Что такое сплавы металлов химия

Здравствуйте, друзья! Сегодня я предлагаю рассмотреть некоторые металлы и их сплавы. Постараемся в этой статье охватить все возможности и характеристики металлов и выделим основные их достоинства и качества.

Металлы и их сплавы

Железо

Железо не считается древним открытием человека. Его начали производить только в 13 веке до нашей эры. Постепенно оно заслуживало все больше значения не только в производстве, но и в деле постройки дома, и др. различных строений. Без железа и изделий из него, сейчас трудно представить любую хозяйственную и строительную деятельность, хотя справедливости ради надо заметить, что прогресс не стоит на месте, и все чаще железо заменяется различными видами пластика. Но как бы там не было, есть случаи когда его не заменит ничто. Хотя как знать, прогресс такая штука…

Итак, обычно в работах по металлу применяется не чистое железо, а сплавы – чугун или сталь.

Сплав железа с углеродом

Сплав железа с содержанием углерода, превышающего 2% — есть чугун.

" data-medium-file="https://i0.wp.com/odnastroyka.ru/wp-content/uploads/2014/10/sort-stali.jpg?fit=352%2C352" data-large-file="https://i0.wp.com/odnastroyka.ru/wp-content/uploads/2014/10/sort-stali.jpg?fit=352%2C352" > Определение марки стали по искре

Чугун почти не поддается обработке (и уж тем более сверлению), отличается высокой хрупкостью. Применение чугуна весьма ограничено (чаще его используют при литье, всем например известны старые, «добрые» чугунные отопительные батареи).

Сплав железа с содержанием менее 2% углерода – это сталь. Она различается по количеству содержания в себе углерода.

Малоуглеродистый сорт стали (углерод не превышает 0,3%) больше годится для чеканки или ковки вручную, поэтому её ещё называют поделочной. Этот сорт стали превосходно поддается сварке и соответствует высокой стадии ковкости. Плохо поддается закаливанию лишь особо низкоуглеродистая сталь (меньше 0,1% углерода).

Средне-углеродистый сорт стали (сочетает до 0,85% углерода) применяется для производства большинства метало-изделий. Т.н. конструкционная сталь. Отлично поддается закаливанию и ковке, но очень плохо поддаются сварке.

Высоко-углеродистая сталь (сочетание углерода достигает до 1,35%) является самой твердой, и применяется для производства частей механизмов и инструментов, подверженных высокому износу. Эта сталь практически не куется и плохо поддается сварке.

Сталь для разных поделок выпускается в виде заготовок, на производствах. Но выгоднее использовать ее детали, которые пришли в негодность. Чтобы узнать к какому сорту стали относится деталь, есть много различных методов определения.

К примеру, если надпилить напильником стальную деталь, раскалить её до красна и резко остудить в воде. И если при повторном надпиливании, чувствуется легкость – это малоуглеродистая сталь. При затруднении – проценту углерода больше. Можно определить сорт стали и по искрам от наждачного круга. Но это сможет определить уже достаточный специалист.

Существуют специальные таблицы по которым довольно точно можно узнать марку, и даже содержание добавок в стали.

Профили металлов, металлосырье

Листовой металл делится на тонко-листовой и толсто-листовой.

Края листового металла лучше всего обработать стругом, полученным из использованного ножовочного полотна. Абразивным трехгранным бруском вытачиваем в полотне угловой вырез – струг готов.

Стальные трубы производятся бесшовными (цельнотянутые) или сварные (внахлестку). Первые известны как газовые или паровые трубы.

Удобнее всего резать жестяную трубу – консервным ножом. Заход делаем обычной ножовкой.

Трубы из чугуна обычно используются в водо-канализационных системах.

Проволока имеет три (основные) и более видов сечений — квадратное, круглое или прямоугольное. Ее поверхность может быть омедненная, луженая, оцинкованная или неизолированная. Также может быть упругой либо мягкой.

Стержни производятся круглого, шестигранного, квадратного или плоского сечения.

Искусство самостоятельного приготовления легких сплавов могут стать очень полезным. Самое главное не допустить перегрева металла.

Читайте также:  Пластиковая гофрированная труба для канализации оранжевая

Ou brille l’ardent metal. – Люди гибнут за металл!

Наверняка, многие слышали эту фразу из куплетов Мефистофеля (опера Гуно "Фауст"). Трудно не согласиться с автором, ведь металлы действительно играют чрезвычайно важную роль в жизни человека.

Большинство, известных современной науке, химических элементов являются металлами (их более 80). Металлы входят в большинство неорганических соединений.

Наибольшую химическую активность проявляют щелочные и щелочноземельные металлы, которые образуют наиболее типичные для металлов химические соединения.

Еще одним существенным нюансом является тот факт, что соединения некоторых металлов Ia и IIa групп (литий, калий, магний, кальций) принимают участие во многих химико-биологических процессах, протекающих в клетках живых организмов.

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий – занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других – как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

  • Радиус атома – уменьшается;
  • Заряд ядра – увеличивается;
  • Электроотрицательность – увеличивается;
  • Кол-во электронов на внешнем слое – увеличивается;
  • Прочность связи внешних электронов с ядром атома – увеличивается;
  • Способность отдавать электроны – уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы – в конце (справа).

  • как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 – у Sb, Bi; 6 – у Po);
  • имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
  • имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
  • легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

  • твердые вещества (кроме ртути);
  • обладают характерным металлическим блеском;
  • обладают высокой электро- и теплопроводностью;
  • обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл – хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий – вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см 3 ), самая высокая – у осмия (22,48 г/см 3 ).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

  • ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
  • парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
  • диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Химические свойства металлов

Выше уже было сказано, что металлы достаточно легко расстаются со своими электронами (окисляются), т.е. в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями.

Во всех химических реакциях металлы являются восстановителями, проявляя только положительные степени окисления
Me 0 -ne – → Me n+
  • M – металл;
  • e – – электрон;
  • n – целое число.
Читайте также:  Как сделать автоантенну своими руками

Металлы характеризуются низкими величинами энергии ионизации (энергии, необходимой, для отрыва электрона от атома).

Восстановительная способность металлов:

  • в периодах уменьшается слева-направо;
  • в главных подгруппах увеличивается сверху-вниз.

Металл является более сильным восстановителем, чем он стоит левее в периоде и ниже в главной подгруппе.

Восстановительная активность металлов, в реакциях, протекающих в растворах веществ, зависит от места металла в электрохимическом ряду напряжений.

Химические реакции металлов с неметаллами (простыми веществами):

  • с водородом металлы образуют гидриды:
    Ca+H2 = CaH2 – гидрид кальция
  • с галогенами металлы образуют галогениды (соли):
    Mg+Br2 = MgBr2 – бромид магния
  • с кислородом металлы образуют оксиды:
    4Na+O2 = 2Na2O – оксид натрия
  • с серой металлы образуют сульфиды (соли):
    Fe+S = FeS – сульфид железа
  • с углеродом металлы образуют карбиды:
    Ca+2C = CaC2 – карбид кальция

Химические реакции металлов с сложными веществами:

  • металлы от лития до натрия (см. ряд напряжений) вытесняют водород при н.у. с образованием щелочей:
    2Na+2H2O = 2NaOH+H2
  • металлы, стоящие левее водорода, реагируют с разбавленными кислотами с образованием солей и выделением водорода:
    2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2
  • металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов, восстанавливая при этом менее активный металл, с образованием соли более активного металла:
    Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu

Получение металлов

В свободном виде в природе присутствуют наименее активные металлы, встречаются они в виде так называемых самородков (кто не мечтает найти самородок золота). Так уж сложилось, что количество таких металлов на земле не так уж и много, поэтому, их еще называют драгоценными металлами – это золото, серебро, платина.

Остальные металлы, не имеющие "благородного" происхождения, т.к. являются достаточно активными, чтобы вступать во взаимодейcтвие с другими веществами, в природе присутствуют в разнообразных соединениях – сульфидах, сульфатах, оксидах, хлоридах, нитратах, фосфатах и проч.

Благодаря своим высоким практическим качествам, металлы заслужили "уважение" у наших далеких предков, которые, поняв их полезность, пытались найти способы извлечения металлов из соединений. Так зародилась целая отрасль, называемая металлургией.

Любой современный металлургический процесс заключается в восстановлении ионов металла, с получением на выходе металла в свободном виде.

Разновидности металлургических процессов:

  • Прометаллургия – получение металлов из их руд при помощи различных восстановителей при высоких температурах:
    FeO+C = Fe+CO
    Cr2O3+2Al = Al2O3+2Cr
  • Гидрометаллургия – получение металлов из раствора соли металла путем вытеснения более активным металлом:
  • на первом этапе оксид металла растворяют в кислоте с целью получения раствора соли металла:
    CuO+H2SO4 = CuSO4+H2O
  • на втором этапе из полученного раствора более активным металлом вытесняют "нужный" металл:
    CuSO4+Fe = FeSO4+Cu
  • Электрометаллургия – получение металлов электролизом растворов (расплавов) их соединений (роль восстановителя выполняет электрический ток).
  • Сплавы металлов

    По мере развития науки, человек понял, что соединяя воедино несколько различных металлов, можно получить вещество, которое будет превосходить по своим показателям исходные компоненты – так появились сплавы металлов.

    Сплавы получают из расплавов металлов, которые в жидком виде хорошо растворяются и смешиваются друг с другом.

    Главные разновидности сплавов металлов:

    • Механическая смесь металлов представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов, как, например, перемешать цемент с песком;
    • Твердые растворы представляют собой однородные кристаллы в узлах кристаллической решетки которых находятся атомы сплавляемых металлов;
    • Интерметаллические соединения получаются взаимным растворением металлов, в результате которого атомы образуют "экзотические" соединения, например, Ag2Zn5, Cu3Zn.

    Следует сказать, что сплавляются друг с другом не только металлы, в состав некоторых сплавов входят и неметаллы, с которыми металлы не только механически смешиваются, но и образуют атомные соединения, в результате чего полученный сплав обладает резко отличающимися физическими свойствами от исходных металлов. Современная наука разработала много разнообразных сплавов, которые обладают заранее заданными свойствами.

    • Сталь – сплав железа с углеродом (обычно, до 1%) с легирующими добавками хрома, никеля, кремния, фосфора, марганца и проч.
    • Чугун – сплав железа с углеродом (более 3%) с легирующими добавками.
    • Бронза – сплав меди с оловом с легирующими добавками.
    • Латунь – сплав меди с цинком.
    • Мельхиор – сплав меди с никелем.
    • Дюралюминий – сплав алюминия с медью (3-5%), магнием (1%), марганцем (1%).
    • Амальгама – сплав металла с ртутью.
    Читайте также:  Как расплавить алюминий дома

    Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

    Код кнопки:

    Энциклопедия Кольера. — Открытое общество . 2000 .

    Смотреть что такое "СПЛАВЫ" в других словарях:

    СПЛАВЫ — СПЛАВЫ, застывшие растворы металлов друг в друге. Вследствие появления у С. целого ряда новых свойств, отсутствующих у чистых металлов, вошедших в их состав, С. получили большое распространение и применение в технике. При сплавлении металлов… … Большая медицинская энциклопедия

    СПЛАВЫ — металлические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух (например, латунь) или более металлов (реже металлов и неметаллов, например сталь) с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавы любые однородные системы,… … Современная энциклопедия

    СПЛАВЫ — СПЛАВЫ, материалы, представляющие собой сочетание двух или более металлов. Свойства сплава отличаются от свойств исходных элементов. Сплавы обычно тверже и прочнее, и у них более низкая точка плавления. Сочетания с наиболее низкой точкой… … Научно-технический энциклопедический словарь

    СПЛАВЫ — макроскопически однородные в ва, получаемые сплавлением двух или более металлов, неметаллов, окислов, органич. в в и т. п. Особенно важную роль в технике играют металлич. С. (основной вид конструкц. материалов). В общем случае С. не являются… … Физическая энциклопедия

    СПЛАВЫ — макроскопически однородные вещества, образованные в результате охлаждения и затвердевания высокотемпературных жидких систем, состоящих из двух или нескольких компонентов (химически индивидуальных веществ), а также полученные методом (см.). С.… … Большая политехническая энциклопедия

    СПЛАВЫ — металлические макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов), с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называют любые однородные системы, полученные сплавлением… … Большой Энциклопедический словарь

    Сплавы — I Сплавы металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов (См. Металлы), а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам … Большая советская энциклопедия

    Сплавы — [alloys] однородные системы из двух или более элементов, претерпевающие переход из жидкое в твердое агрегатное состояния и обладающие характерными металлическими свойствами. Первые сплавы были природно легированными, их состав и свойства… … Энциклопедический словарь по металлургии

    СПЛАВЫ — макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов) с характерными металлич. св вами. В более широком смысле С. любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорг. соед … Химическая энциклопедия

    Сплавы* — (хим.). До самого последнего времени о природе С. не существовало точных и верных представлений и они вместе с растворами, стеклами и изоморфными смесями относились к классу неопределенных химических соединений. В настоящее время с очевидностью… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector