Proprietăți și aplicații ale metalelor refractare pure. Valoarea metalelor pure în marea enciclopedie sovietică, bse I

Dacă desenăm o diagonală de la beriliu la astatin în tabelul periodic al elementelor lui D.I. Mendeleev, atunci vor exista elemente metalice pe diagonala din stânga jos (include și elemente ale subgrupurilor secundare, evidențiate cu albastru) și nemetalice. elemente din dreapta sus (evidențiate cu galben). Elementele situate în apropierea diagonalei - semimetale sau metaloizi (B, Si, Ge, Sb etc.) au caracter dual (evidențiate cu roz).

După cum se poate observa din figură, marea majoritate a elementelor sunt metale.

Prin natura lor chimică, metalele sunt elemente chimice ai căror atomi donează electroni de la nivelurile energetice exterioare sau pre-exterioare, formând astfel ioni încărcați pozitiv.

Aproape toate metalele au raze relativ mari și un număr mic de electroni (de la 1 la 3) la nivelul energiei externe. Metalele se caracterizează prin valori scăzute de electronegativitate și proprietăți reducătoare.

Cele mai tipice metale sunt situate la începutul perioadelor (începând din a doua), mai departe de la stânga la dreapta, proprietățile metalice slăbesc. Într-un grup de sus în jos, proprietățile metalice sunt îmbunătățite, deoarece raza atomilor crește (datorită creșterii numărului de niveluri de energie). Aceasta duce la o scădere a electronegativității (capacitatea de a atrage electroni) a elementelor și o creștere a proprietăților reducătoare (capacitatea de a dona electroni altor atomi în reacții chimice).

tipic metalele sunt elemente s (elemente ale grupului IA de la Li la Fr. elemente ale grupului PA de la Mg la Ra). Formula electronică generală a atomilor lor este ns 1-2. Ele sunt caracterizate prin stări de oxidare + I și, respectiv, + II.

Numărul mic de electroni (1-2) din nivelul energetic exterior al atomilor tipici de metal sugerează că acești electroni se pierd ușor și prezintă proprietăți reducătoare puternice, care reflectă valori scăzute de electronegativitate. Aceasta implică proprietățile chimice limitate și metodele de obținere a metalelor tipice.

O trăsătură caracteristică a metalelor tipice este tendința atomilor lor de a forma cationi și legături chimice ionice cu atomii nemetalici. Compușii metalelor tipice cu nemetale sunt cristale ionice „anion cation metalic al nemetal”, de exemplu, K + Br -, Ca 2 + O 2-. Cationii metalici tipici sunt de asemenea incluși în compușii cu anioni complecși - hidroxizi și săruri, de exemplu, Mg2+ (OH-)2, (Li +)2CO32-.

Metalele din grupul A care formează diagonala amfoteră în tabelul periodic Be-Al-Ge-Sb-Po, precum și metalele adiacente acestora (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nu prezintă proprietăți tipic metalice . Formula electronică generală a atomilor lor ns 2 np 0-4 implică o varietate mai mare de stări de oxidare, o capacitate mai mare de reținere a propriilor electroni, o scădere treptată a capacității lor reducătoare și apariția unei capacități de oxidare, mai ales în stările de oxidare ridicată (exemple tipice sunt compușii Tl III, Pb IV, Bi v ). Comportamentul chimic similar este, de asemenea, caracteristic pentru majoritatea (elementelor d, adică elementelor grupelor B ale sistemului periodic ( exemple tipice- elemente amfotere Cr şi Zn).

Această manifestare a proprietăților dualității (amfotere), atât metalice (de bază), cât și nemetalice, se datorează naturii legăturii chimice. În stare solidă, compușii metalelor atipice cu nemetale conțin predominant legături covalente (dar mai puțin puternice decât legăturile dintre nemetale). În soluție, aceste legături se rup ușor, iar compușii se disociază în ioni (complet sau parțial). De exemplu, galiu metal constă din molecule Ga 2, în stare solidă clorurile de aluminiu și mercur (II) AlCl 3 și HgCl 2 conțin legături puternic covalente, dar într-o soluție AlCl 3 se disociază aproape complet, iar HgCl 2 - la o cantitate foarte mică măsura (și apoi în ioni HgCl + și Cl -).

Proprietățile fizice generale ale metalelor

Datorită prezenței electronilor liberi ("gazul de electroni") în rețeaua cristalină, toate metalele prezintă următoarele proprietăți generale caracteristice:

1) Plastic- capacitatea de a schimba cu ușurință forma, de a se întinde într-un fir, de a se rula în foi subțiri.

2) luciu metalicși opacitate. Acest lucru se datorează interacțiunii electronilor liberi cu lumina incidentă pe metal.

3) Conductivitate electrică. Se explică prin mișcarea direcționată a electronilor liberi de la polul negativ la cel pozitiv sub influența unei mici diferențe de potențial. La încălzire, conductivitatea electrică scade, deoarece. pe măsură ce temperatura crește, vibrațiile atomilor și ionilor din nodurile rețelei cristaline cresc, ceea ce îngreunează mișcarea direcționată a „gazului de electroni”.

4) Conductivitate termică. Se datorează mobilității mari a electronilor liberi, datorită căreia temperatura este egalată rapid de masa metalului. Cea mai mare conductivitate termică este în bismut și mercur.

5) Duritate. Cel mai dur este cromul (taie sticla); cel mai moale - Metale alcaline- potasiu, sodiu, rubidiu și cesiu - tăiate cu un cuțit.

6) Densitate. Cu cât este mai mică, cu atât masa atomică a metalului este mai mică și raza atomului este mai mare. Cel mai ușor este litiu (ρ=0,53 g/cm3); cel mai greu este osmiul (ρ=22,6 g/cm3). Metalele cu o densitate mai mică de 5 g/cm3 sunt considerate „metale ușoare”.

7) Puncte de topire și de fierbere. Cel mai fuzibil metal este mercurul (p.t. = -39°C), cel mai refractar metal este wolfram (t°m. = 3390°C). Metale cu t°pl. peste 1000°C sunt considerate refractare, sub - punct de topire scăzut.

Proprietățile chimice generale ale metalelor

Agenți reducători puternici: Me 0 – nē → Me n +

O serie de tensiuni caracterizează activitatea comparativă a metalelor în reacțiile redox în soluții apoase.

I. Reacţiile metalelor cu nemetale

1) Cu oxigen:
2Mg + O2 → 2MgO

2) Cu sulf:
Hg + S → HgS

3) Cu halogeni:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Cu azot:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Cu fosfor:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Cu hidrogen (reacționează doar metalele alcaline și alcalino-pământoase):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H2 → CaH2

II. Reacțiile metalelor cu acizii

1) Metalele aflate în seria electrochimică de tensiuni până la H reduc acizii neoxidanți la hidrogen:

Mg + 2HCI → MgCI2 + H2

2Al+ 6HCI → 2AlCI3 + 3H2

6Na + 2H3PO4 → 2Na3PO4 + 3H2

2) Cu acizi oxidanți:

În interacțiunea acidului azotic de orice concentrație și a acidului sulfuric concentrat cu metalele hidrogenul nu se eliberează niciodată!

Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H2SO4(K) → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

3Zn + 4H2SO4(K) → 3ZnSO4 + S + 4H2O

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO3 + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

4HNO 3 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Interacțiunea metalelor cu apa

1) Activul (metale alcaline și alcalino-pământoase) formează o bază solubilă (alcali) și hidrogen:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H2O → Ca(OH)2 + H2

2) Metalele cu activitate medie sunt oxidate de apă când sunt încălzite la oxid:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Inactiv (Au, Ag, Pt) - nu reacționează.

IV. Deplasarea de către metale mai active a metalelor mai puțin active din soluțiile sărurilor lor:

Cu + HgCl2 → Hg + CuCl2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

În industrie, nu se folosesc adesea metale pure, ci amestecurile lor - aliajeîn care proprietăţile benefice ale unui metal sunt completate de proprietăţile benefice ale altuia. Deci, cuprul are o duritate scăzută și este de puțin folos pentru fabricarea pieselor de mașini, în timp ce aliajele de cupru cu zinc ( alamă) sunt deja destul de dure și sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică. Aluminiul are ductilitate mare și ușurință suficientă (densitate scăzută), dar este prea moale. Pe baza acestuia se prepară un aliaj cu magneziu, cupru și mangan - duraluminiu (duralumin), care, fără a pierde proprietăți utile aluminiu, capătă duritate mare și devine potrivit în industria aeronautică. Aliajele de fier cu carbon (și adaosurile de alte metale) sunt cunoscute pe scară largă fontăȘi oţel.

Metalele în formă liberă sunt agenţi reducători. Cu toate acestea, reactivitatea unor metale este scăzută datorită faptului că sunt acoperite cu peliculă de oxid de suprafață, în diferite grade rezistente la acţiunea unor asemenea chimicale precum apa, soluții de acizi și alcaline.

De exemplu, plumbul este întotdeauna acoperit cu o peliculă de oxid; tranziția lui în soluție necesită nu numai expunerea la un reactiv (de exemplu, acid azotic diluat), ci și încălzire. Filmul de oxid de pe aluminiu împiedică reacția acestuia cu apa, dar este distrus sub acțiunea acizilor și alcalinelor. Film de oxid liber (rugini), format pe suprafața fierului în aer umed, nu interferează cu oxidarea ulterioară a fierului.

Sub influenta concentrat pe metale se formează acizi durabil peliculă de oxid. Acest fenomen se numește pasivare. Deci, în concentrat acid sulfuric pasivat (și apoi nu reacționează cu acid) metale precum Be, Bi, Co, Fe, Mg și Nb, iar în acid azotic concentrat - metale A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th și U.

Atunci când interacționează cu agenții oxidanți în soluții acide, majoritatea metalelor se transformă în cationi, a căror sarcină este determinată de starea de oxidare stabilă a unui element dat în compuși (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ și Fe 3). +)

Activitatea reducătoare a metalelor într-o soluție acidă este transmisă printr-o serie de solicitări. Cele mai multe metale sunt transformate într-o soluție de acizi clorhidric și sulfuric diluat, dar Cu, Ag și Hg - doar acizi sulfuric (concentrat) și azotic, iar Pt și Au - "aqua regia".

Coroziunea metalelor

nedorit proprietate chimică metalele sunt ale lor, adică distrugerea activă (oxidarea) la contactul cu apa și sub influența oxigenului dizolvat în ea (coroziune cu oxigen). De exemplu, coroziunea produselor din fier în apă este larg cunoscută, în urma căreia se formează rugina, iar produsele se sfărâmă în pulbere.

Coroziunea metalelor are loc în apă și datorită prezenței gazelor CO 2 și SO 2 dizolvate; se creează un mediu acid, iar cationii H + sunt înlocuiți de metale active sub formă de hidrogen H 2 ( coroziunea cu hidrogen).

Punctul de contact dintre două metale diferite poate fi deosebit de corosiv ( coroziunea de contact).Între un metal, precum Fe, și un alt metal, precum Sn sau Cu, pus în apă, apare un cuplu galvanic. Fluxul de electroni merge de la metalul mai activ, care se află la stânga în seria tensiunilor (Re), la metalul mai puțin activ (Sn, Cu), iar metalul mai activ este distrus (corodează).

Din acest motiv, suprafața cositorită a conservelor (fier placat cu cositor) ruginește atunci când este depozitată într-o atmosferă umedă și manipulată cu nepăsare (fierul se prăbușește rapid după ce apare chiar și o zgârietură mică, permițând contactul fierului cu umezeala). Dimpotrivă, suprafața galvanizată a unei găleți de fier nu ruginește mult timp, deoarece chiar dacă există zgârieturi, nu fierul corodează, ci zincul (un metal mai activ decât fierul).

Rezistența la coroziune pentru un metal dat este îmbunătățită atunci când este acoperit cu un metal mai activ sau atunci când acestea sunt topite; de exemplu, acoperirea fierului cu crom sau realizarea unui aliaj de fier cu crom elimină coroziunea fierului. Fier și oțel cromat cu conținut de crom ( oţel inoxidabil) au rezistență ridicată la coroziune.

electrometalurgie, adică obținerea de metale prin electroliza topiturii (pentru metalele cele mai active) sau a soluțiilor sărate;

pirometalurgia, adică recuperarea metalelor din minereuri la temperatură ridicată (de exemplu, producția de fier în procesul de furnal);

hidrometalurgie, adică izolarea metalelor din soluțiile sărurilor lor de către metale mai active (de exemplu, producerea de cupru dintr-o soluție de CuSO4 prin acțiunea zincului, fierului sau aluminiului).

Metalele native se găsesc uneori în natură (exemplele tipice sunt Ag, Au, Pt, Hg), dar mai des metalele sunt sub formă de compuși ( minereuri metalice). Prin prevalența în scoarța terestră, metalele sunt diferite: de la cele mai comune - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) la cele mai rare - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Multă vreme, alte metale au fost considerate fragile - crom, molibden, wolfram, tantal, bismut, zirconiu etc. Cu toate acestea, asta a fost până când au învățat cum să le obțină într-o formă suficient de pură. Odată făcut acest lucru, s-a dovedit că aceste metale sunt foarte ductile chiar și la temperaturi scăzute. În plus, nu ruginesc și au o serie de alte proprietăți valoroase. Acum aceste metale sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii.

Dar ce este un metal pur? Se pare că nu există nici un răspuns definitiv la aceasta. În mod convențional, în funcție de puritate, metalele sunt împărțite în trei grupe - pure din punct de vedere tehnic, pure din punct de vedere chimic și extrapure. Dacă aliajul conține cel puțin 99,9% din metalul de bază, aceasta este puritatea tehnică. De la 99,9 la 99,99 la sută - puritate chimică. Dacă 99.999 sau mai mult, acesta este un metal deosebit de pur. În viața de zi cu zi, oamenii de știință folosesc și o altă definiție a purității - cu numărul de nouă după virgulă zecimală. Ei spun: „puritatea celor trei nouă”, „puritatea celor cinci nouă”, etc.

La început, industria a fost destul de mulțumită de metale pure din punct de vedere chimic și adesea chiar din punct de vedere tehnic. Dar revoluția științifică și tehnologică a impus cerințe mult mai stricte. Primele comenzi de metale ultrapure au venit din industria nucleară. Zece miimi, și uneori chiar milionatimi dintr-un procent din unele impurități au făcut inutilizabile uraniul, toriu, beriliul și grafitul. Obținerea uraniului ultra-pur a fost poate principala dificultate în crearea unei bombe atomice.

Apoi tehnologia cu jet și-a prezentat cerințele. Metalele ultra-pure erau necesare pentru a obține aliaje deosebit de rezistente la căldură și rezistente la căldură, care trebuiau să funcționeze în camerele de ardere ale avioanelor cu reacție și ale rachetelor. Înainte ca metalurgiștii să aibă timp să facă față acestei sarcini, a fost primită o nouă „aplicație” - pentru semiconductori. Această sarcină a fost mai dificilă - în mulți materiale semiconductoare cantitatea de impurități nu trebuie să depășească o milioneme de procent! Nu lăsa această cantitate mică să te încurce. Chiar și cu o astfel de puritate, în cazul în care un atom de impuritate cade pe 100.000.000.000 de atomi ai substanței principale, fiecare gram din acesta conține încă mai mult de 100.000.000.000 de atomi „străini”. Deci este departe de a fi perfect. Cu toate acestea, puritatea absolută nu există. Acesta este un ideal pentru care să lupți, dar este imposibil de realizat la acest nivel de dezvoltare tehnologică. Chiar dacă printr-un miracol se poate obține un metal absolut pur, atunci atomii altor substanțe conținute în aer vor pătrunde imediat în el.

Indicativ în acest sens este un incident curios petrecut cu celebrul fizician german Werner Heisenberg. A lucrat cu un spectrograf de masă în laboratorul său. Și brusc dispozitivul a arătat prezența atomilor de aur în substanța experimentală. Omul de știință a fost uimit, pentru că acest lucru nu putea fi. Dar dispozitivul se încăpățânează „stă pe cont propriu”. Neînțelegerea a fost clarificată abia atunci când omul de știință și-a scos și și-a ascuns ochelarii cu ramă aurie. Atomi de aur separați, „scăpând” din rețeaua cristalină a cadrului, au intrat în substanța studiată și au „încurcat” dispozitivul extrem de sensibil.

Dar asta s-a întâmplat în laborator, unde aerul este curat. Ce putem spune despre regiunile industriale moderne, al căror aer este din ce în ce mai poluat de deșeuri industriale?

Am început acest capitol vorbind despre faptul că într-un caz prezența impurităților în metal este bună, iar în celălalt este rea. Mai mult, la început am spus că aliajele au o rezistență și o rezistență la căldură mai bune decât metalele pure, iar acum se dovedește că metalele pure au cele mai înalte proprietăți. Nu există nicio contradicție. În multe cazuri, aliajul este mai puternic, mai rezistent la căldură etc. decât oricare dintre metalele din compoziția sa. Dar aceste calități sunt îmbunătățite de multe ori atunci când toate componentele aliajului îndeplinesc o anumită sarcină necesară unei persoane. Când nu există nimic „în plus” în el. Și asta înseamnă că componentele în sine trebuie să fie cât mai pure posibil, să conțină un număr minim de atomi „străini”. Prin urmare, acum problema purității produselor metalurgice obținute devine din ce în ce mai acută. Cum rezolvă ei această problemă?

În fabricile metalurgice, care produc o cantitate mare de metal care intră în produsele obișnuite, vidul este din ce în ce mai utilizat. În vid, metalul este topit și turnat, ceea ce face posibilă protejarea acestuia de pătrunderea gazelor nocive și a moleculelor altor substanțe din aerul înconjurător. Și, în unele cazuri, topirea se realizează într-o atmosferă de gaz neutru, care protejează și mai mult metalul de „penetrarea” nedorită.

METALELE PURE

metale, metale cu un conținut scăzut de impurități. În funcție de gradul de puritate, există metale de înaltă puritate (99,90-99,99%), metale puritate înaltă sau metale pure din punct de vedere chimic (99,99-99,999%), metale de înaltă puritate sau metale ultrapure din punct de vedere spectral (peste 99,999%).

Marea Enciclopedie Sovietică, TSB. 2012

Vezi, de asemenea, interpretări, sinonime, semnificații ale cuvintelor și ce sunt METALELE PURE în rusă în dicționare, enciclopedii și cărți de referință:

• CURAT
  INVESTIȚII INTERNE PRIVATE - Investiții private interne brute fără depreciere...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  PIERDERE - pierdere entitati economice asociat cu crearea unei penurii artificiale de către monopolist, ceea ce duce la stabilirea unui preț care nu coincide cu cel marginal...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  PLĂȚI DE TRANSFER - plăți de transfer personale și guvernamentale către rezidenți din alte țări minus plățile de transfer personale și guvernamentale primite de la rezidenții altor...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  ACTIVELE CURENTE sunt active curente, ușor tranzacționabile, minus costurile asociate cu...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  ACHIZIȚII - suma totală a cumpărăturilor pentru o anumită perioadă, minus reduceri, retururi de produse achiziționate inițial și reduceri ale prețului normal și...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  TAXE PE PRODUSE - diferența dintre impozitele pe produse și subvențiile alocate acestora ...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  TAXELE LA IMPORT - diferența dintre taxele de import și subvențiile la...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  IMPOZE - impozite care sunt plătite de către populație către stat, minus plățile de transfer pe care populația le primește de la...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  ACTIVE LICHIDE - suma de numerar Bani, titluri de valoare ușor de tranzacționat și așa mai departe. creanţe de încasat De …
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  INVESTIȚIE DE CAPITAL - investiție de capital brută mai puțin...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  COSTURI DE ELIMINARE - costuri legate direct de procesul de cumpărare și vânzare a mărfurilor; include costuri de transport, costurile de transbordare a mărfurilor, procesarea acesteia, ...
• CURAT în Dicționarul de termeni economici:
  ACTIVE - o valoare estimată determinată prin scăderea din valoarea activelor, care include proprietăți monetare și nemonetare la valoarea contabilă, ...
• METALELE în Dicționarul de termeni economici:
  PRECIOUS - vezi METALE PRETIOASE...
• METALELE în Enciclopedia Biblică a lui Nicefor:
  În Sfânta Scripturile sunt adesea menționate din metale: fier, cupru, cositor, plumb, zinc, argint, aur. vezi despre fiecare la el...
• METALELE în Marele Dicționar Enciclopedic:
  Substanțe (grecești) care în condiții normale au conductivitate electrică ridicată (106-107 Ohm-1 cm-1, scade odată cu creșterea temperaturii) și conductivitate termică, maleabilitate, luciu „metalic”...
• METALELE
  substanțe simple care în condiții normale au proprietăți caracteristice: conductivitate electrică și termică ridicată, coeficient de temperatură negativ al conductibilității electrice, capacitatea de a reflecta bine radiația electromagnetică ...
• METALELE
  I (și metaloizi) (chim.) - M. este un grup de corpuri simple (vezi), cu proprietăți caracteristice cunoscute, care sunt puternic în reprezentanți tipici ...
• METALELE în dicționarul enciclopedic modern:
  
• METALELE în dicționarul enciclopedic:
  substanțe simple care în condiții normale au proprietăți caracteristice - conductivitate electrică ridicată (106-104 Ohm-1?cm-1), în scădere odată cu creșterea temperaturii, conductivitate termică ridicată, strălucire, ...
• CURAT
  „CLEAN BROTHERS” („Brothers of Purity”, arab. Ikhvan as-safa), un grup de filosofi din secolul al X-lea, care includea gânditorii din Irak (ch. arr. din orașul ...
• METALELE în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
  „METALE”, științific. jurnal al Academiei Ruse de Științe, din 1959, Moscova. Fondator (1998) - Institutul de Metalurgie im. A.A. Baikov. 6 camere in…
• METALELE în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
  METALELE, substanțe care în condiții normale au o conductivitate electrică ridicată (10 6 - 10 4 Ohm -1 cm -1, scade cu...
• CURAT în Noul dicționar explicativ și derivativ al limbii ruse Efremova:
  
• METALELE în Modern dicţionar explicativ, TSB:
  (greacă), substanțe care în condiții normale au conductivitate electrică ridicată (106-107 Ohm-1 cm-1, scade odată cu creșterea temperaturii) și conductivitate termică, maleabilitate, luciu „metalic”...
• CURAT în Dicționarul explicativ al lui Efremova:
  curat pl. se desfășoară Banii ramasi dupa deduceri...
• CURAT în noul dicționar al limbii ruse Efremova:
  pl. se desfășoară Banii ramasi dupa deduceri...
• CURAT în Marele Dicționar explicativ modern al limbii ruse:
  pl. se desfășoară Banii ramasi dupa deduceri...
• METALE NEFEROASE în mare Enciclopedia sovietică, TSB:
  metale, denumirea tehnică a tuturor metalelor și a aliajelor acestora (cu excepția fierului și a aliajelor acestuia, numite metale feroase). Termenul "C. m." V…
• METALELE REFRACTARE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  metale, prin clasificare tehnică- topirea metalelor la temperaturi peste 1650-1700 | C; numărul de T. m. (tabelul) include titan...
• METALELE RARE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  metale, denumirea convențională a unui grup de metale (peste 50), a căror listă este dată în tabel. Acestea sunt metale relativ noi în tehnologie sau altfel...
• METALE PRETIOASE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  metale, aur, argint, platină și metale din grupa platinei (iridiu, osmiu, paladiu, rodiu, ruteniu), care și-au primit numele în principal datorită nivelului ridicat de...
• TURNARE METALE: TURNARE METALE în dicționarul lui Collier:
  La articolul TORTARE METALE Toate metalele pot fi turnate. Dar nu toate metalele au aceleași proprietăți de turnare, în special fluiditatea - ...
• IMPRESIONISM în Lexiconul culturii non-clasice, artistice și estetice a secolului XX, Bychkov:
  (din impresia franceză - impresie) O tendință în artă care a apărut în Franța în ultima treime a secolului al XIX-lea. Principalii reprezentanți ai I.: Claude ...
• SOLID în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB.
• REACTIVI CHIMICI în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  chimice, reactivi chimici, preparate (substanțe) chimice utilizate în laboratoare pentru analiză, cercetare științifică (la studierea metodelor de obținere, proprietăți și transformări...
• METALURGIE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  (din greacă metalurgeo - minereu, procesez metale, din metalon - mine, metal și ergon - lucru), în original, îngust ...
• ADEZIVI în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  substanțe naturale sau sintetice folosite pentru a îmbina diferite materiale datorită formării unei legături adezive între pelicula adeziv și suprafețele materialelor de lipit. …
• COSTURI DE ELIMINARE în Marea Enciclopedie Sovietică, TSB:
  circulație, ansamblu de costuri asociate procesului de circulație a mărfurilor. Prin natura sa economică, I. o. împărțit în pur și suplimentar. Curat…
• FLUOR
• TURC V dicţionar enciclopedic Brockhaus și Euphron:
  (sensul exact al cuvântului este necunoscut) este un grup de popoare care vorbesc diverse dialecte ale limbii turcești (vezi limbile turce) și în funcție de caracteristicile fizice ...
• ALIAJE în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron.
• PLANTĂRI în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron:
  zone de padure, natural diferite de cele invecinate prin natura vegetatiei lemnoase. Diferența dintre N. poate fi determinată de originea lor, compoziția, vârsta, gradul ...
• VOPSELE ARTIFICIALE ORGANICE în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron:
  Dezvoltarea producției și utilizării gudronului organic artificial este strâns legată de istoria studiului științific al gudronului de cărbune. Studiind compoziția acestuia din urmă, Runge în ...
• FABRICII în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron:
  În limbajul colocvial, conceptele Z. și fabrici nu se disting și, poate, încă nu este nevoie în mod special de asta, ...
• TIP FIZIC GERMANI în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron:
  Roma. scriitorii (Tacitus și alții) l-au descris pe G. ca pe un popor de statură înaltă, constituție puternică, blond sau cu părul roșu și cu roșu, albastru...
• RECUPERARE în Dicționarul Enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron:
  Alchimiștii au acceptat că metalele sunt corpuri complexe, formate din spirit, suflet și corp, sau mercur, sulf și sare; sub spirit...

În legătură cu dezvoltarea noilor ramuri ale tehnologiei, sunt necesare metale de foarte mare puritate. De exemplu, în metalul germaniu utilizat ca semiconductor, este permis doar un atom de fosfor, arsen sau antimoniu la zece milioane de atomi de germaniu. În aliajele rezistente la căldură utilizate în știința rachetelor, chiar și un amestec nesemnificativ de plumb sau sulf este complet inacceptabil.

Unul dintre cele mai bune materiale de constructii pt reactoare nucleare- zirconiul devine complet inutilizabil dacă conține chiar și o ușoară impuritate de hafniu, cadmiu sau bor, astfel încât conținutul acestor elemente în materialele nucleare nu trebuie să depășească 10 -6. Conductivitatea electrică a cuprului scade cu 14% în prezența unei impurități de arsenic de numai 0,03%. De o importanță deosebită este puritatea metalelor în tehnologia electronică și informatică, precum și în energia nucleară. Pentru materialele metalice ale reactoarelor termonucleare și dispozitive semiconductoare conținutul de impurități nu trebuie să depășească 10 -10%. Există mai multe metode de curățare a metalelor.

1. Distilarea în vid. Această metodă se bazează pe diferența dintre volatilitatea metalului și impuritățile prezente în acesta.

2. Descompunerea termică a compuşilor metalici volatili. Această metodă se bazează pe reacții chimice în care un metal cu unul sau altul reactiv formează produse gazoase, care apoi se descompun odată cu eliberarea de metal de înaltă puritate. Luați în considerare principiul acestei metode pe exemplul metodelor carbonil și iodură.

A) metoda carbonilului. Această metodă este folosită pentru a obține nichel și fier de înaltă puritate. De curățat metal tehnicîncălzit cu această metodă în prezența monoxidului de carbon (II): Ni + 4CO \u003d Ni (CO) 4, Fe + 5CO \u003d Fe (CO) 5

Carbonilii volatili rezultați Ni(CO)4 (punct de fierbere 43 °C) sau Fe(CO)5 (punct de fierbere 105 °C) sunt distilați pentru a îndepărta impuritățile. Apoi carbonilii se descompun la temperaturi de peste 180 ° C, rezultând formarea de metale pure și monoxid de carbon gazos (II): Ni (CO) 4 \u003d Ni + 4CO, Fe (CO) 5 \u003d Fe + 5CO

B) Metoda iodurii. Cu această metodă, metalul care este curățat, de exemplu titanul, este încălzit împreună cu iod la o temperatură de 900 ° C: Ti + 2I 2 \u003d TI 4

Tetraiodură de titan volatilă rezultată intră în reactor, care conține un fir de titan pur încălzit cu curent electric la 1400 °C. La această temperatură, tetraiodură de titan se disociază termic: Til 4 = Ti + 2I 2

Pe fir se depune titan pur, iar iodul este returnat din nou la procesul de purificare a titanului. Această metodă produce, de asemenea, zirconiu pur, crom și alte metale refractare.

3. Topirea zonei. O metodă de curățare remarcabilă este așa-numita topire a zonei. Topirea zonei constă în tragerea lent a unui lingou de metal care urmează să fie purificat printr-un cuptor inelar. Topirea zonei se aplică metalelor care au suferit o purificare preliminară până la o concentrație de impurități de aproximativ 1%. Metoda se bazează pe conținut diferit de impurități în metalul solid și topit. Procesul se realizează prin mișcarea lentă de-a lungul unei probe solide alungite (lingoț) a unei zone înguste topite create de un încălzitor special (cuptor inelar) .

Zona (zona) lingoului de metal, care se află în prezent în cuptor, intră în stare topită.

Apar două limite mobile de interfaze: pe una (metalul intră în cuptor) are loc topirea, pe cealaltă (metalul iese din cuptor) are loc cristalizarea.

În funcție de solubilitatea impurităților, unele sunt concentrate în zona topită și se deplasează împreună cu aceasta până la capătul lingoului, impuritățile altor metale sunt concentrate în cristalele rezultate și rămân în spatele zonei de mișcare, cu repetarea repetată a procesului, se deplasează la începutul lingoului. Ca urmare, compoziția cristalelor formate diferă de compoziția topiturii.

Pentru a obține un grad ridicat de purificare, se fac de obicei mai multe treceri ale zonei topite de-a lungul lingoului de metal. Ca urmare, partea de mijloc a lingoului este cea mai curată, este tăiată și utilizată.

Metoda de topire a zonei face posibilă obținerea de metale foarte pure cu un conținut de impurități de 10 -7 -10 -9%. Această metodă este folosită pentru a obține germaniu ultrapur, bismut, teluriu etc.

Avantajul principal aceasta metoda- Eficiență ridicată. Dezavantajele metodei sunt productivitatea scăzută, costul ridicat și timpul lung de proces.

4. metoda electrochimica de curatare a metalelor(rafinarea metalelor).

Distilarea în vid a metalelor refractare din perioada a 4-a (Mn, Cr, Fe, Ni, Co)

Cele mai refractare și greu volatile metale care sunt supuse în prezent la distilare sunt manganul, cromul, fierul, nichelul și cobaltul. Toate aceste metale fac parte din cele mai importante aliaje tehnice.

mecanică și proprietăți fizice aliajele pe bază de fier, nichel și alte elemente specificate, în special proprietățile diferitelor aliaje rezistente la căldură, sunt în mare măsură determinate de puritatea materiilor prime.Este bine cunoscut faptul că incluziunile nemetalice și o serie de impurități care formează eutecticii de topire degradează brusc multe aliaje: ductilitate, rezistență la căldură, rezistență la coroziune etc. Impuritățile deosebit de dăunătoare din toate aceste metale sunt plumbul, bismutul, cadmiul, sulful, fosforul, azotul și oxigenul. În acest sens, se obțin metale pure din perioada a IV-a. reprezintă un interes excepțional atât din punctul de vedere al studierii proprietăților acestora, cât și al studiului efectului aditivilor de aliere asupra modificării proprietăților aliajelor. Metalele pure sunt necesare în tehnologia vidului pentru fabricarea electrozilor, pentru anozii tuburilor cu raze X. și pentru producerea unor piese de dispozitive ionice.Fierul pur aproape că nu interacționează cu vaporii de mercur Poate fi folosit în tuburi cu catozi de oxid, care sunt extrem de sensibili la cea mai mică contaminare. Fierul pur are o permeabilitate magnetică ridicată, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru ecranarea câmpurilor magnetice. Nichelul de înaltă puritate este esențial pentru acoperirea diferitelor metale refractare. O cantitate semnificativă de metale pure din perioada a 4-a este consumată de industria chimică pentru fabricarea diferiților compuși. Informații detaliate despre efectul impurităților asupra proprietăților metalelor luate în considerare pot fi găsite în monografii.

Cea mai comună metodă de curățare a metalelor refractare din perioada a 4-a este legarea chimică a impurităților ca urmare a proceselor redox (adesea prin tratare cu hidrogen) urmată de degazarea și distilarea impurităților în timpul topirii în vid. Procesarea metalelor topite în vid a devenit larg răspândită în ultimii 5-10 ani. Este folosit nu numai pentru metale pure, ci și pentru oțeluri și alte aliaje. Neputând elucida în detaliu lucrările relevante, în care gama de probleme luate în considerare depășește cu mult sfera acestui subiect, ne vom limita la o descriere a lucrărilor privind distilarea acestor metale și despre distilarea impurităților metalice. . Informații detaliate privind topirea în vid a metalelor și îndepărtarea impurităților gazoase pot fi găsite într-o serie de colecții de articole și monografii.

Dintre metalele luate în considerare în acest paragraf, fierul, nichelul și cobaltul sunt incluse în subgrupa de fier din grupa VIII a sistemului periodic. Ca impurități principale din aceste metale, pe lângă elementele înrudite, există cuprul, siliciul, manganul, cromul, aluminiul, carbonul, fosforul, sulful și gazele (N 2, 0 2, H 2). Datorită apropierii proprietăților elementelor înrudite, gradul de purificare a acestora în timpul distilării este scăzut, dar adăugările mici ale acestor metale au un efect redus asupra proprietăților elementului principal. Toate metalele pure din subgrupa fierului sunt plastice la temperaturi încăperi și chiar mai scăzute, iar nichelul este plastic până la temperatura heliului lichid (4,2 °K). Cu toate acestea, o creștere a conținutului de gaz și a unor impurități metalice poate duce la o creștere a temperaturii de tranziție a metalelor de la o stare ductilă la una fragilă. Astfel, fierul care conține >0,005% 0 2 devine casant la 20° C. Cobaltul are o ductilitate mai mică decât fierul sau nichelul, ceea ce se poate datora purității sale insuficiente. Toate cele trei metale considerate au valori similare ale presiunii de vapori. Distilarea lor se realizează de obicei la temperaturi de 20-50 ° C peste punctul de topire, deși toate se sublimă în vid la o temperatură > 1100 ° C.

Spre deosebire de metalele din subgrupa fierului, cromul și manganul de puritate ridicată sunt fragile la temperatura camerei. Chiar și concentrațiile mici de impurități, cum ar fi carbonul, sulful, azotul și oxigenul le agravează brusc. proprietăți mecanice. În cel mai pur crom, temperatura de tranziție de la starea fragilă la cea ductilă este aproape de 50 ° C. Există, totuși, posibilitatea de a scădea această temperatură prin curățarea în continuare a metalului.

În prezent, se crede că principalul motiv pentru fragilitatea cromului la temperatura camerei este prezența azotului și oxigenului în acesta în cantități de ~0,001%. Temperatura de tranziție a cromului la o stare plastică crește brusc odată cu adăugarea de aluminiu, cupru, nichel, mangan și cobalt. Este posibil ca un mare efect de purificare a cromului din azot să poată fi obținut prin distilarea acestuia într-un volum izolat.

Manganul este fragil pe întreaga gamă de existență a fazei α (până la 700°C), în timp ce fazele de temperatură ridicată (β- și γ-Mπ) sunt destul de plastice. Motivele fragilității α-Mn nu au fost suficient studiate.

Cromul și manganul au presiuni semnificative de vapori sub punctele lor de topire. Cromul se sublimează în vid la o viteză vizibilă peste 1200 ° C. Deoarece punctul de topire al cromului este de aproximativ 1900 ° C, nu este posibil să-l topești în vid din cauza sublimării. De obicei, topirea metalului sau a condensatului original se realizează într-un gaz inert la o presiune mai mare de 700 mm Hg. Artă. Manganul este distilat atât prin sublimare, cât și din fază lichidă.

De obicei, la distilarea tuturor metalelor luate în considerare, este posibil să se obțină condensate cu o puritate de ~ 99,99%. Cu toate acestea, purificarea foarte eficientă este posibilă numai cu utilizarea condensatoarelor cu gradient de temperatură. Distilarea cromului și manganului a fost studiată în detaliu, în principal de către Croll și în laboratorul autorilor.

Distilarea în vid a manganului a fost descrisă pentru prima dată de Thide și Birnbrauer. Geiler a studiat acest proces în detaliu și a investigat o serie de proprietăți ale manganului de înaltă puritate rezultat. Distilarea a fost efectuată într-un tub de cuarț de 600 mm lungime și 100 mm în diametru. Manganul s-a evaporat dintr-un creuzet de magnezit și s-a condensat pe un alt creuzet similar. Metalul a fost încălzit de curenți de înaltă frecvență. Evaporarea a fost efectuată la o temperatură de ~ 1250 ° C într-un vid de 1-2 mm Hg. Artă. Un metal aluminotermic cu o puritate de ~99% și mangan comercial (~96–98%) au fost utilizate ca materie primă. Rezultatele unei singure distilare sunt prezentate în tabel. 48. Producția de metal pur a fost de -50% din greutatea încărcăturii. Cu parametrii de proces specificați și o sarcină de 2,7 kg, s-au obținut 0,76 kg de metal pur în 5 ore. În instalația Geyler, posibilitatea interacțiunii metalului cu materialul țevii nu a fost eliminată și, prin urmare, într-o serie de experimente, distilatul a fost contaminat cu siliciu.