O homem moderno está cercado por diversos metais em seu cotidiano. A maioria dos itens que usamos contém esses produtos químicos. Tudo isso aconteceu porque as pessoas encontraram várias maneiras de obter metais.
O que são metais
A química inorgânica lida com essas substâncias valiosas para as pessoas. A obtenção de metais permite que uma pessoa crie tecnologia cada vez mais perfeita que melhora nossas vidas. O que eles são? Antes de considerar os métodos gerais de obtenção de metais, é necessário entender o que são. Os metais são um grupo de elementos químicos na forma de substâncias simples com propriedades características:
• condutividade térmica e elétrica;
• alta ductilidade;
• glitter.
Uma pessoa pode facilmente distingui-los de outras substâncias. Uma característica de todos os metais é a presença de um brilho especial. É obtido refletindo os raios de luz incidentes sobre uma superfície que não os transmite. O brilho é uma propriedade comum a todos os metais, mas é mais pronunciado na prata.
LigadoAté o momento, os cientistas descobriram 96 desses elementos químicos, embora nem todos sejam reconhecidos pela ciência oficial. Eles são divididos em grupos, dependendo de suas propriedades características. Os seguintes metais são isolados desta forma:
• alcalino – 6;
• alcalino terroso – 6;
• transicional – 38;
• luz – 11;
• semimetais – 7;
• Lantanídeos – 14;
• actinídeos – 14.
Obtenção de metais
Para fazer uma liga, você deve primeiro obter metal do minério natural. Elementos nativos são aquelas substâncias que são encontradas na natureza em estado livre. Estes incluem platina, ouro, estanho, mercúrio. Eles são separados das impurezas mecanicamente ou com a ajuda de reagentes químicos.
Outros metais são extraídos processando seus compostos. Eles são encontrados em vários fósseis. Minérios são minerais e rochas, que incluem compostos metálicos na forma de óxidos, carbonatos ou sulfetos. Para obtê-los, utiliza-se o processamento químico.
Métodos para obtenção de metais:
• redução de óxidos com carvão;
• pegando estanho de pedra de estanho;
• fundição de minério de ferro;
• queima de compostos de enxofre em fornos especiais.
Para facilitar a extração de metais de rochas de minério, várias substâncias chamadas de fluxos são adicionadas a elas. Eles ajudam a remover impurezas indesejadas, como argila, calcário, areia. Como resultado deste processo, são obtidos compostos fusíveis,chamado de escória.
Na presença de uma quantidade significativa de impurezas, o minério é enriquecido antes da fundição do metal, removendo grande parte dos componentes desnecessários. Os métodos mais utilizados para este tratamento são flutuação, magnético e gravidade.
Metais alcalinos
A produção em massa de metais alcalinos é um processo mais complexo. Isso se deve ao fato de serem encontrados na natureza apenas na forma de compostos químicos. Por serem agentes redutores, sua produção é acompanhada de altos custos de energia. Existem várias maneiras de extrair metais alcalinos:
• O lítio pode ser obtido a partir de seu óxido no vácuo ou por eletrólise de um fundido de seu cloreto, formado durante o processamento do espodumênio.
• O sódio é extraído por calcinação de soda com carvão em cadinhos bem fechados ou por eletrólise de um cloreto fundido com adição de cálcio. O primeiro método é o mais demorado.
• O potássio é obtido pela eletrólise de uma fusão de seus sais ou pela passagem de vapor de sódio através de seu cloreto. Também é formado pela interação de hidróxido de potássio fundido e sódio líquido a uma temperatura de 440°C.
• Césio e rubídio são extraídos reduzindo seus cloretos com cálcio a 700–800 °C ou zircônio a 650 °C. A obtenção de metais alcalinos dessa maneira consome muita energia e é cara.
Diferenças entre metais e ligas
Um limite fundamentalmente claro entre metais e suas ligas praticamente não existe, pois mesmo as substâncias mais puras e simples têmalguma quantidade de impurezas. Então, qual é a diferença entre eles? Quase todos os metais utilizados na indústria e em outros setores da economia nacional são utilizados na forma de ligas obtidas propositalmente pela adição de outros componentes ao elemento químico principal.
Ligas
A tecnologia precisa de uma variedade de materiais metálicos. Ao mesmo tempo, os elementos químicos puros praticamente não são usados, pois não possuem as propriedades necessárias para as pessoas. Para as nossas necessidades, inventamos diferentes formas de obter ligas. Este termo refere-se a um material macroscopicamente homogêneo que consiste em 2 ou mais elementos químicos. Neste caso, os componentes metálicos predominam na liga. Esta substância tem sua própria estrutura. Nas ligas, distinguem-se os seguintes componentes:
• base composta por um ou mais metais;
• pequenas adições de elementos modificadores e de liga;
• impurezas não removidas (tecnológicas, naturais, aleatórias).
As ligas metálicas são o principal material estrutural. Em tecnologia, são mais de 5.000.
Tipos de ligas
Apesar de tamanha variedade de ligas, as à base de ferro e alumínio são da maior importância para as pessoas. Eles são os mais comuns na vida cotidiana. Os tipos de ligas são diferentes. Além disso, eles são divididos de acordo com vários critérios. Assim, vários métodos de fabricação de ligas são usados. De acordo com este critério, eles são divididos em:
• Elenco, queobtido por cristalização por fusão de componentes mistos.
• Pó, criado pela prensagem de uma mistura de pós e posterior sinterização em alta temperatura. Além disso, muitas vezes os componentes de tais ligas não são apenas elementos químicos simples, mas também seus vários compostos, como titânio ou carbonetos de tungstênio em ligas duras. Sua adição em certas quantidades altera as propriedades dos materiais metálicos.
Os métodos de obtenção de ligas na forma de produto acabado ou blank são divididos em:
• fundição (silumin, ferro fundido);
• forjado (aços);
• pó (titânio, tungstênio).
Tipos de ligas
Os métodos de obtenção de metais são diferentes, enquanto os materiais feitos com eles têm propriedades diferentes. No estado sólido de agregação, as ligas são:
• Homogêneo (uniforme), constituído por cristais do mesmo tipo. Eles são frequentemente chamados de monofásicos.
• Heterogênea (heterogênea), chamada multifásica. Quando são obtidos, toma-se uma solução sólida (fase matriz) como base da liga. A composição de substâncias heterogêneas desse tipo depende da composição de seus elementos químicos. Tais ligas podem conter os seguintes componentes: soluções sólidas intersticiais e de substituição, compostos químicos (carbonetos, intermetálicos, nitretos), cristalitos de substâncias simples.
Propriedades da liga
Independentemente de quais métodos de obtenção de metais e ligas são usados, suas propriedades são completamente determinadas pelo cristalinoestrutura de fase e microestrutura desses materiais. Cada um deles é diferente. As propriedades macroscópicas das ligas dependem de sua microestrutura. De qualquer forma, eles diferem das características de suas fases, que dependem apenas da estrutura cristalina do material. A homogeneidade macroscópica de ligas heterogêneas (multifásicas) é obtida como resultado de uma distribuição uniforme de fases na matriz metálica.
A propriedade mais importante das ligas é a soldabilidade. Caso contrário, eles são idênticos aos metais. Assim, as ligas possuem condutividade térmica e elétrica, ductilidade e refletividade (brilho).
Variedades de ligas
Diferentes métodos de obtenção de ligas permitiram ao homem inventar um grande número de materiais metálicos com diferentes propriedades e características. De acordo com sua finalidade, eles são divididos nos seguintes grupos:
• Estrutural (aço, duralumínio, ferro fundido). Este grupo também inclui ligas com propriedades especiais. Portanto, eles se distinguem pela segurança intrínseca ou propriedades antifricção. Estes incluem latão e bronze.
• Para rolamentos de vazamento (babbit).
• Para aquecimento elétrico e equipamentos de medição (nicromo, manganina).
• Para a produção de ferramentas de corte (win).
Na produção, as pessoas também usam outros tipos de materiais metálicos, como ligas fusíveis, resistentes ao calor, resistentes à corrosão e amorfas. Ímãs e termoelétricos (teluretos e selenetos de bismuto, chumbo, antimônio e outros) também são amplamente utilizados.
Ligas de Ferro
Praticamente todo o ferro fundido na Terra é direcionado para a produção de aços simples e ligas. Também é usado na produção de ferro. As ligas de ferro ganharam popularidade devido ao fato de possuírem propriedades benéficas para os seres humanos. Eles foram obtidos pela adição de vários componentes a um elemento químico simples. Portanto, apesar de várias ligas de ferro serem feitas com base em uma substância, aços e ferros fundidos têm propriedades diferentes. Como resultado, eles encontram uma variedade de aplicações. A maioria dos aços são mais duros que o ferro fundido. Vários métodos de obtenção desses metais permitem obter diferentes graus (marcas) dessas ligas de ferro.
Melhorar as propriedades da liga
Ao fundir certos metais e outros elementos químicos, podem ser obtidos materiais com características melhoradas. Por exemplo, a resistência ao escoamento do alumínio puro é de 35 MPa. Ao obter uma liga deste metal com cobre (1,6%), zinco (5,6%), magnésio (2,5%), este valor ultrapassa 500 MPa.
Ao combinar diferentes proporções de diferentes produtos químicos, podem ser obtidos materiais metálicos com propriedades magnéticas, térmicas ou elétricas aprimoradas. O papel principal neste processo é desempenhado pela estrutura da liga, que é a distribuição de seus cristais e o tipo de ligações entre os átomos.
Aços e ferros
Estas ligas são obtidas pela combinação de ferro e carbono (2%). Na produção de materiais ligados, são adicionadosníquel, cromo, vanádio. Todos os aços comuns são divididos em tipos:
• baixo carbono (0,25% carbono) usado para várias estruturas;
• Alto teor de carbono (mais de 0,55%) projetado para ferramentas de corte.
Diferentes graus de ligas de aço são usados em engenharia mecânica e outros produtos.
A liga de ferro com carbono, cuja porcentagem é de 2-4%, é chamada de ferro fundido. Este material também contém silício. Vários produtos com boas propriedades mecânicas são fundidos em ferro fundido.
Metais não ferrosos
Além do ferro, outros elementos químicos também são usados para fazer vários materiais metálicos. Como resultado de sua combinação, são obtidas ligas não ferrosas. Na vida das pessoas, materiais baseados em:encontraram o maior uso
• Cobre, chamado latão. Eles contêm 5-45% de zinco. Se seu conteúdo for de 5 a 20%, o latão é chamado de vermelho e, se for de 20 a 36%, amarelo. Existem ligas de cobre com silício, estanho, berílio, alumínio. Eles são chamados de bronzes. Existem vários tipos dessas ligas.
• Chumbo, que é uma solda comum (tretnik). Nesta liga, 2 partes de estanho caem em 1 parte deste produto químico. Os rolamentos são produzidos com babbitt, que é uma liga de chumbo, estanho, arsênico e antimônio.
• Alumínio, titânio, magnésio e berílio, que são ligas não ferrosas leves com alta resistência e excelente mecânicapropriedades.
Métodos de obtenção
Principais métodos para obtenção de metais e ligas:
• Fundição, na qual se solidifica uma mistura homogênea de diferentes componentes fundidos. Para obter ligas, são utilizados métodos pirometalúrgicos e eletrometalúrgicos de obtenção de metais. Na primeira variante, a energia térmica obtida no processo de combustão do combustível é utilizada para aquecer a matéria-prima. O método pirometalúrgico produz aço em fornos a céu aberto e ferro fundido em altos-fornos. Com o método eletrometalúrgico, as matérias-primas são aquecidas em fornos de indução ou a arco elétrico. Ao mesmo tempo, a matéria-prima é amolecida muito rapidamente.
• Pó, no qual os pós de seus componentes são usados para fazer a liga. Graças à prensagem, recebem uma determinada forma e depois são sinterizados em fornos especiais.
