Metalų fizikinės ir cheminės savybės

180 0

Metalai

Metalų fizikinės ir cheminės savybės.

Mechaninės (fizikinės) savybės:

Tvirtumas ir atsparumas – gebėjimas išlaikyti įvairias apkrovas ir nesuirti ;

Tamprumas – gebėjimas sugrįžti į pradinę padėtį, nustojus veikti išorinėms jėgoms;

Plastiškumas – gebėjimas keisti forma, veikiant išorinėms jėgoms, nesuirti, nesuplyšti, netrūkti, o nustojus veikti jėgoms, išlaikyti įgytą formą;

Kietumas – veikiant išorinėms jėgoms, priešintis kito, už jį kietesnio, kūno įsmigimui, įspaudimui;

Tvermė – savybė išlaikyti formą ir kitas savybes nesuyrant, kai juos veikia daug kartu besikeičiančios jėgos.

Laidumas elektrai ir šilumai.

Magnetinės savybės.

Šias savybes nulemia metališkoji jungtis – metalai kristalinės medžiagos, kuriose yra laisvų elektronų

Cheminės sa

avybės:

Visi metalai pasižymi savybe lengvai atiduoti valentinius elektronus ir virsti teigiamais jonais.

Redukuojantį metalų aktyvumo laipsnį parodo metalų elektrocheminė įtampų eilė. Kiekvienas šios eilės metalas išstumia (redukuoja) visus kitus esančius po jo metalus iš jų druskų tirpalų. Fe + CuSO4 – Cu + FeSO4

Metalai, esantys aktyvumo eilėje prieš H2, išstumia jį iš rūgščių, nepasižyminčių stipriai oksiduojančiomis savybėmis. Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Kuo aktyvesnis metalas, tuo lengviau išstumia vandenilį. Aktyviausi, t.y. šarminiai metalai vandenilį išstumia net iš vandens. 2Na +2H2O → 2NaOH + H2

Vidutinio aktyvumo metalai tik įkaitinti ga

ali skaidyti vandenį išskirdami H2.

3 Fe + 4 H2 O  Fe3O4 + 4 H2 Mažai aktyvūs su H2O nereaguoja (Au, Pt)

Metalų klasifikavimas.

Juodieji (Fe, jos lydiniai ir komponentai Mn, Cr) Apie 95 % visų pasaulyje gaminamų metalų – juodieji.

Spalvotieji (Cu, jo lydiniai ir komponentai Zn, Sn)

Taurieji (Pt šeimos metalai, Au

u, Ag) Randami laisvi gamtoje

Retieji (mažai paplitę: lantanoidai, W, Mb)

Dirbtiniai (gamtoje nerandami: Technecis, Prometis)

Pagal tankį.

Lengvieji

5 g/cm3 (šarminiai metalai, Be, Al, Ti, Li – 0,59 g/cm3)

Sunkieji

5 g/cm3 (Os – 22,7 g/cm3)

Pagal lydymosi temperatūrą.

Sunkiai besilydantys:

W lyd. t. – 3410 OC, Fe lyd. t. – 1535 OC

Lengvai besilydantys:

Hg lyd. t. – minus 40 OC, Ga lyd. t. – 29 OC, Na lyd. t. – 98 OC

Pagal laidumą. Labai laidūs

AgAuCuAl

Vidutinio laidumo

Mažai laidūs

Pb, Hg

Žemose temperatūrose metalai pasižymi superlaidumu.

Pagal kietumą.

Kieti

Kiečiausias metalas Chromas – 8,5 balo (Moso skalėje)

Vidutiniškai kieti:

Geležis – 4 balai

Minkšti

Minkščiausias Cezis – 0,2 balo

Metalų rūdos ir sodrinimo būdai.

Polimetalinės rūdos – išgaunami keli metalai

CuFeS2 – chalkopiritas

Kompleksinės rūdos – išgaunami ne tik metalai, bet ir kiti techniškai svarbūs elementai, pvz.: As, F, Cl

Priemaišos vadinamos bergždu

Rūdos koncentravimas vadinamas – sodrinimu: Mechaninis, Elektromagnetinis, Fizikinis ir cheminis (flotacinis).

Karboterminis metalų išgavimo būdas.

Cu2O + C  2Cu + CO

ZnO + C  Zn + CO

Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2

Redukuojami oksidai, todėl sulfidinės rūdos prieš tai de

eginamos

2ZnS + 3O2  2ZnO + 2SO2

Karbonatines, hidroksidines rūdas galima redukuoti anglimi iš karto, nes jos kaitinamos skyla:

ZnCO3  ZnO + CO2

2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O

Metaloterminio metalų išgavimo esmė.

2Al + 2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3 (aliumotermija)

TiCl4 + 4Na  Ti + 4NaCl (natriotermija)

Labai gryniems Me gauti reduktoriumi naudojamas vandenilis. H2 gaunamas redukuojant vandens garus C

H2O + C  CO + H2

WO3 + 3H2  W + 3H2O

Taip gaunami W, Mo, Os, taurieji metalai.

Hidrometalurginis metalų išgavimo būdas.

Rūda sodrinama, tirpinama rūgštyse arba šarmuose, tirpalas sukoncentruojamas, išvalomas ir taikoma:

Redukavimas aktyvesniais metalais (AuZn)

CuO + H2SO4  CuSO4 + H2O

CuSO4 + Fe  FeSO4 + Cu

Tirpalų elektrolizė – Cu, Ni, Sn, la

abai gryniems

metalams gauti

Metalų lydiniai ir jų gavimo būdai.

Lydiniai – makroskopinės homogeninės sistemos sudarytos iš dviejų ar daugiau metalų (kartais metalų ir nemetalų) ir turintys metalų savybių.

Gaunami:

Sumaišant išlydytus metalus.

Tirpinant kietą metalą lydale.

Sukepinant metalų miltelius.

Elektrolizės būdu nusodinant kelis metalus kartu.

Kondensuojant kelių metalų garus.

Geležis ir jos lydiniai. Ketus, plienas.

Redukuojant mineralus CO dujomis (karboterminis būdas)

3 Fe2O3 + CO  3 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2

FeO + CO  Fe + CO2

Geležis ir jos lydiniai yra plačiausiai naudojamas metalas (jie sudaro 95 % visų metalinių gaminių masės).

Geležies lydiniai su anglimi.

Išlydyta geležis su anglimi sudaro vienalytį skystąjį tirpalą, kuriame kristalizuojantis gali susidaryti šios fazės:

Anglies kietieji įterpimo tirpalai geležyje (austenitas, feritas)

Cheminis junginys Fe3C (cementitas) Cementitas aukštoje temperatūroje lengvai skyla į austenitą ir grafitą (grafitizuojasi).

Struktūriškai laisvas grafitas (būdingas ketui)

Ketus

Seniau vadinamas špižiumi – geležies, anglies ir kai kurių priemaišų (Mn, Si, Cr ir kt.) lydinys, kuriame anglies būna nuo 2,14 % iki 6,67 %.

Pagal gamybos būdą ir susidarančią struktūrą skirstoma:

Cementinis ketus, kuriame beveik visa anglis su geležimi sudaro cementitą Fe3C – dėl šviesaus blizgančio lūžio vadinamas baltuoju

Grafitinis ketus, kuriame didesnioji anglies dalis yra laisvojo grafito pavidalo – dėl pilkojo lūžio vadinamas pilkuoju

Ketaus rūšys:

pilkasis ketus – jame beveik visa anglis yra laisvo plokštelinio grafito pavidalo;

kalusis ketus – turi 2–2,7 % dribsnių pavidalo grafito;

legiruotasis ketus – ketus, į kurį gali būti pridėta Mn, Cr, Ni, Mo, Si, Cu, Al.

baltasis ketus – į jo sudėtį įeina ne

e tik anglis, bet ir kitų elementų priemaišos.

antifrikcinis ketus – turintis ne tik anglies ir silicio , bet ir kitų priemaišų.

chromnikelinis ketus – į šio ketaus sudėtį įeina ir 0,2–1,5 % Cr ir 0,2–4 % Ni.

Ketus yra trapus, išskyrus – kalųjį ketų.

Plienas.

Plienas – geležies ir anglies lydinys, kuriame yra iki 2,14 % anglies.

Pliene yra iki 0,7% Mn, iki 0,4 % Si, 0.06 % S ir 0.07 % P, kitos priemaišos.

Plieno mechaninės ir technologinės savybės priklauso nuo anglies kiekio pliene

Plieno grupės:

Mažaanglis plienas (iki 0,25 % anglies), vartojamas statybai

Mažai legiruotas plienas (ne daugiau kaip 2,5 % legiruojančiųjų priedų)

Visiškai legiruotas (2,5-10 % priedų).

Mažaanglis plienas minkštas, labai plastiškas, gerai suvirinamas, tačiau nelabai stiprus ir nesigrūdina.

Plieno grūdinimas – tai įkaitinto iki 820-850 oC ir pakankamai šioje temperatūroje išlaikyto plieno staigus ataušinimas greičiu, didesniu už kritinį aušinimo greitį, susidarant kiečiausiai bei stipriausiai, nors ir trapiai, sandarai.

Metalų legiravimas.

Chromas (Cr). Suteikia plienui stiprumą ir kietumą,sumažina tąsumą. Kai Cr > 12 %, Plienas atsparus korozijai, plieno paviršiuje susidaro plona oksidų plėvelė. Tokie plienai – nerūdijantys.

Nikelis (Ni) padidina atsparumą korozijai, stiprumą, kietumą, nemažindamas tąsumo.

Molibdenas(Mo) padidina plieno atsparumą ir tąsumą.

Niklis (Ni) ir titanas (Ti) sukietina plieną ir sumažina  polinkį tarpkristalinei korozijai, bet pablogina plieno suvirinamumą.

Vanadis (V) ir volframas (W) mažina įrankinių plienų trapumą karštoje būklėje

Elektrochemija

Elektrocheminiai procesai, oksidacijos redukcijos reakcijos.

Elektrochemija – tai chemijos sritis, tirianti procesus, kuriems vykstant dėl cheminių reakcijų atsiranda elektros srovė, arba cheminiai procesai sukeliami elektros srovės.

Elektrocheminiai procesai – tai oksidacijos re

edukcijos procesai.

Oksidacijos–redukcijos reakcijos – reakcijos kurių metu valentiniai elektronai pereina iš vienų atomų ar jonų į kitus.

Oksidacija – atomai ar jonai netenka elektronų. Jie vadinami reduktoriais.

Redukcija – atomai ar jonai prisijungia elektronus. Vadinami oksidatoriais.

Elektrodo potencialo susidarymo preižastys, standartinis elektrodo potencialas, elektrodo potencialo matavimas.

Elektrodinis potencialas – potencialų skirtumas tarp metalo ir tirpalo.

Pusiausvyros potencialu vadinamas potencialų skirtumas tarp metalo ir tirpalo nusistojus pusiausvyrai.

Elektrodinio potencialo dydis priklauso nuo:

metalo savybių; jo jonų aktyvumo tirpaluose; temperatūros.

Standartinis (normalinis) metalo potencialas.

Metalo, įmerkto į jo druskos tirpalą, kuriame metalų jonų koncentracija 1 mol/l (arba aktyvumas aMen+ = 1) yra vadinamas standartiniu arba normaliniu metalo potencialu.

Nustatomas išmatuojant potencialų skirtumą tarp tiriamo metalo, įmerkto į jo druskos tirpalą, kuriame metalų jonų koncentracija 1 mol/l ir standartinio vandenilio elektrodo.

Galvaninių elementų sandara. (katodai, anodai, jų krūvis) veikimo principas.

Galvaninis elementas – įrenginys, cheminę energiją paverčiantis nuolatine srove.

Galvaninį elementą sudaro du laidu sujungti elektrodai, patalpinti į jų druskų tirpalus, t.y. du puselemenčiai.

Elektros srovės atsiradimą galvaniniame elemente sąlygoja paimtų metalų elektrodų potencialų skirtumas ir seka eilės cheminių pasikeitimų ant elektrodų.

Anodas (-) rašomas kairėje schemos pusėje.

Katodas (+) rašomas dešinėje schemos pusėje.

Viena vertikali linija naudojama skirtingų fazių atskyrimui (tarp kietos fazės elektrodo ir skystos fazės tirpalo).

Dvi vertikalios linijos vaizduoja druskų tiltelį (“U” formos vamzdelį su elektrolitu) jungiantį du puselemenčius

Galvaninių elementų elektrovaros jėga, jos apskaičiavimas.

Tarp katodo ir anodo susidaro potencialių skirtumas, kuris vadinamas galvaninio elemento elektrovaros jėga E.

Elektrovaros jėga apskaičiuojama pa. . .

Irimas vadinamas destrukcija. Skirstoma į:

oksidacinę (veikia O2)

terminę

cheminę

biologinę

fotodestrukciją, fotolizę (UV poveikis)

mechaninę (apdirbimo metu – gręžiant, tekinant)

Kai kada vykstant destrukcijai susidaro pradinės medžiagos – monomerai. Toks procesas vadinamas depolimerizacija.

Polimerų irimo (senėjimo) sulėtinimui dedama inhibitorinių

medžiagų – vadinamos stabilizatoriais, inhibitoriais,

antioksidantais (prieš O2).

Plastmasės.

Plastikai (plastmasės) – gaunami polimerus sumaišius su įvairiomis

medžiagomis, suteikiančiomis norimų savybių: spalvą, nedegumą, lankstumą, plastiškumą, mechan. atsparumą, kietumą, elektr. laidumą, pigumą, atsparumą (šviesai, chemin. medžiagoms, senėjimui).

Skirstomos į paprastas ir sudėtines:

Paprastos – tai nedažyti ir dažyti polimerai (pvz. polietileno gaminiai – plėvelė).

Sudėtinės – įeina įvairūs komponentai: dažai, pigmentai, plastifikatoriai (mažina trapumą), stabilizatoriai (antioksidantai) ir įvairūs užpildai.

Užpildai gali būti organiniai (medienos drožlės, popierius, medvilnė, šiaudai) ir neorganiniai (asbestas, stiklas, metalo milteliai, TiO2, kreida, suodžiai, grafitas). Užpildų dedama norint pakeisti polimerų savybes: mechanines (stiklo pluoštas – tempimui kaip plieno), dielektrines (Me milteliai), cheminį atsparumą, kietesnis paviršius, nedegumą (neorg.užpildai) ir atpigina savikainą (medžio drožlės).

Supresavus dervomis įmirkytas sluoksniuotas medžiagas (popierių, kartoną, medvilnę, stiklo pluoštą, audinius), gaunamos sluoksniuotos plastmasės. Ypač atsparios mechaniškai, lenkimui, galima pjaustyti (tekstolitas, getinaksas, stiklo tekstolitas).

Korytos plastmasės (putplasčiai) – lengvos 30-100 g/cm3; gana tvirtos, naudojamos šilumos ir garso izoliacijai. Gaunamos išputinus – leidžiant dujas į išlydytą polimero masę.

Join the Conversation