Механические свойства.. Получение металлов.

2.3 Механические свойства.

Из механических свойств для металлов характерны: пластичность, ковкость, тягучесть.

Пластичность — это свойство металлов деформироваться без трещин под воздействием определенной нагрузки.

Ковкость — это свойство металлов деформироваться без трещин под влиянием сжатия при температуре ниже температуры плавления металла.

Тягучесть - способность металлов вытягиваться в нити.Металлы с малой тягучестью хрупкие, а металлы с большой тягучестью устойчивы на разрыв.

Наибольшей пластичностью, ковкостью и тягучестью обладает золото: из него можно изготовить пластинки толщиной 0,003 мм и вытянуть проволоку, невидимую невооруженным глазом. В наименьшей степени этими качествами обладают висмут и марганец.

3.Получение металлов.

В свободном состоянии в природе встречаются только некоторые металлы — самородные металлы,например золото, платина, палладий, родий, осмий. Большинство металлов находится в природе в виде соединений (минералов): оксидов, сульфидов, хлоридов, сульфатов, карбонатов. Эти соединения обычно присутствуют в смеси с другими, являющимися пустой породой; данную смесь соединений называют рудой.

Первоначальной задачей при получении металла из руды является отделение пустой породы. Этот процесс называют обогащением руд. Затем из обогащенной руды, в зависимости от ее химического состава путем восстановления, получают металл.

Область науки и отрасль промышленности, занимающиеся методами производства металлов из руд, а также методами получения сплавов и обработки металлов, называются металлургией.

Рассмотрим общие способы получения металлов.

1.Пирометаллургия — это способы восстановления металлов из их соединений при высоких температурах с помощью таких восстановителей, как водород (водородотермия), другой более активный металл (металлотермия), оксид углерода(П) или углерод:

СиО + Н₂ = Си + Н₂0

Fe₂0₃ + ЗСО = 2Fe + ЗСО

2.Гидрометаллургия — это способы получения металлов из руд путем переведения природных соединений в раствор и последующего выделения металлов или их нерастворимых соединений из растворов, например

(Cu0H)₂C0₃ + 2H₂S0₄ = 2CuS0₄ + 3H₂0 + С0₂; CuS0₄ + Fe = FeS0₄ + Си

2Cu + 0₂ + 2H₂S0₄

3.Электрометаллургия– это способ получения металлов из расплавов солей, оксидов или гидроксидов с помощью электрического тока.

Например, при электролизе расплавленного гидроксида калия на катоде осаждается металлический калий, а на аноде выделяется кислород:

КОН <=> К⁺ + ОН (термическая диссоциация)

Катод: К⁺ + е~ = К

Анод: 40Н^- - 4е^_ = 0₂ + 2Н_гО

Электролиз расплава

4КОН----> 4К + 0₂ + 2Н₂0

3.Сплавы.

Твердые системы, образующиеся при смешивании расплавленных металлов, называют сплавами. При смешивании расплавленных металлов происходит растворение одного металла в другом или образуется их химическое соединение. Как правило, один из металлов сплава содержится в большем количестве, его называют основаили основной металл. Металлы, вводимые в сплавы для улучшения их свойств, называют легирующими добавками.

В зависимости от природы металла-основы различают черные сплавы (основа — железо) и цветные сплавы (основа — цветные металлы).

Сплавы имеют различную природу:

■ сплавы — смеси — при смешивании расплавленных металлов происходит только их взаимное растворение, а сплав представляет собой смесь атомов исходных металлов; например, сплавы висмут — кадмий, свинец — олово;

■ сплавы — твердые растворы образуются в случае сходства кристаллических решеток составляющих сплав металлов; при затвердевании металлы кристаллизуются не раздельно, а образуют смешанные кристаллы, т.е, кристаллы, в узлах решеток которых располагаются попеременно ионы различных металлов; например, сплав медь — серебро;

■ сплавы — интерметаллические соединения образуются тогда, когда при смешивании двух металлов получаются их химические соединения; например, сплав магний—свинец.

Металлы образуют сплавы не только друг с другом, но и с некоторыми неметаллами, например с углеродом, кремнием. Так, чугун и сталь представляют собой сплавы железа с углеродом

Свойства сплавов отличаются от свойств чистых металлов, их составляющих. У сплавов выше твердость и прочность, меньше теплопроводность и электрическая проводимость, ниже температура плавления. Лишь плотность является средней величиной между плотностями входящих и состав сплава веществ.

Сплавы находят широкое применение. Отечественная промышленность выпускает более 5000 различных сплавов. Назовем некоторые из них.

Чугун — сплав железа с небольшим (1,7 —5,0%) количеством углерода и металлургическими примесями (Mn, Si, Р и др.). Применяется для изготовления различных машин, станин, решеток, для переплавки в сталь.

Сталь — сплав железа с небольшим (1,7 %) количеством углерода и металлургическими примесями (Cr, Mn, Si, Ni). Широко применяется в различных отраслях промышленности.

Дуралюмин — сплав алюминия с небольшим количеством меди, железа, кремния, марганца, магния. Имеет хорошие механические свойства вследствие легкости и прочности. Применяется в авиационной и автомобильной промышленности.

Бронза — сплав меди и олова. Бронза имеет сравнительно низкую (900—1000 С) температуру плавления. Хорошо отливается, обладает высокими механическими свойствами. Используется в машиностроении для изготовления частей машин (подшипники, поршневые кольца и т.д.), для художественных отливок.

Латунь — сплав меди с цинком разного состава. Применяется в машиностроении.

Мельхиор — сплав меди с никелем. Используется для изготовления посуды.

Баббиты — сплавы на основе олова и свинца с добавлением сурьмы и меди. Применяются для изготовления подшипников.

4.Коррозия металлов

Коррозией называют разрушение металлов под влиянием окружающей среды врезультате химического или электрохимического взаимодействия с ней.

Различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия обусловлена взаимодействием металлов с сухими газами или жидкостями, не являющимися электролитами.

Механизм химической коррозии сводится к диффузии атомов или ионов металлов сквозь постепенно уплотняющуюся пленку продуктов коррозии и встречной диффузии атомов или ион кислорода (химическое окисление):

Примером химической газовой коррозии является взаимодействие металлов при высокой температуре с кислородом и другими газообразными активными средами: Н S0₂, галогенами, С0₂ и др

Электрохимическая коррозия — разрушение металла при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита.

Механизм электрохимической коррозии основан на общих закономерностях гальванических элементов.

Коррозия приносит большой вред народному хозяйству: теряется большое количество металла, портятся и выходят из строя металлические конструкции, поэтому вопросам защиты металлов от коррозии придается огромное значение.

Способы защиты от коррозии многообразны. Основные из них следующие:

■ нанесение защитных покрытий;

■ изменение состава среды;

■ применение электрохимических методов;

■ применение сплавов.

Основной метод борьбы с коррозией — это изоляции металла от агрессивной среды с помощью различных покрытий.

Большое распространение получили неметаллические покрытия: лаки, краски, эмали, пленки. Часто металл покрывают другими металлами, более коррозионностойкими. При нарушении покрытия обнажается часть защищаемого металла, и он вступает в контакт с внешней средой, Это вызывает коррозию вследствие образования гальванического элемента.

Причем разрушаться будет более активный металл.

Применяется противокоррозионная защита, основанная на химическом изменении поверхности металла: оксидирование, анодирование, воронение, фосфатирование.

Используют и такой метод защиты металлов от коррозии, как изменение состава среды. Он заключается в удалении вредных примесей из окружающей металл среды; например, удаление солей и кислорода из воды, используемой в паровых котлах.

Широко применяют электрохимические методы защиты от коррозии. Различают катодную защиту и протекторную.

Катодная защита состоит в том, что вся поверхность сооружения искусственно делается катодом (присоединение к катоду внешнего источника тока).

Протекторная защита состоит в том, что к защищаемой металлической конструкции прикрепляют кусок или пластинку более активного металла (этот металл разрушается, защищая конструкцию). Этим методом защищают днища кораблей, трубы, кабели.

И, наконец, многие сплавы (сплавы с хромом, молибденом, никелем) обладают значительной стойкостью против коррозии.

Контрольные вопросы:

1.Назовите основные физические свойства металлов.

2.Назовите основные химические свойства металлов.

3.Назовите основные механические свойства металлов.

4.Чем отличаются физические свойства металлов от неметаллов?

5.Укажите наиболее распространенные способы получения металлов.

6.Какие существуют способы защиты металлов от коррозии?

7.В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии?

8.Почему железо подвергается коррозии во влажном воздухе?

9.В чем сущность электрохимической коррозии?

Ответы присылаем на адрес электронной почты:

20Nizamova20@bk.ru

⇐ Предыдущая 12