Kljub temu, da se umetno ustvarjeni materiali vse pogosteje uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju, uporabe kovin še ni mogoče zavrniti. Imajo edinstveno kombinacijo lastnosti, zlitine pa vam omogočajo, da povečate njihov potencial. Na katerih področjih je proizvodnja in uporaba kovin?
Značilnost skupine elementov
Kovine razumemo kot niz anorganskih kemikalij z značilnimi lastnostmi. Običajno vključujejo naslednje:
- visoka toplotna prevodnost;
- duktilnost, relativna enostavnost obdelave;
- relativno visoko tališče;
- dobra električna prevodnost;
- značilen "kovinski" lesk;
- vloga redukcijskega sredstva v reakcijah;
- visoka gostota.
Seveda nimajo vsi elementi te skupine vseh teh lastnosti, na primer živo srebro je pri sobni temperaturi tekoče, galij se topi od toplote človeških rok, bizmut pa težko imenujemo plastičen. Toda na splošno je mogoče vse te lastnosti zaslediti v celoti kovin.
Notranja klasifikacija
Kovine so pogojno razdeljene v več kategorij, od katerih vsaka združuje elemente, ki so si po različnih parametrih najbližji. Razlikujejo se naslednje skupine:
- alkalna - 6;
- alkalna zemlja - 4;
- prehodni - 38;
- lahka - 7;
- polkovine - 7;
- lantanidi - 14+1;
- aktinidi - 14+1;
Od skupin sta še dve: berilij in magnezij. Tako trenutno od vseh odkritih elementov 94 znanstvenikov pripisuje kovinam.
Poleg tega velja omeniti, da obstajajo še druge klasifikacije. Po njihovem se ločeno obravnavajo plemenite kovine, kovine platinske skupine, posttranzicijske, ognjevzdržne, železne in neželezne kovine itd. Ta pristop je smiseln le za določene namene, zato je bolj priročno uporabiti splošno sprejeto klasifikacijo..
Zgodovina potrdil
Človeštvo je bilo ves čas svojega razvoja tesno povezano s predelavo in uporabo kovin. Poleg tega, da so najpogostejši elementi, so jih lahko izdelali v različne izdelke le s pomočjo mehanske obdelave. Ker pri delu z rudo ni bilo veščin, je sprva šlo le za uporabo kepsov. Sprva je bila to mehka kovina, ki je dala ime bakreni dobi, ki je nadomestila kamnito. V tem obdobju se je razvila metoda hladnega kovanja. Taljenje je postalo možno v nekaterih civilizacijah. Postopoma so ljudje obvladali barvanjekovine, kot so zlato, srebro, kositer.
Pozneje je bronasta doba nadomestila bakreno dobo. Trajalo je približno 20 tisočletij in postalo prelomnica za človeštvo, saj je bilo v tem obdobju mogoče pridobiti zlitine. Metalurgija se postopoma razvija, izboljšujejo se metode pridobivanja kovin. Vendar pa je v 13-12 st. pr e. je prišlo do tako imenovanega bronastega kolapsa, ki je pomenil začetek železne dobe. To je bilo verjetno posledica izčrpanja zalog kositra. In takrat odkrita svinec in živo srebro nista mogla nadomestiti brona. Tako so morali ljudje razviti proizvodnjo kovin iz rud.
Naslednje obdobje ni trajalo dolgo – manj kot tisočletje, a je pustilo svetel pečat v zgodovini. Kljub temu, da je bilo železo poznano veliko prej, ga zaradi pomanjkljivosti v primerjavi z bronom skoraj nikoli niso uporabljali. Poleg tega je bilo slednje veliko lažje dobiti, medtem ko je bilo taljenje rude delovno bolj intenzivno. Dejstvo je, da je samorodno železo precej redko, zato ni presenetljivo, da je opuščanje brona tako počasno.
Pomen veščin pridobivanja kovin
Podobno kot je človeški prednik prvič izdelal orodje tako, da je oster kamen privezal na palico, se je prehod na nov material izkazal za prav tako veličasten. Glavne prednosti kovinskih izdelkov so bile, da jih je bilo lažje izdelati in popraviti. Kamen nima plastičnosti in kovnosti, tako davsako orožje iz njega je bilo mogoče narediti samo na novo, popraviti ga ni bilo mogoče.
Tako je bil prehod na uporabo kovin pripeljal do nadaljnjega izboljševanja orodja, nastanka novih gospodinjskih predmetov, okraskov, ki jih je bilo prej nemogoče izdelati. Vse to je dalo zagon tehnološkemu napredku in postavilo temelje za razvoj metalurgije.
Sodobne metode
Če so bili ljudje v starih časih seznanjeni samo s pridobivanjem kovin iz rud ali pa so se lahko zadovoljili z kepsi, potem obstajajo drugi načini. Postali so možni zahvaljujoč razvoju kemije. Tako sta se pojavili dve glavni smeri:
- Pirometalurgija. Začel se je razvijati prej in je povezan z visokimi temperaturami, potrebnimi za obdelavo materiala. Sodobna tehnologija na tem področju omogoča tudi uporabo plazme.
- Hidrometalurgija. Ta smer se ukvarja z ekstrakcijo elementov iz rud, odpadkov, koncentratov itd. z uporabo vode in kemičnih reagentov. Na primer, zelo pogosta je metoda, ki vključuje proizvodnjo kovin z elektrolizo, zelo priljubljena pa je tudi metoda naogljičenja.
Obstaja še ena zanimiva tehnologija. Zahvaljujoč temu je bilo mogoče pridobiti plemenite kovine visoke čistosti in z minimalnimi izgubami. Gre za prefinjenost. Ta proces je ena od vrst rafiniranja, to je postopno ločevanje nečistoč. Na primer, v primeru zlata se uporablja nasičenje taline s klorom, platina pa se raztopi vmineralne kisline, čemur sledi izolacija z reagenti.
Mimogrede, pridobivanje kovin z elektrolizo se najpogosteje uporablja, če taljenje ali predelava ni ekonomsko izvedljiva. Točno to se zgodi z aluminijem in natrijem. Obstajajo tudi bolj inovativne tehnologije, ki omogočajo pridobivanje barvnih kovin tudi iz precej slabih rud brez večjih stroškov, a o tem bomo govorili malo kasneje.
O zlitinah
Večina kovin, znanih v antiki, ni vedno zadostila nekaterim potrebam. Korozija, nezadostna trdota, krhkost, krhkost, krhkost - vsak element v svoji čisti obliki ima svoje pomanjkljivosti. Zato je bilo potrebno najti nove materiale, ki združujejo prednosti znanih, torej najti načine za pridobivanje kovinskih zlitin. Danes obstajata dve glavni metodi:
- Casting. Talino mešanih komponent ohladimo in kristaliziramo. Prav ta metoda je omogočila pridobitev prvih vzorcev zlitin: brona in medenine.
- Pritiskanje. Zmes praškov izpostavimo visokemu tlaku in nato sintramo.
Nadaljnja izboljšava
V zadnjih desetletjih se najbolj obeta proizvodnja kovin z uporabo biotehnologije, predvsem s pomočjo bakterij. Iz sulfidnih surovin je že postalo mogoče pridobiti baker, nikelj, cink, zlato in uran. Znanstveniki upajo, da bodo mikroorganizme povezali s procesi, kot so izpiranje, oksidacija, sorpcija in padavine. Poleg tega je izjemno pomembnoproblem globinskega čiščenja odpadne vode, tudi za to poskušajo najti rešitev, ki vključuje sodelovanje bakterij.
Prijava
Brez kovin in zlitin bi bilo življenje v obliki, kot jo pozna človeštvo, nemogoče. Stolpnice, letala, posoda, ogledala, električni aparati, avtomobili in še marsikaj obstaja samo po zaslugi oddaljenega prehoda ljudi iz kamna v baker, bron in železo.
Zaradi njihove izjemne električne in toplotne prevodnosti se kovine uporabljajo v žicah in kablih za najrazličnejše namene. Zlato se uporablja za ustvarjanje neoksidacijskih stikov. Zaradi svoje trdnosti in trdote se kovine pogosto uporabljajo v gradbeništvu in za najrazličnejše strukture. Drugo področje uporabe je instrumentalno. Za izdelavo delovnega, na primer rezalnega dela, se pogosto uporabljajo trde zlitine in posebne vrste jekla. Končno so plemenite kovine zelo cenjene kot material za nakit. Torej je veliko aplikacij.
Zanimivo o kovinah in zlitinah
Uporaba teh elementov je tako razširjena in ima tako dolgo zgodovino, da ni presenetljivo, da se pojavljajo različne nenavadne situacije. Na koncu je treba prinesti njih in le nekaj zanimivih dejstev:
- Pred široko uporabo je bil aluminij zelo cenjen. Jedilni pribor, ki ga je Napoleon III uporabljal pri sprejemanju gostov, je bil izdelan iz tega materiala in je bil predmetponos monarha.
- Ime platina v španščini pomeni "srebro". Element je tako nelaskavo ime dobil zaradi razmeroma visokega tališča in zato nezmožnosti uporabe za dolgo časa.
- V svoji najčistejši obliki je zlato mehko in se zlahka opraska z nohtom. Zato je za izdelavo nakita legiran s srebrom ali bakrom.
- Obstajajo zlitine z nenavadno lastnostjo termoelastičnosti, to je učinkom spomina oblike. Ko se deformirajo in nato segrejejo, se vrnejo v prvotno stanje.
