וסגסוגות מאפשרות לך למקסם את הפוטנציאל שלהן. באילו תחומים מתבצע הייצור והשימוש במתכות?
אופייני לקבוצת אלמנטים
מתכות מובנות כקבוצה של כימיקלים אנאורגניים בעלי תכונות אופייניות. הם כוללים בדרך כלל את הדברים הבאים:
- מוליכות תרמית גבוהה;
- משיכות, קלות יחסית של עיבוד;
- נקודת התכה גבוהה יחסית;
- מוליכות חשמלית טובה;
- ברק "מתכתי" אופייני;
- תפקיד הגורם המפחית בתגובות;
- צפיפות גבוהה.
כמובן, לא לכל האלמנטים בקבוצה זו יש את כל התכונות הללו, למשל, כספית היא נוזלית בטמפרטורת החדר, גליום נמס מחום הידיים של האדם, ובקושי ניתן לקרוא לביסמוט פלסטיק. אבל באופן כללי, ניתן לאתר את כל התכונות הללו במכלול המתכות.
סיווג פנימי
מתכות מחולקות על תנאי למספר קטגוריות, שכל אחת מהן משלבת אלמנטים הקרובים זה לזה בפרמטרים שונים. הקבוצות הבאות נבדלות:
- אלקליין - 6;
- אדמה בסיסית - 4;
- transitional - 38;
- light - 7;
- מתכת למחצה - 7;
- lanthanides - 14+1;
- אקטינידים - 14+1;
מתוך קבוצות יש עוד שתיים: בריליום ומגנזיום. לפיכך, כרגע, מתוך כל היסודות שהתגלו, 94 מדענים מייחסים למתכות.
בנוסף, ראוי להזכיר שיש סיווגים נוספים. לדבריהם, מתכות אצילות, מתכות מקבוצת פלטינה, מתכות לאחר מעבר, עקשן, ברזליות ולא ברזליות וכו' נחשבות בנפרד. גישה זו הגיונית רק למטרות מסוימות, ולכן נוח יותר להשתמש בסיווג המקובל..
היסטוריית קבלות
האנושות לאורך פיתוחה הייתה קשורה קשר הדוק לעיבוד ושימוש במתכות. בנוסף להיותם האלמנטים הנפוצים ביותר, ניתן היה להפוך אותם למוצרים שונים רק בעזרת עיבוד מכני. מכיוון שלא היו כישורים בעבודה עם עפרות, בהתחלה זה היה רק על השימוש בנאגטס. בתחילה הייתה זו מתכת רכה, שנתנה את שמה לעידן הנחושת, שהחליף את האבן. בתקופה זו פותחה שיטת החישול הקר. התכה הפכה לאפשרית בתרבויות מסוימות. בהדרגה, אנשים השתלטו על הצביעהמתכות כגון זהב, כסף, פח.
מאוחר יותר החליפה תקופת הברונזה את תקופת הנחושת. זה נמשך כ-20 אלפי שנים והפך לנקודת מפנה עבור האנושות, שכן בתקופה זו ניתן היה להשיג סגסוגות. יש התפתחות הדרגתית של מטלורגיה, שיטות השגת מתכות משתפרות. עם זאת, במאות 13-12. לִפנֵי הַסְפִירָה ה. התרחשה קריסת הברונזה כביכול, שסימנה את תחילתה של תקופת הברזל. זה נבע ככל הנראה מדלדול מאגרי הפח. ועופרת וכספית, שהתגלו באותה תקופה, לא יכלו להפוך לתחליף לברונזה. אז אנשים היו צריכים לפתח ייצור של מתכות מעפרות.
התקופה הבאה לא נמשכה זמן רב - פחות מאלף, אבל הותירה חותם עז בהיסטוריה. למרות העובדה שברזל היה ידוע הרבה קודם לכן, כמעט ולא נעשה בו שימוש בגלל חסרונותיו בהשוואה לברונזה. בנוסף, זה האחרון היה הרבה יותר קל להשגה, בעוד שהתכת העפרה הייתה אינטנסיבית יותר. העובדה היא שברזל מקומי נדיר למדי, ולכן אין זה מפתיע שנטישת הברונזה הייתה כל כך איטית.
משמעות של מיומנויות מיצוי מתכות
בדומה לאופן שבו האב הקדמון האנושי יצר כלי לראשונה על ידי קשירת אבן חדה למקל, המעבר לחומר חדש התברר כגרנדיוזי לא פחות. היתרונות העיקריים של מוצרי מתכת היו שהם היו קלים יותר להכנה וניתנים לתיקון. לאבן אין פלסטיות וגמישות, כך שכל נשק ממנו יכול להיעשות רק מחדש, לא ניתן היה לתקן אותם.
לפיכך, המעבר לשימוש במתכות הוא שהביא לשיפור נוסף של כלי העבודה, הופעתם של חפצי בית חדשים, קישוטים, שקודם לכן היה בלתי אפשרי להכין. כל זה נתן תנופה לקידמה הטכנולוגית והניח את הבסיס לפיתוח המטלורגיה.
שיטות מודרניות
אם בימי קדם אנשים היו בקיאים רק בהשגת מתכות מעפרות, או שהם יכלו להסתפק בנאגטס, אז נכון להיום יש דרכים אחרות. הם התאפשרו הודות להתפתחות הכימיה. לפיכך, הופיעו שני כיוונים עיקריים:
- פירומטלורגיה. הוא החל את פיתוחו מוקדם יותר והוא קשור לטמפרטורות הגבוהות הנדרשות לעיבוד החומר. טכנולוגיה מודרנית בתחום זה מאפשרת גם שימוש בפלזמה.
- הידרומטאלורגיה. כיוון זה עוסק בהפקת יסודות מעפרות, פסולת, תרכיזים וכו' באמצעות מים וריאגנטים כימיים. לדוגמה, שיטה הכוללת ייצור של מתכות על ידי אלקטרוליזה נפוצה ביותר, וגם שיטת הקרבור היא פופולרית למדי.
יש עוד טכנולוגיה מעניינת. השגת מתכות יקרות בטוהר גבוה ועם הפסדים מינימליים התאפשרה בזכותה. זה עניין של עידון. תהליך זה הוא אחד מסוגי הזיקוק, כלומר הפרדה הדרגתית של זיהומים. לדוגמה, במקרה של זהב, משתמשים ברוויה של ההמסה עם כלור, ופלטינה מומסת בחומצות מינרליות ואחריהן בידוד עם ריאגנטים.
אגב, השגת מתכות באמצעות אלקטרוליזה משמשת לרוב אם ההתכה או השחזור אינם משתלמים כלכלית. זה בדיוק מה שקורה עם אלומיניום ונתרן. יש גם טכנולוגיות חדשניות יותר שמאפשרות להשיג מתכות לא ברזליות גם מעפרות דלות למדי ללא עלויות משמעותיות, אבל על זה נדבר קצת מאוחר יותר.
אודות סגסוגות
רוב המתכות הידועות בעת העתיקה לא תמיד ענו על צרכים מסוימים. קורוזיה, קשיות לא מספקת, שבירות, שבירות, שבריריות - לכל אלמנט בצורתו הטהורה יש את החסרונות שלו. לכן, היה צורך למצוא חומרים חדשים המשלבים את היתרונות של המוכרים שבהם, כלומר למצוא דרכים להשיג סגסוגות מתכת. כיום ישנן שתי שיטות עיקריות:
- ליהוק. ההיתוך של רכיבים מעורבים מתקרר ומתגבש. שיטה זו היא שאפשרה להשיג את הדוגמאות הראשונות של סגסוגות: ברונזה ופליז.
- לוחץ. תערובת האבקות נתונה ללחץ גבוה ולאחר מכן מושחתת.
שיפור נוסף
בעשורים האחרונים, המבטיח ביותר הוא ייצור מתכות באמצעות ביוטכנולוגיה, בעיקר בעזרת חיידקים. כבר התאפשר להפיק נחושת, ניקל, אבץ, זהב ואורניום מחומרי גלם גופרתיים. מדענים מקווים לחבר מיקרואורגניזמים לתהליכים כמו שטיפה, חמצון, ספיגה ומשקעים. בנוסף, זה חשוב ביותרבעיה של טיפול בשפכים עמוקים, גם לשם כך מנסים למצוא פתרון הכרוך בהשתתפות חיידקים.
Application
ללא מתכות וסגסוגות, החיים בצורה שבה הם ידועים כעת לאנושות יהיו בלתי אפשריים. בניינים רבי קומות, מטוסים, כלים, מראות, מכשירי חשמל, מכוניות ועוד הרבה יותר קיימים רק הודות למעבר הרחוק של אנשים מאבן לנחושת, ברונזה וברזל.
בגלל המוליכות החשמלית והתרמית יוצאת הדופן שלהם, מתכות משמשות בחוטים וכבלים למגוון רחב של מטרות. זהב משמש ליצירת מגעים שאינם מחמצנים. בשל החוזק והקשיחות שלהן, מתכות נמצאות בשימוש נרחב בבנייה ולמגוון רחב של מבנים. תחום יישום נוסף הוא אינסטרומנטלי. לייצור של עובד, למשל, חלק חיתוך, סגסוגות קשות וסוגים מיוחדים של פלדה משמשים לעתים קרובות. לבסוף, מתכות אצילות זוכות להערכה רבה כחומר לתכשיטים. אז יש הרבה יישומים.
מעניין לגבי מתכות וסגסוגות
השימוש באלמנטים האלה הוא כל כך נפוץ ויש לו היסטוריה ארוכה כל כך, עד שאין זה מפתיע שמתעוררים מצבים מוזרים שונים. יש להביא אותם בסופו של דבר ורק כמה עובדות מעניינות:
- לפני השימוש הנרחב בו, האלומיניום היה מוערך מאוד. סכו"ם, שנפוליאון השלישי השתמש בהם בעת קבלת אורחים, יוצרו מחומר זה והיו הנושא שלהגאווה של המלך.
- פירוש השם פלטינה בספרדית הוא "כסף". היסוד קיבל שם כל כך לא מחמיא בגלל נקודת ההיתוך הגבוהה יחסית, ולכן חוסר האפשרות להשתמש בו לאורך זמן.
- בצורתו הטהורה ביותר, הזהב רך ונשרט בקלות עם ציפורן. לכן הוא מסוגג בכסף או נחושת לייצור תכשיטים.
- יש סגסוגות עם תכונה מוזרה של תרמו-אלסטיות, כלומר, אפקט זיכרון הצורה. כאשר הם מעוותים ולאחר מכן מחוממים, הם חוזרים למצבם המקורי.
