Металдар туралы жалпы түсінік

№ 1 дәріс. Металдар туралы жалпы түсінік

 

Металдар – Электр тоғы мен жылуды жақсы өткізетін, пластикалық қасиеті жоғары, жылтыр заттар. Мұндай қасиеттердің болуы металдардың ішкі құрылымымен байланысты.

Металдардың (сынаптан басқа) кристалдық тор көздерінде металл атомдары орналасқан. Олар бір-бірімен металдық байланыспен байланысады. Металдардың иондану энергиясы аз болғандықтан олардың валенттік электрондары оңай бөлініп, бүкіл кристалдың бойында еркін қозғала алады. Сондықтан олардың жиынтығын электрон газы деп те атайды. Су ерітінділеріндегі реакциялар үшін металдың активтілігі оның активті қатардағы орнына байланысты.

Металдардың қаттылығы, температураға  төзімділігі күнделікті тәжірибеде шешуші рөл атқарады. Егер шыны хроммен кесілсе, ал цезийдіадам тырнағымен-ақ кесе алады. Кейбір металдар жұмсақ (күміс, алтын, т.б.) болғандықтан таза металдардың орнына олардың бір-бірімен құймалары қолданылады. Ең алғаш алынған құймалардың бірі – қола.

Темір мен оның құймалары (шойын, болат) қара металдар, ал қалғандары түсті металдар; алтын, күміс, платина химиялық реактивтергетөзімділігіне байланысты асыл металдар; сумен әрекеттесіп сілті түзетін металдарды сілтілік (Lі, Na, K, Rb, Cs), ал жер қыртысының негізін құрайтындарын сілтілік жер металдар; массалық үлесі 0,01%-дан аспайтындарын сирек металдар деп атайды. Өнеркәсіпте металдарды негізінен пирометаллургия,гидрометаллургия және электрметаллургия әдістерімен алады. Металдар электр сымдарын, тұрмысқа қажет бұйымдар (қазан, балға, т.б.) жасауда, т.б. кеңінен қолданылады.

1. Сілтілік
• Литий
• Натрий
• Калий
• Рубидий
• Цезий
• Франций
2. Түсті
• Алюминий
• Галлий
• Қорғасын
• Қалайы
3. Басқалар
• Магний
• Бериллий

 

Табиғатта көп кездесетін металдар қатарына жатады:

• Al (8,8%)
• Fe (4,65%)
• Ca (3,6%)
• Na (2,64%)
• K (2,5%)
• Mg (2,1%)
• Tі (0,57%)

 

Металдардың химиялық қасиеттері

Металдардың көпшілігі  химиялық активті элементтер болғандықтан жай және күрделі заттармен әрекеттеседі:

Жай заттармен:

1. 2Mg + 0₂ = 2MgO + Q жану реакциясы
2. Fe + S = FeS темір (II) сульфиді
3. Са + Сl₂ = СаСl₂ кальций хлориді

Металл гидридтері тұз сияқты қатты заттар. Металл гидридтерінде ғана сутегінің тотығу дәрежесі - 1 болады, себебі металдар электрондарын сутектің атомдык радиусы кіші болғандықтан оңай береді.

Күрделі заттармен:

Сілтілік және сілтілік жер металдар сумен куатты әрекеттесіп, судағы сутекті ығыстырып шығарады.

2Na + 2Н₂0 = 2NaOH + Н²↑

Металдар қышқылдармен әрекеттеседі. Реакция нәтижесінде түзілетін өнімнің табиғаты металдың белсенділігіне жөне қышқылдардың концентрациясына тәуелді

Zn + H₂S0₄ (сұйык) = ZnS0₄ + Н₂

Zn + 2H₂S0₄(конц.) = ZnS0₄ + S0₂↑ + 2H₂0

4Mg + 10HN0₃ (сұйық) = 4Mg(N0₃)₂+ NH₄N0₃ + 3H₂0

Ag + 2HN0₃ (конц.) = AgN0₃ + N0₂↑ + H₂0

Металдар тұздармен  әрекеттеседі. Белсендірек металдар (химиялық белсенді металл) белсенділігі темен металды оның қосылыстарынан ығыстырып шығарады.

Cu + Hg (N0₃)₂ = Cu (NO₃)₂+Hg

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

2Mg + TiCl₄ = 2MgCl₂ + Ti

Металдар оксидтермен  әрекеттеседі:

2Al + Fe₂0₃ = Al₂0₃ + 2Fe

Mg + C0₂=Mg0 + C0

Металдар органикалық  қосылыстармен де әрекеттеседі.

Металдарды  алу әдістері

Құрамында металл қосылыстары бар минералдар мен  тау жыныстарынан металды өнеркөсіптік жолмен беліп алу экономикалық тиімді болса, олар кен деп аталады.

Металдар табиғи кендерден  алынады. Кендегі металды бос  жынысынан айыру арқылы байыту жүргізіледі  — олардың бірі флотация әдісі. Алу әдістері металдардың химиялық белсенділіктеріне негізделген.

Қазақстандагы металл кендері  және металл өндірісі аймақтарда төмендегідей болып шоғырланған.

• Pb, Zn - Текелі, Малеевск, Ащысай;
• Mg, Ti, Zn, In, Be, Ta, Nb - Өскеменде өндіріледі (Қорғасын-мырыш, Титан-магний комбинаттары, Қазмырыш АҚ);
• Мn - Қаражал, Жезді;
• Сr - Хромтау (Кемпірсайда), Ақтөбе облысы;
• Cu - Жезқазған, Ақтоғай, Айдарлы;
• Fe - Қарағанды, Орал, Рудный, Соколов-Сарыбай, Лисаковск;
• W, Мо - Ағадыр, Катонқарағайда (Шығыс Қазақстан облысы);
• Sn - Көкшетау (Сырымбет), Қорғалжын;
• Аu - Бақыршық, Майқайың, Жітіқара.

Металлургия өндірісі үш топқа бөлінеді:

1. пирометаллургия,
2. гидрометаллургия,
3. электрометаллургия.

Бұл өндірістерде сәйкес жылу, су және электр куаты пайдаланылады.

Металлургия – ғылымның, техниканың, өнеркәсіптің кеннен немесе басқа да материалдардан металл алу процестерін, сондай-ақ металл қорытпаларға олардың химиялық құрамы мен құрылымын өзгерту арқылы қажетті қасиеттер беру процестерін қамтитын саласы.

• Металлургияға кендерден металдарды ажыратып алуға дайындау мақсатымен кентастарды өңдеу процестері (уату, байыту, кесектеу, т.б.);
• кентастар мен басқа материалдардан металды бөліп алу процестері, металдарды қажетсіз қоспалардан тазарту;
• металдар мен қорытпалар өндіру;
• металдарды термиялық, химия-термиялық және термомеханикалық өңдеу;
• металдарды қысыммен және құймалап өңдеу;
• металл бұйымдардың бетін әрлеу не қорғау мақсатында басқа металл қабатымен қаптау, т.б. жатады.

Түсті және қара металлургия, галламды, өте жоғары температурада (2000 – 20000 К) өтетін плазмалы және лазермен өңделетін металлургия болып ажыратылады; орындалатын процестерге байланысты пирометаллургия және гидрометаллургияға бөлінеді.

Қара  металлургия – қара металдар өндіру барысында кен шикізатын қазып алудан бастап, оны өңдеп шойын, ферроқорытпа, болат, илек, құбыр, рельс, т.б. өнімдерді алуды қамтитын металлургия саласы. Қазақстан қара металлургиясының байлығы мен болашағы темір кендері. Оның негізгі қорлары Қостанай, Қарағанды және Жезқазған облыстарында шоғырланған. Қара металл шикізатының базасы Соколов-Сарыбай және Лисаков кен байыту комбинаттарында комбинатында өндіріледі.

Түсті металлургия – кен шикізаттарын өндіру мен өңдеуден бастап, дайын өнім алуға дейінгі түсті металдар мен олардың қорытпаларын алу өндірісін қамтиды. Түсті металдардың вакуумдық металлургия саласы жақсы жолға қойылды.

Галламды металлургия  – су ерітінділерінен галламдарды (галлийдің электрлік теріс зарядталған  басқа металдармен сұйық қорытпасы) химиялық жолмен қалпына келтіру  арқылы металдар мен олардың қосылыстарын алу процестерін зерттейді. Металлургияның бұл жаңа саласы дүние жүзінде алғаш рет Қазақстанда 1960 жылдары жасалды.

Алюминий галламындағы сілтілі ерітінділерден алынған галлийдің цементтелуін зерттеу жөнінде үлкен ғылыми жұмыстар жүргізілді. Плазма металл бетін тазалауда және әр түрлі беттерді металмен қаптау технологиясында, термоядролық зерттеулерде, плазма химиясында, т.б. қолданылады. Плазма металлургияда қиын балқитын металдар мен олардың қосылыстарын алуда аса қажет.

 

Металл  аққыштығы

Металл аққыштығы– жүктеме берілу кезінде металдың пластикалық пішінсіздену қасиеті. Металл аққыштығы – жартылай өңделген өнімдерден дайындамалардың сырт пішінін құру кезінде, қысыммен өңдеуге қабілеттігінің барлығын анықтайтын металдардың қажетті технологиялық қасиеті.

Суықтай созу кезінде металл аққыштығын анықтау үшін технологиялық  сынама түріндегі сынақтардан (бүгу, сығу, жаншу, т.б. сынақтар) өткізеді. Металл аққыштығы балқытылған металдың құйма қалыпты толтыру қабілеттілігі болып табылады. Ол құйма қорытпалардың ең маңызды технологиялық қасиеттерінің бірі.

Металл аққыштығы жоғары болғанда құйма қалыптың құрама пішінін  неғұрлым дәл қайталайды; жұқа қабырғалы  бұйымдар дайындауда бұл ерекше маңызды  рөл атқарады. Құютемпературасы жоғарылаған сайын қорытпаның сұйықтай аққыштығы артады. Металл аққыштығы металдың аққыштық шегі деп аталатын кернеумен сипатталады.

Асыл металдан шекілген мәнеттер, көбінесе қазына ретінде жиналады, бұл орайда олардың бағасы тайтұяқ  алтынның (құйма алтын) бағасына бағдарланады. Мәнет арнаулы кәсіпорында – мәнет сарайында шекіледі. Мәнетті айналысқа шығару туралы шешім елдегі ақша айналысын реттеу шеңберінде қабылданады.

 

 

Металл беріктігі

Металл беріктігі –  металдардың белгілі бір жағдайлар  мен шектерде қандай да бір әсерлерді (түскен жүктемелер, әр түрлі температуралық,магниттік, электрлік, т.б. өрістер, әркелкі кебу немесе ісіну, физикалық-химиялық процестердің дененің әр түрлі бөлігінде әркелкі өтуі, т.б.) бұзылмай қабылдау қасиеті.

Әр түрлі  жағдайлар үшін металл беріктігінің критерийлері:

• пропорционалдық шегі,
• аққыштық шегі, беріктік шегі,
• сырғымалық шегі, т.б.

Металл беріктігі  бірнеше түрге (теориялық, техникалық, құралымдық, динамикалық, ұзаққа созылатын  беріктік) ажыратылады. Металдарды беріктендіру үшін термиялық, химия-термиялық, термомеханикалық, механикалық әдістер қолданылады. Бірліктердің халықаралық жүйесінде (СИ) металл беріктігінің өлшем бірлігі – Н.м/кг.