Malgré le fait que les matériaux créés artificiellement sont de plus en plus utilisés dans l'industrie et la vie quotidienne, il n'est pas encore possible de refuser l'utilisation des métaux. Ils ont une combinaison unique de propriétés et les alliages vous permettent de maximiser leur potentiel. Dans quels domaines la production et l'utilisation des métaux ?
Caractéristique d'un groupe d'éléments
Les métaux sont compris comme un ensemble de produits chimiques inorganiques aux propriétés caractéristiques. Ils incluent généralement les éléments suivants:
- haute conductivité thermique;
- ductilité, relative facilité d'usinage;
- point de fusion relativement élevé;
- bonne conductivité électrique;
- lustre "métallique" caractéristique;
- rôle de l'agent réducteur dans les réactions;
- haute densité.
Bien sûr, tous les éléments de ce groupe n'ont pas toutes ces propriétés, par exemple, le mercure est liquide à température ambiante, le gallium fond sous la chaleur des mains humaines et le bismuth peut difficilement être qualifié de plastique. Mais en général, toutes ces caractéristiques peuvent être retrouvées dans la totalité des métaux.
Classement interne
Les métaux sont conditionnellement divisés en plusieurs catégories, chacune combinant des éléments les plus proches les uns des autres dans divers paramètres. Les groupes suivants sont distingués:
- alcaline - 6;
- terre alcaline - 4;
- transitionnel - 38;
- lumière - 7;
- semimétaux - 7;
- lanthanides - 14+1;
- actinides - 14+1;
Des groupes, il y en a deux autres: le béryllium et le magnésium. Ainsi, à l'heure actuelle, sur tous les éléments découverts, 94 scientifiques attribuent aux métaux.
De plus, il convient de mentionner qu'il existe d'autres classifications. Selon eux, les métaux nobles, les métaux du groupe du platine, les métaux post-transition, réfractaires, ferreux et non ferreux, etc. sont considérés séparément. Cette approche n'a de sens que pour certaines fins, il est donc plus pratique d'utiliser la classification généralement acceptée.
Historique des reçus
L'humanité tout au long de son développement a été étroitement associée au traitement et à l'utilisation des métaux. En plus d'être les éléments les plus courants, ils ne pouvaient être transformés en divers produits qu'à l'aide d'un traitement mécanique. Comme il n'y avait aucune compétence pour travailler avec le minerai, au début, il ne s'agissait que d'utiliser des pépites. C'était d'abord un métal mou, qui a donné son nom à l'âge du cuivre, qui a remplacé celui de la pierre. Au cours de cette période, la méthode de forgeage à froid a été développée. La fusion est devenue possible dans certaines civilisations. Peu à peu, les gens ont maîtrisé la colorationmétaux tels que l'or, l'argent, l'étain.
Plus tard, l'âge du bronze a remplacé l'âge du cuivre. Elle dura environ 20 millénaires et devint un tournant pour l'humanité, puisque c'est durant cette période qu'il devint possible d'obtenir des alliages. La métallurgie se développe progressivement, les méthodes d'obtention des métaux s'améliorent. Cependant, dans les 13-12 siècles. avant JC e. le soi-disant effondrement du bronze s'est produit, qui a marqué le début de l'âge du fer. Cela était probablement dû à l'épuisement des réserves d'étain. Et le plomb et le mercure, découverts à cette époque, ne pouvaient remplacer le bronze. Les gens ont donc dû développer la production de métaux à partir de minerais.
La période suivante n'a pas duré longtemps - moins d'un millénaire, mais a laissé une marque brillante dans l'histoire. Malgré le fait que le fer était connu bien plus tôt, il n'a presque jamais été utilisé en raison de ses défauts par rapport au bronze. De plus, ce dernier était beaucoup plus facile à obtenir, tandis que la fonte du minerai demandait plus de main-d'œuvre. Le fait est que le fer natif est assez rare, il n'est donc pas surprenant que l'abandon du bronze ait été si lent.
Signification des compétences d'extraction de métaux
Semblable à la façon dont l'ancêtre humain fabriquait un outil en attachant une pierre pointue à un bâton, la transition vers un nouveau matériau s'est avérée tout aussi grandiose. Les principaux avantages des produits métalliques étaient qu'ils étaient plus faciles à fabriquer et à réparer. La pierre n'a pas de plasticité et de malléabilité, de sorte quetoutes les armes qui en provenaient ne pouvaient être que refaites, elles ne pouvaient pas être réparées.
Ainsi, c'est la transition vers l'utilisation des métaux qui a conduit à l'amélioration des outils, à l'apparition de nouveaux articles ménagers, de décorations, qui étaient auparavant impossibles à fabriquer. Tout cela a donné une impulsion au progrès technologique et jeté les bases du développement de la métallurgie.
Méthodes modernes
Si, dans l'Antiquité, les gens n'étaient habitués qu'à obtenir des métaux à partir de minerais, ou s'ils pouvaient se contenter de pépites, il existe actuellement d'autres moyens. Ils sont devenus possibles grâce au développement de la chimie. Ainsi, deux directions principales sont apparues:
- Pyrométallurgie. Il a commencé son développement plus tôt et est associé aux températures élevées requises pour traiter le matériau. La technologie moderne dans ce domaine permet également l'utilisation du plasma.
- Hydrométallurgie. Cette direction est engagée dans l'extraction d'éléments à partir de minerais, de déchets, de concentrés, etc. à l'aide d'eau et de réactifs chimiques. Par exemple, une méthode impliquant la production de métaux par électrolyse est extrêmement courante, et la méthode de carburation est également très populaire.
Il existe une autre technologie intéressante. L'obtention de métaux précieux d'une grande pureté et avec des pertes minimes est devenue possible grâce à elle. C'est une question de raffinement. Ce processus est l'un des types de raffinage, c'est-à-dire la séparation progressive des impuretés. Par exemple, dans le cas de l'or, la saturation de la masse fondue avec du chlore est utilisée et le platine est dissous dansacides minéraux suivi d'un isolement avec des réactifs.
D'ailleurs, l'obtention de métaux par électrolyse est le plus souvent utilisée si la fusion ou la récupération n'est pas économiquement viable. C'est exactement ce qui se passe avec l'aluminium et le sodium. Il existe également des technologies plus innovantes qui permettent d'obtenir des métaux non ferreux même à partir de minerais assez pauvres sans coûts importants, mais nous en reparlerons un peu plus tard.
À propos des alliages
La plupart des métaux connus dans l'Antiquité ne répondaient pas toujours à certains besoins. Corrosion, dureté insuffisante, fragilité, fragilité, fragilité - chaque élément dans sa forme pure a ses inconvénients. Par conséquent, il est devenu nécessaire de trouver de nouveaux matériaux combinant les avantages des matériaux connus, c'est-à-dire de trouver des moyens d'obtenir des alliages métalliques. Aujourd'hui, il existe deux méthodes principales:
- Diffusion. La masse fondue des composants mélangés est refroidie et cristallisée. C'est cette méthode qui a permis d'obtenir les premiers échantillons d'alliages: bronze et laiton.
- Appuyer. Le mélange de poudres est soumis à haute pression puis fritté.
Amélioration supplémentaire
Au cours des dernières décennies, la plus prometteuse est la production de métaux à l'aide de la biotechnologie, principalement à l'aide de bactéries. Il est déjà devenu possible d'extraire du cuivre, du nickel, du zinc, de l'or et de l'uranium à partir de matières premières sulfurées. Les scientifiques espèrent relier les micro-organismes à des processus tels que la lixiviation, l'oxydation, la sorption et la précipitation. De plus, il est extrêmement importantproblème du traitement des eaux usées en profondeur, pour cela aussi, ils essaient de trouver une solution qui implique la participation des bactéries.
Demande
Sans métaux et alliages, la vie telle qu'elle est aujourd'hui connue de l'humanité serait impossible. Les immeubles de grande hauteur, les avions, les ustensiles, les miroirs, les appareils électriques, les voitures et bien plus encore n'existent que grâce à la transition lointaine des gens de la pierre au cuivre, au bronze et au fer.
En raison de leur conductivité électrique et thermique exceptionnelle, les métaux sont utilisés dans les fils et les câbles à des fins très diverses. L'or est utilisé pour faire des contacts non oxydants. En raison de leur résistance et de leur dureté, les métaux sont largement utilisés dans la construction et pour une grande variété de structures. Un autre domaine d'application est instrumental. Pour la fabrication d'un travail, par exemple, une pièce de coupe, des alliages durs et des types d'acier spéciaux sont souvent utilisés. Enfin, les métaux nobles sont très appréciés comme matériau de joaillerie. Il existe donc de nombreuses applications.
Intéressant pour les métaux et alliages
L'utilisation de ces éléments est si répandue et a une si longue histoire qu'il n'est pas surprenant que diverses situations curieuses se présentent. Ils et juste quelques faits intéressants devraient être apportés à la fin:
- Avant sa généralisation, l'aluminium était très apprécié. Les couverts, dont Napoléon III se servait pour recevoir ses invités, étaient fabriqués à partir de cette matière et ont fait l'objet defierté du monarque.
- Le nom platine en espagnol signifie "argent". L'élément a reçu un nom aussi peu flatteur en raison de son point de fusion relativement élevé et, par conséquent, de l'impossibilité de l'utiliser pendant longtemps.
- Dans sa forme la plus pure, l'or est doux et se raye facilement avec un ongle. C'est pourquoi il est allié à de l'argent ou du cuivre pour fabriquer des bijoux.
- Il existe des alliages dotés d'une curieuse propriété de thermoélasticité, c'est-à-dire l'effet de mémoire de forme. Lorsqu'ils sont déformés puis chauffés, ils retrouvent leur état d'origine.
