Что такое металлы
Этими ценными для людей веществами занимается неорганическая химия. Получение металлов позволяет человеку создавать все более совершенную технику, совершенствующую нашу жизнь. Что же они собой представляют? Прежде чем рассмотреть общие способы получения металлов, необходимо разобраться, какими они бывают. Металлы представляют собой группу химических элементов в виде простых веществ, обладающую характерными свойствами:
• тепло- и электропроводностью;
Человек легко может отличить их от других веществ. Характерной чертой всех металлов является наличие особого блеска. Он получается благодаря отражению падающих лучей света на не пропускающую их поверхность. Блеск – это общее свойство всех металлов, но ярче всего оно проявляется у серебра.
Получение металлов. 9 класс.
На сегодняшний день учеными открыто 96 таких химических элементов, хотя еще не все из них признаны официальной наукой. Их разбивают на группы в зависимости от присущих им характерных свойств. Так выделяют следующие металлы:
Получение металлов
Для того чтобы изготовить сплав, необходимо в первую очередь получить металл из природной руды. Самородные элементы – это те вещества, которые находятся в природе в свободном состоянии. К ним относится платина, золото, олово, ртуть. Их отделяют от примесей механически или с помощью химических реагентов.
Остальные металлы добывают путем обработки их соединений. Они содержатся в различных ископаемых. Руда – это минералы и горные породы, в состав которых входят соединения металлов в виде оксидов, карбонатов или сульфидов. Для их получения используют химическую обработку.
Методы получения металлов:
• восстановление оксидов углем;
• получение олова из оловянного камня;
• обжигание сернистых соединений в специальных печах.
Для облегчения добывания металлов из рудных пород к ним добавляют различные вещества, называемые флюсами. Они помогают удалять нежелательные примеси, такие как глина, известняк, песок. В результате этого процесса получаются легкоплавкие соединения, называемые шлаками.
При наличии значительного количества примесей руду перед выплавкой металла обогащают путем удаления большой части ненужных компонентов. Наиболее широко применяемые способы данной обработки – флотация, магнитный и гравитационный способ.
Щелочные металлы
Массовое получение щелочных металлов – более сложный процесс. Это обусловлено тем, что они встречаются в природе только в виде химических соединений. Поскольку они являются восстановителями, их получение сопровождается высокими энергетическими затратами. Существует несколько способов добывания щелочных металлов:
Способы получения металлов. Общие понятия о металлургии. Видеоурок 12. Химия 9 класс
• Литий можно получить из его оксида в вакууме или путем электролиза расплава его хлорида, образующегося при переработке сподумена.
• Натрий добывают путем прокаливания соды с углем в плотно закрытых тиглях или электролизом расплава хлорида с добавлением кальция. Первый способ наиболее трудоемкий.
• Калий получают электролизом расплава его солей либо, пропуская пары натрия через его хлорид. Также он образуется при взаимодействии расплавленного гидроксида калия и жидкого натрия при температуре 440°С.
• Цезий и рубидий добывают при помощи восстановления их хлоридов кальцием при 700–800 °С или цирконием при 650 °С. Получение щелочных металлов таким способом является крайне энергоемким и дорогостоящим.
Различия между металлами и сплавами
Принципиально четкой границы между металлами и их сплавами практически не существует, поскольку даже самые чистые, простые вещества имеют какую-то долю примесей. Так в чем же различие между ними? Практически все металлы, используемые в промышленности и в других отраслях народного хозяйства, используются в виде сплавов, полученных целенаправленно путем добавления к основному химическому элементу других компонентов.
Сплавы
Техника нуждается в разнообразных металлических материалах. При этом чистые химические элементы практически не применяются, поскольку они не обладают необходимыми для людей свойствами. Для своих нужд мы изобрели разные способы получения сплавов. Под этим термином подразумевается макроскопически однородный материал, который состоит из 2 или нескольких химических элементов.
При этом в сплаве преобладают металлические компоненты. Это вещество имеет свою структуру. В сплавах различают следующие составляющие:
• основа, состоящая из одного или нескольких металлов;
• малые добавки модифицирующих и легирующих элементов;
• неудаленные примеси (технологические, природные, случайные).
Именно сплавы металлов являются основным конструкционным материалом. В технике их насчитывают более 5000.
Виды сплавов
Несмотря на такое многообразие сплавов, наибольшее значение для людей играют те, основу которых составляет железо и алюминий. Именно они чаще всего встречаются в повседневной жизни. Виды сплавов бывают различными. Причем их разделяют по нескольким критериям. Так применяются различные способы изготовления сплавов. По данному критерию их делят на:
• Литые, которые получены путем кристаллизации расплава смешанных компонентов.
• Порошковые, созданные при помощи прессования смеси порошков и последующего спекания при высокой температуре. Причем зачастую компонентами таких сплавов являются не только простые химические элементы, но и их различные соединения, такие как карбиды титана или вольфрама в твердых сплавах. Их добавление в тех или иных количествах изменяет свойства металлических материалов.
Способы получения сплавов в виде готового изделия или заготовки разделяют на:
• литейные (силумин, чугун);
• порошковые (титан, вольфрам).
Типы сплавов
Способы получения металлов бывают разными, при этом и изготовленные благодаря им материалы обладают различными свойствами. В твердом агрегатном состоянии сплавы бывают:
• Гомогенными (однородными), состоящими из кристаллов одного типа. Их часто называют однофазными.
• Гетерогенными (неоднородными), именуемые многофазными. При их получении в качестве основы сплава берется твердый раствор (матричная фаза). Состав гетерогенных веществ такого типа зависит от состава его химических элементов. В таких сплавах могут быть следующие компоненты: твердые растворы внедрения и замещения, химические соединения (карбиды, интерметаллиды, нитриды), кристаллиты простых веществ.
Свойства сплавов
Вне зависимости от того, какие способы получения металлов и сплавов используются, их свойства полностью определяются кристаллической структурой фаз и микроструктурой этих материалов. У каждого из них они разные. Макроскопические свойства сплавов зависят от их микроструктуры. Они в любых случаях отличаются от характеристик их фаз, зависящих исключительно от кристаллической структуры материала. Макроскопическая однородность гетерогенных (многофазных) сплавов получается в результате равномерного распределения фаз в матрице металла.
Важнейшим свойством сплавов считается свариваемость. В остальном они идентичны металлам. Так, сплавы обладают тепло- и электропроводностью, пластичностью и отражательной способностью (блеском).
Разновидности сплавов
Различные способы получения сплавов позволили человеку изобрести большое количество металлических материалов, обладающих различными свойствами и характеристиками. По своему назначению они делятся на такие группы:
• Конструкционные (сталь, дюралюминий, чугун). К данной группе относятся и сплавы со специальными свойствами. Так они отличаются искробезопасностью или антифрикционными свойствами. К ним относятся латуни и бронзы.
• Для заливки подшипников (баббит).
• Для электронагревательной и измерительной аппаратуры (нихром, манганин).
• Для производства режущих инструментов (победит).
В производстве люди используют и другие виды металлических материалов, таких как легкоплавкие, жаропрочные, коррозионностойкие и аморфные сплавы. Также широкое применение находят магниты и термоэлектрики (телуриды и селениды висмута, свинца, сурьмы и другие).
Железные сплавы
Практически все выплавляемое на Земле железо направляется на производство простых и легированных сталей. Также оно используется в производстве чугуна. Сплавы железа получили свою популярность благодаря тому, что обладают полезными для человека свойствами. Они были получены в результате добавления к простому химическому элементу различных компонентов.
Так, несмотря на то, что различные сплавы железа изготавливаются на основе одного вещества, стали и чугуны обладают различными свойствами. Благодаря этому они находят разные сферы применения. Большинство сталей тверже чугуна. Различные методы получения этих металлов позволяют получать разные сорта (марки) этих сплавов железа.
Улучшение свойств сплавов
Благодаря сплавлению некоторых металлов и других химических элементов можно получить материалы с улучшенными характеристиками. Так, например, предел текучести чистого алюминия составляет 35 МПа. При получении сплава этого металла с медью (1,6%), цинком (5,6%), магнием (2,5%) этот показатель превышает 500 МПа.
Благодаря соединению в разных соотношениях различных химических веществ можно получить металлические материалы с улучшенными магнитными, термическими или электрическими свойствами. Главную роль в этом процессе играет структура сплава, представляющая собой распределение его кристаллов и тип связей между атомами.
Стали и чугуны
Эти сплавы получаются путем соединения железа и углерода (2%). При производстве легированных материалов к ним добавляются никель, хром, ванадий. Все обычные стали подразделяют на виды:
• малоуглеродистая (0,25 % углерода) используется для изготовления различных конструкций;
• высокоуглеродистая (более 0,55%) предназначена для производства режущих инструментов.
Различные марки легированных сталей применяются в машиностроении и другой продукции.
Цветные металлы
Помимо железа, для изготовления различных металлических материалов используются и другие химические элементы. В результате их соединения получают цветные сплавы. В жизни людей наибольшее применение нашли материалы на основе:
• Свинца, представляющие собой обычный припой (третник). В этом сплаве на 1 часть данного химического вещества припадает 2 части олова. При производстве подшипников применяется баббит, который являет собой сплав свинца, олова, мышьяка и сурьмы.
• Алюминия, титана, магния и бериллия, представляющие собой легкие цветные сплавы, обладающие высокой прочностью и отличными механическими свойствами.
Способы получения
Основные способы получения металлов и сплавов:
• Литейный, при котором происходит затвердевание однородной смеси разных расплавленных компонентов. Для получения сплавов используют пирометаллургический и электрометаллургический методы получения металлов. При первом варианте для разогрева сырья используют тепловую энергию, полученную в процессе сгорания топлива.
Пирометаллургическим методом получают стали в мартеновских печах и чугуны в домнах. При электрометаллургическом способе сырье нагревают в индукционных или дуговых электрических печах. При этом сырье расславляется очень быстро.
• Порошковый, при котором для изготовления сплава используются порошки его компонентов. Благодаря прессованию им придают определенную форму, а затем спекают в специальных печах.
Источник: fb.ru
Промышленные способы получения щелочных металлов
Химия, как нам известно, представляет собой науку о химических элементах и веществах, их свойствах и превращениях. Она также представляет собой научную деятельность, изучающую процессы материального мира.
Зарождение химии произошло во времена Античности.
Древние греки знали семь металлов и несколько сплавов. Золото, серебро, медь, олово, свинец и железо – вот вещества, которые были известны в то время.
Свой вклад в развитие химии внес также русский ученый и естествоиспытатель – Дмитрий Иванович Менделеев.
Он создал периодическую систему химических элементов; объяснил понятие химического элемента и показал зависимость свойств элемента от атомной массы.
Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева состоит из 7 периодов и 8 групп.
В первой группе предоставлены щелочные металлы, о которых в дальнейшем и пойдет речь.
Понятие щелочных металлов. История открытия щелочных металлов. Перечень щелочных металлов.
1. Щелочные металлы — элементы 1-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы I группы):
2. Щелочные металлы – это металлы с ярко выраженными металлическими свойствами.
3. В соединениях щелочные металлы проявляют валентность I.
4. На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns1. Поэтому для всех металлов группы IA характерна степень окисления +1.
5. Все представители группы — мягкие металлы, их можно резать ножом, сгибать руками. Внешне — блестящие, белого цвета (кроме цезия). Цезий отливает золотистым блеском.
История открытия щелочных металлов
1. Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном. Металлический литий впервые был получен в 1818 году Гемфри Дэви.
Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.
2. Металлический натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви электролизом расплава гидроксида натрия.
Дэви сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции.
3. 19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции английский химик Дэви сообщил о выделении калия электролизом расплава едкого калия (KOH).
В 1809 году немецкий физик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K.
4. При спектроскопическом анализе минерала лепидолит (фторсиликат лития и алюминия) обнаружились новые красные линии в красной части спектра.
Эти линии Бунзен и Киргхофф отнесли к новому металлу, названному рубидием (рубиус с латинского – красный).Получить рубидий в виде металла получилось лишь в 1863 году.
5. Цезий открыт в 1860 году немецкими учеными Бунзеном и Киргхофом в Германии методом оптической спектроскопии, тем самым став первым металлом, полученным этим способом.
В чистом виде металла был впервые получен в 1882 году ученым Сеттербергом при электролизе расплава смеси цианида цезия и бария.
Промышленные способы получения щелочных металлов
Все щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений, являются сильными восстановителями, и их получение требует высоких энергетических затрат.
1. Литий получают электролизом расплава хлорида лития, который образуется при переработке сподумена. Переработка сподумена – процесс довольно сложный, включает стадии получения алюмината лития, гидроксида лития и хлорида лития:
Известен также способ получения лития из его оксида в вакууме при 300°С:
2Li2O + Si + 2CaO 4Li + Ca2SO4
2. Натрийполучают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:
Натрий можно получить, прокаливая соду с углем в закрытых тиглях, пары металла конденсируются на крышке тигля, выход реакции невысокий:
Na2CO3 +2C 2Na + CO
3. Калий, рубидий и цезийможно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом их не получают из-за их высокой химической активности.
4. Калий получают, пропуская пары натрия через расплав хлорида калия при 800°С, выделяющие пары калия конденсируют:
KCl + Na K + NaCl
Также калий получают при взаимодействии между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием при 440°С:
KOH + Na K + NaOH.
5. Рубидий и цезий получают восстановлением их хлоридов кальцием при 700–800 °С:
2RbCl + Ca 2Rb + CaCl2,
6. Получение цезия – в качестве восстановителя также используют цирконий, реакция протекает при 650 °С:
7. Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путём с помощью ядерных реакций. Одна из наиболее распространённых ядерных реакций для получения франция:
Дата добавления: 2020-12-22 ; просмотров: 230 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net
Каким методом в металлургии получают щелочные металлы?
Щелочные металлы получают электролизом. Как это делал английский химик Гемфри Дэви в начала XIX века, но в значительно бОльших масштабах. Литий получают электролизом расплава его хлорида. Он плавится при температуре 605°С, для для современной техники не проблема. Натрий получают электролизом расплава гидроксида или хлорида натрия.
А раньше получали восстановлением соды (карбоната натрия) углем при высокой температуре. Аналогично получают и калий. Его получают также восстановлением при высокой температуре в инертной атмосфере гидроксида калия натрия. Метод основан на большей летучести калия по сравнению с натрием. Рубидий получают восстановлением его хлорида или карбоната кальцием или магнием.
Цезий также можно получить нагреванием его хлорида с кальцием. А особо чистый цезий получают разложением его азида. Франций из-за очень короткого времени жизни не может существовать в виде компактного куска, поэтому получить металлический франций вряд ли возможно.
Источник: www.bolshoyvopros.ru