Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Химия. 11 класс

Урок 13. Сплавы металлов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению сплавов чёрных и цветных металлов, роли легирующих добавок, зависимости свойств сплавов от состава.

Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.

Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.

Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.

Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.

Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.

Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.

Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.

Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.

Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.

Сплав — материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.

Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.

Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.

Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.

Цементит – карбид железа Fe3C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.

Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.

Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Сплавы металлов и их классификация

Одним из первых металлов, который человек стал применять для своих нужд, была медь. Но ещё в III тысячелетии люди обнаружили, что медь, сплавленная с оловом, позволяет делать более прочное оружие, долговечную посуду. Материал, полученный при сплавлении меди с оловом, получил название «бронза». Это был первый сплав, изготовленный человеком.

Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.

В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.

Чёрные металлы и сплавы на их основе

В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.

Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).

В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.

Читайте так же:
Плотность алюминия в килограммах на метр кубический

Легирующие добавки

Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.

Легированные стали

В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.

Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.

Цветные металлы и сплавы на их основе

К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет массовой доли металла в сплаве

Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:

Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.

Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.

Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:

65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;

х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.

65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.

Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:

ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).

2. Расчёт массы легирующей добавки

Условие задачи: Для придания стали противокоррозионных свойств в сплав добавляют хром. Сталь марки С1 должна содержать 12% хрома, 1% кремния, 1,5% марганца и 0,2% углерода. Сколько хрома необходимо добавить к железному лому (посторонними примесями пренебрегаем) массой 500 кг, чтобы получить нержавеющую сталь требуемой марки? Ответ записать в килограммах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массовую долю железа в стали марки С1:

Для этого от 100% отнимем массовые доли остальных элементов:

100 – 12 – 1 – 1,5 – 0,2 = 85,3 (%).

Шаг второй: найдём массу одного процента сплава.

Для этого массу железного лома разделим на массовую долю железа:

500 : 85,3 = 5,9 (кг).

Шаг третий: найдём необходимую массу хрома. Для этого массу одного процента сплава умножим на массовую долю хрома в сплаве:

Цветная металлургия

Цветная металлургия

Цветная металлургия – это отрасль, которая включает в себя добычу, обогащение и создание сплавов из цветных металлов. Ее состояние является определяющим для развития и функционирования всего промышленного комплекса в целом.

Под цветными металлами следует подразумевать такие вещества и сплавы, в которых отсутствует железо. Это является главным отличием рассматриваемой отрасли от черной металлургии, основа которой – добыча железной руды и выработка чугуна и стали.

Классификация цветных металлов

В современной промышленности выделяют несколько групп цветных металлов, которые различаются между собой по их эксплуатационным свойствам и качествам. Рассмотрим некоторые из них:

  • Тяжелые. Относят никель, цинк, свинец, медь. Они имеют высокую плотность и вес.
  • Легкие. В первую очередь это алюминий, который имеет низкую плотность и, как следствие, небольшой вес. Кроме этого, к данной группе относятся магний, титан, литий.
  • Малые. Входят кобальт, ртуть, сурьма, мышьяк, висмут. Используются в различных отраслях. Из-за того, что месторождения соседствуют с залежами тяжелых металлов, их добывают попутно.
  • Легирующие (или тугоплавкие). Это ванадий, вольфрам, хром, молибден. Они обладают высокой степенью износостойкости. Их промышленное применение заключается в выплавке сплавов для улучшения эксплуатационных свойств готовых изделий.
  • Благородные. К этой группе относятся золото, платина, серебро. Встречаются крайне редко, обладают высокой степенью устойчивости к окислению, благодаря чему их использование не ограничивается только лишь ювелирным делом. Также к данному виду причисляют осмий, иридий, рутений, палладий.
  • Редкоземельные. Это скандий, тулий, лютеций, европий и т. д. Применение ограничено, поскольку месторождения небольшие и находятся на разных континентах, что в значительной мере усложняет добычу.
Читайте так же:
Угол для кухни мебель

Подотрасли

Цветная металлургия включает в себя подотрасли, в рамках которых осуществляется выпуск различных металлов:

  • Производство алюминия.

На его долю приходится более 45% объема выплавки всех цветных металлов. Сырьем являются бокситы, которые перерабатываются в глинозем. Основные месторождения находятся в Австралии, Бразилии, экваториальной Африке, Китае и России.

Ведущими производителями алюминия в мире признаны Россия, США, Италия, Китай, Германия.

  • Производство меди.

Более четверти от всего объема выплавки приходится на медь. Она добывается из медной руды, где концентрация металла может достигать порядка 30-35%. Кроме этого, значительную роль играет переработка вторичного сырья.

Основные месторождения медных руд находятся в России, Казахстане, Чили, США, Канаде, экваториальной Африке, Китае.

Ведущими производителями являются Россия, Китай, США, страны Европы.

  • Производство свинца и цинка.

Эти металлы выпускаются из полиметаллических руд. Основные залежи находятся в США, Мексике, Канаде, Китае, Австралии. Производство сконцентрировано в Китае, США, Японии, Австралии, странах ЕС. На долю выплавки цинка и свинца приходится более 22% от всего объема.

  • Производство никеля.

Крупнейшие месторождения находятся в России, она же и является главным мировым производителем. На долю производства данного металла приходится менее 7% от мировой выплавки. Основным сырьем выступают никелевые руды.

  • Производство олова.

Данный металл получают из оловянных руд. Большая часть мировых запасов приходится на Боливию и Юго-Восточную Азию. Ведущими центрами выплавки являются Боливия, Малайзия, Китай, Россия.

Цветная металлургия

Производство остальных цветных металлов менее развито и имеет локальные масштабы.

Этапы производственного процесса

В цветной металлургии задействован ряд производственных процессов, включающий в себя как добычу сырья, так и выплавку.

Схемы изготовления цветных металлов хоть в целом и схожи, однако в силу особенностей того или иного ресурса имеют некоторые отличия.

В этой связи для примера следует упомянуть цикл получения алюминия, выпуск которого имеет наибольшие масштабы и значимость.

Он состоит из следующих этапов:

  • добыча бокситов;
  • обогащение алюминиевой руды (промывка, грохочение);
  • производство глинозема;
  • выплавка металлического материала;
  • выпуск алюминиевых заготовок и полуфабрикатов.

Также из глинозема производят фтористые соли и электроды.

Общий обзор состояния цветной металлургии в России

Данная отрасль промышленного производства является одной из наиболее развитых в России. Это объясняется большими запасами сырья и природных ископаемых, а также развитой производственной базой, оставшейся после распада СССР.

История развития отрасли

Человечество начало выплавлять металл и использовать сплавы достаточно давно, что подтверждается археологическими находками.

В России производство цветных металлов и развитие горного дела в целом во многом связано с именем Петра I. Именно по его указам на Урале строятся первые плавильные заводы.

К началу XX века страна становится одним из мировых лидеров металлургического производства, но события 1917 года надолго остановили его развитие. Однако в 30-е годы, во времена первых пятилеток, страна смогла восстановить и преумножить свою индустриальную мощь.

После ВОВ в СССР возводятся крупнейшие ГОКи и металлургические заводы, многие из которых продолжают работать и сейчас. Кризис 90-х годов негативно отразился на состоянии данной отрасли, однако уже в 2000 г. производство цветных металлов в стране значительно выросло.

Размещение промышленных производств

В силу экономической целесообразности большинство предприятий цветной металлургии расположено в районе мест добычи соответствующих руд. По этой причине в России выделяется несколько основных производственных баз. Стоит отметить, что для выплавки легких металлов требуется большое количество энергии, в этой связи заводы построены вблизи ее источников (преимущественно ГЭС).

Размещение основных производственных центров:

  • Алюминий.

Крупные комплексы находятся в районах с развитой энергетикой (Иркутская область, Красноярский край).

  • Медь.

Преимущественно Урал, где находится большая часть разведанных месторождений.

  • Свинец и цинк.

Запасы полиметаллических руд в стране не очень высоки. Производственные центры есть в Сибири и на Дальнем Востоке.

  • Никель.

Предприятия размещены возле месторождений. Наиболее крупные из них – на Кольском полуострове, а также севере Сибири.

Крупнейшие игроки отрасли

Предприятия-лидеры цветной металлургии в России:

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Заводы цветных металлов.

Проблемы и перспективы развития

Значительной трудностью цветной металлургии в стране является зависимость от источников электрической и тепловой энергии.

К примеру, выработка более 75% энергии на Братской ГЭС направлена на обслуживание алюминиевого комбината. Это удорожает производство и в ряде случаев (при неблагоприятной мировой конъюнктуре) может лишить его рентабельности. Выходом из ситуации является внедрение более энергоемких технологий.

Читайте так же:
Производство профиля для гипсокартона бизнес

Кроме этого, предприятия цветной металлургии являются одними из основных причин экологического загрязнения. Модернизация производств требует многомиллиардных вложений, однако, несмотря на расходы, проводимые меры снижают нагрузку на окружающую среду.

Цветные металлы: особенности применения и обработки

На сегодняшний день цветные металлы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Металл является химически простым веществом, обладающим такими характеристиками, как ковкость, теплопроводность, электропроводность; внешне отличается особым блеском. Существует несколько классификаций металлов, основными группами металлов являются следующие:

  • Черные металлы (железо и его сплавы);
  • Цветные металлы (все остальные металлы и сплавы, за исключением железа);
  • Благородные или драгоценные металлы (серебро, золото, платина и остальные металлы платиновой группы);
  • Легкие металлы (имеющие низкую плотность);
  • Тяжелые металлы (цветные металлы, обладающие плотностью выше, чем железо).

Цветные металлы — техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов, называемых черными металлами). Термин <цветные металлы> в русском языке соответствует термину <нежелезные металлы> в европейских языках. Во многих других языках цветные металлы называются термином <нежелезные металлы>

В науке принята условная классификация цветных металлов, по которой они разделены по различным признакам, характерным для той или иной группы:

  • легкие металлы (алюминий, титан, магний),
  • тяжелые цветные металлы (медь, свинец, цинк, олово, никель),
  • благородные металлы (в т. ч. платиновые металлы),
  • тугоплавкие металлы,
  • рассеянные металлы,
  • редкоземельные металлы,
  • радиоактивные металлы.

Цветные металлы весьма востребованы в нашей стране, их производство широко распространено во всех регионах.

Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. Различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии легких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжелых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Основные цветные металлы

Алюминий — это цветной металл, который обладает высокой электропроводностью, хорошей пластичностью, но имеет низкие механические свойства. Различают алюминий первичный и вторичный.

Медь — это металл, который является наиболее распространенным среди цветных, обладающим высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Медь хорошо сплавляется со многими металлами, образуя сплавы, которые широко используются в машиностроении.

Цинк — это цветной металл, который при обыкновенной температуре хрупок, но при нагреве до 100-150 градусов хорошо куется и прокатывается. Цинк устойчив против коррозии, однако разрушается под действием кислот и щелочей. Температура плавления — 419 градусов.

Применение цветных металлов

В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п.

Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

Особенности цветных металлов

1. Некоторые металлы (медь, магний, алюминий) обладают сравнительно высокими теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что способствует быстрому охлаждению места сварки, требует применения более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев предварительного подогрева детали.

2. Для некоторых металлов (медь, алюминий, магний) и их сплавов наблюдается довольно резкое снижение механических свойств при нагреве, в результате чего в этом интервале температур металл легко разрушается от ударов, либо сварочная ванна даже проваливается под действием собственного веса (алюминий, бронза).

3. Все цветные сплавы при нагреве в значительно больших объемах, чем черные металлы, растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. Особенно активные в этом смысле более тугоплавкие и химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Эту группу металлов часто выделяют в группу тугоплавких, химически активных металлов.

Особенности обработки цветных металлов

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один — способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода .

Читайте так же:
Переаттестация газовых баллонов для пневматики

Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка — незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки

Для алюминиевых оснований используют специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят — эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается , его лучше полностью удалить с помощью растворителя , после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

Общие сведения о благородных металлах и рудах

Благородные металлы отличаются от других элементов, известных еще древним народам, неизменяемостью на воздухе, трудностью добычи и высокой стоимостью. Теперь их также называют драгоценными; хотя некоторые тугоплавкие элементы пока дороже золота и платины.

Золото и серебро были известны задолго до начала нашей эры. Египтяне разрабатывали золотоносные россыпи в Нубии (Восточная Африка). Финикийцы там же открыли богатую золотом страну Офир, они знали о многих месторождениях золота и серебра в Армении, Испании и на Кипре.

Первые достоверные сведения о древней металлургии благородных металлов имеют давность, соизмеримую с историей древней Греции — 40–50 вв. до н. э.

Первым применением золота (Au) и серебра (Ag) было изготовление украшений и утвари, а с развитием обмена – монеты. До конца прошлого века, а кое-где и поныне, эти металлы во многих странах служили денежным материалом, а затем приобрели функцию фондового эквивалента банкнот.

В 1738 г. испанский математик Дон Антоние де Уллоа во время путешествия в Южную Америку обнаружил платину (Pt) – “белое золото”, считавшуюся сначала сплавом золота и серебра. В литературе XVIII в. ее называли “гнилым” или “лягушечьим” золотом, ценили в два раза ниже серебра и иногда для фальсификации добавляли в золотую монету. Только в 1752 г., после исследований Шеффера, платина была признана новым элементом.

В 1803 г. Волластон, обрабатывая самородную платину царской водкой, обнаружил в растворе два других благородных металла – палладий (Pd) и родий (Rh). Вскоре (1803 – 1804 гг.) Смитсон Теннант в нерастворимом остатке от подобной обработки платины нашел осмий (Os) и иридий (Ir). Рутений (Ru) открыл в 1844 г. К. К. Клаус в уральских месторождениях платины и назвал его в честь России Rhutenia (лат.).

Интересно отметить происхождение названий других платиноидов: платина соответствует испанскому plata – серебро, родий – греческому родос, отмечающему розовый цвет растворов. Палладий назван в честь открытия астероида Паллада, а иридий происходит от греческого ирис, принятого из-за различия окраски ионов.

Некоторые физические и механические свойства платиноидов собраны в табл. 23, знакомясь с которой следует обратить внимание на высокие температуры плавления металлов и их твердость, близкую, например, у иридия, осмия и рутения к закаленной стали. Вместе с тем золоту и платине свойственны мягкость, ковкость и тягучесть. О химических свойствах сказано ниже.

Физические и механические свойства благородных металлов

Таблица 23 Физические и механические свойства благородных металлов

С развитием промышленности благородные металлы находили все более широкое техническое применение.

Современное значение благородных металлов

Золото, продолжая оставаться денежным эквивалентом, входит во многие сплавы с серебром, платиной, медью, никелем, оловом, в том числе применяемые за рубежом при монтаже реактивных двигателей, ракет и ядерных реакторов. Чистый металл с его высокой отражательной способностью и коррозионной стойкостью может служить прекрасным покрытием, хорошо отражающим свет. Известно, что первые американские спутники покрывали слоем золота толщиной в несколько тысячных или сотых долей микрометра. Использование металла для зубных протезов постепенно сокращается: для этого разработано несколько заменяющих сплавов; однако они пока еще остаются менее привлекательными.

Серебро вошло в область промышленного использования после изобретения фотографии, а далее также в связи с широким распространением кинематографии, рентгенографии, производства щелочных аккумуляторов и ядерной энергии. Спрос промышленности на него давно уже превышает выплавку, и этот дефицит стараются пополнять вторичными металлами, перерабатывая старую монету, зеркальный бой, ювелирные изделия и использованные фото-киноматериалы.

Платину долго не умели очищать от примесей, понижающих ее ковкость. В 70-х годах XVIII в. впервые были получены технические изделия из чистого металла: пластины, тигли, проволока; они ценились из-за стойкости против концентрированных сильных кислот. В начале XIX в. стали делать платиновые сосуды для получения серной кислоты массой более 10 кг. Вместе с тем до середины того же столетия в некоторых странах из платины чеканили монету и делали украшения. После второй мировой войны потребление ее в ювелирном деле и медицине, составлявшее ранее около 60 % общего производства, сократилось до 8–10 %. Наряду с этим сильно возрос спрос на платиноиды, как на заменители платины. В виде сетки, губки, проволоки, жести и в мелко раздробленном состоянии платина, палладий и сплавы платины с палладием, родием, иридием, рутением, а также сплавы платины и палладия с неблагородными металлами служат катализаторами в неорганической и органической технологии. Их применяют при синтезе аммиака из азота и водорода, для гидрогенизации и дегидрогенизации органических веществ, восстановления нитросоединений и галогенидов, в производстве серной и синильной кислот.

Читайте так же:
Перила из профильной трубы своими руками фото

В нефтяной промышленности катализаторы из платиновых металлов необходимы для производства высокооктанового топлива и ряда синтетических продуктов. При гидрировании некоторых органических соединений применяют осмий. Палладий служит также для очистки водорода и дейтерия.

В электротехнике, электронике и приборостроении платина, платиноиды и разные их сплавы употребляются при монтаже аппаратуры связи, для деталей астрономических приборов и электродов рентгеновских трубок. Термопары из платины и ее сплавов с родием пригодны для длительного измерения высоких температур; возможные пределы этого расширяются с увеличением процента родия в сплавах, который менее летуч. Покрытия родием, имеющим высокую отражательную способность, важны для прожекторной техники, они не теряют свойств до 400 °С. Весьма твердые сплавы осмия с иридием идут на изготовление точных измерительных инструментов – астрономических и мореходных. Замена платины платиноидами часто выгодна: палладий и рутений дешевле платины.

Иридий приблизительно в пять раз дороже золота; поэтому применение его в чистом виде пока мало. Тигли из этого металла пригодны для опытов при температурах до 2300 °С. Весьма стойки электролитические и химические покрытия иридием металлов и керамики толщиной менее 0,1 мм. Радиоактивный изотоп Ir 192 с периодом полураспада 74,5 суток, получаемый в атомных реакторах, служит для гамма-дефектоскопии и датчиком уровня сыпучих материалов.

Осмий также очень дорог – по крайней мере, в 30 раз дороже золота. В некоторых реакциях гидронизации органических веществ он оказывает более сильное каталитическое действие, чем платина. Несмотря на высокую стоимость, из соединений осмия делают особую черную краску для росписи фарфора.

Свойства благородных металлов

Несмотря на разнообразие свойств, благородные металлы обнаруживают и некоторое сходство. Прежде всего все они переходные элементы V и VI периодов, где расположены последовательными рядами с №44 по 47 и с №76 по 79. По размещению в группах Периодической системы рутений и осмий сходны с железом, палладий и платина – с никелем, родий и иридий – с кобальтом, а золото и серебро – с медью.

Структура атомов переходных элементов различается зарядом ядра, числом d-электронов и внешних s-электронов. Последние имеют сравнительно малое значение из-за преимущественного образования благородными металлами комплексных соединений и малого числа простых солей. По мере заполнения d-орбиталей наиболее типичная степень окисления, показанная ниже римскими цифрами, понижается, а с увеличением порядкового номера в группах она возрастает:

Степень окисления некоторых металлов

Осмий окисляется кислородом воздуха при обычных температурах до OsO4, а иридий, рутений и палладий только в тонко диспергированном виде и достаточно быстро лишь при нагревании.

Другие благородные металлы не окисляются даже чистым кислородом. Оксиды: Ag2O, Au2O3, Rh2O3, Ir2O3, PtO2 и др. можно получить только косвенным путем — преобразованием иных химических соединений этих элементов.

Серебро и палладий растворяются в азотной кислоте. Золото и платина окисляются царской водкой, которая на иридий, родий и рутений действует лишь весьма медленно, палладий она также переводит в раствор, а серебро – в твердый хлорид. На осмий и рутений царская водка совсем не действует.

Родий окисляется концентрированной, горячей серной кислотой, образуя сульфат Rh2(SO4)3, он также реагирует с расплавами кислых сульфатов натрия и калия.

Осмии и рутений переводят в растворы сплавлением с оксидами натрия (II) либо бария (IV) (Na2O2, BaO2) или плавкой со щелочью и окислителем, например, с NaOH и NaClO3. Сплавы или спеки растворяются в воде.

Рутений(II), родий (III) и палладий (II) образуют простые ионы только в растворах перхлоратов, а серебро также в растворах сульфатов, нитратов, ацетатов и некоторых других. Прочие благородные металлы образуют в водных растворах лишь комплексные катионы и анионы, окислительно-восстановительные свойства которых в значительной мере зависят от прочности связи с лигандом. Часто встречаемые в литературе потенциалы простых ионов благородных металлов получены расчетом и не всегда имеют реальный физический смысл; хотя и могут быть использованы в качестве термодинамических констант.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector