Презентація до курсу "Хімія у побуті" "Метали"

Метали

Метали Слово «метали» походить від грецького metallon – шахта, копалина. Однак з часом наповнення терміна змінилося і тепер в нього вкладають інший зміст.

Більшість металів достатньо поширена в природі. Так, вміст деяких металів в земній корі наступний: алюмінію – 8,2%, заліза – 4,1%, кальцію – 4,1%, натрію – 2,3%, магнію – 2,3% (в тому числі, в морській воді міститься натрію – 1,05% і магнію – 0,12%), калію – 2,1%, титану – 0,56%.

В природі метали зустрічаються у різних формах: у вільному стані – у вигляді самородків. До цієї групи належать виключно малоактивні метали, які називають дорогоцінними, або благородними (срібло, золото, платина, інколи мідь, ртуть);

у зв’язаному стані – у формі складних сполук: оксидів – простих (магнетит Fe3O4, гематит Fe2О3) і змішаних (каолін Аl2O3·2SiO2·2Н2О, алуніт (Na,K)2O· АlО3·2SiO2 та ін); солей: сульфідів (галеніт PbS, кіновар НgS) хлоридів (сильвін КСl, галіт NaCl, сильвініт КСl·NаСl, карналіт КСl·МgСl2·6Н2О), сульфатів (барит ВаSO4, ангідрид СаSО4, гіпс СаSО4·2Н2О), фосфатів (апатит Са3(РО4)2), карбонатів (крейда, мармур СаСО3, магнезит МgСО3). Очевидно, що метали середньої хімічної активності зустрічаються у формі оксидів чи сульфідів (FeO, ZnS), а більш активні метали – найчастіше у формі солей (NaCl, Na2SО4·10Н2О).

Деякі оксиди та солі металів здавна використовуються як барвники

Слід згадати, що золото, срібло і платина в малих кількостях присутні в морській воді, рослинах, живих організмах, відіграючи при цьому важливу роль. Відомо, що організм людини на 3% складається з металів: кальцію (у кістках) і натрію, що виступає в ролі електроліту в міжклітинній рідині і цитоплазмі, магній накопичується в м'язах і нервовій системі, мідь – у печінці, залізо – в крові.

З хімічної точки зору металами називаються прості речовини, атоми яких на зовнішній оболонці містять невелику кількість електронів (від одного до трьох), мають великі ефективні радіусита високі відновлювальні властивості.

Серед 118 вивчених елементів 95 вважаються металами, хоч межа між металами й неметалами в періодичній системі є досить умовною – від В до At. Однак слід зауважити, що існує група елементів, що виявляють проміжні властивості, – напівметали.

Напівметали – хімічні елементи, що займають проміжну позицію між власне металами і напівпровідниками. Важливою ознакою напівметалів є достатньо висока електропровідність при абсолютному нулі, яка на відміну від звичайних металів, зростає з підвищенням температури. До напівметалів відносять германій Ge, миш'як As, сурму Sb, олово Sn, інколи – вісмут Bі, полоній Ро, астат At і телур Te, а також алотропну модифікацію Карбону – графіт. Напівметали за хімічними властивостями більше походять на неметали, але за типом електричної провідності – на провідники.

Класифікація металів Геохімічна класифікація, яка склалася історично, поділяє метали на чорні та кольорові. чорні метали, серед яких найтиповішими є залізо Fe, марганець Mn, хром Cr тощо. Ці метали мають темно-сіре забарвлення, високу температуру плавлення, велику твердість. Для деяких з них характерне явище поліморфізму (залізо Fe, кобальт Co, марганець Mn, титан Ti, цирконій Zr, уран U); кольорові метали, що мають біле, жовте чи червоне забарвлення, низьку температуру плавлення, невелику твердість. Найтиповіший представник – мідь Cu.

За електронною конфігурацією валентних орбіталей метали поділяються на електронні родини: s-метали – лужні та лужноземельні метали, а також Магній Mg і Берилій Be; p-метали – Алюміній Al, Галій Ga, Індій In, Талій Tl (головна підгрупа III групи), Германій Ge, Станум Sn, Плюмбум Pb (головна підгрупа IV групи), Вісмут Bi (головна підгрупа V групи), Полоній Po (головна підгрупа VІ групи); d-метали – елементи I-VIII побічних підгруп періодичної системи; f-метали – лантаноїди і актиноїди. Перші дві групи (s- і p-метали) іноді називають прості метали, а дві останні (d- і f-метали) – перехідні метали, оскільки вони виконують функцію неначе сполучальної ланки між s- і p-металами і виявляють вторинну періодичність у змінюванні потенціалів іонізації, атомних радіусів, фізичних і хімічних властивостей.

За природним походженням (тобто за сумісним знаходженням в одних і тих же мінералах, гірських породах чи рудних копалинах) метали поділяють на такі групи: лужні метали, до яких належать літій Li, натрій Na, калій K, рубідій Rb, цезій Cs, францій Fr; лужноземельні метали – це кальцій Ca, стронцій Sr, барій Ba, радій Ra; родина заліза – залізо Fe, кобальт Co, нікель Ni; платинові метали, що представлені рутенієм Ru, осмієм Os, паладієм Pd, родієм Rh, іридієм Ir, платиною Pt;

лантаноїди – 14 металів, що стоять у періодичній системі елементів після лантану 57La – від церію 58Ce до лютецію 71Lu; серед лантаноїдів є один радіоактивний метал – прометій 61Pm; актиноїди – 14 металів після актинію 89Ac, починаючи від торію 90Th і закінчуючи лоуренсієм 103Lr; всі актиноїди є радіоактивними елементами, причому в природі знайдені тільки торій Th, радій Pa, уран U, нептуній Np, плутоній Pu і актиній Ac, а решта, від америцію 95Am до лоуренсію 103Lr, одержані штучно; рідкоземельні метали – скандій Sc, ітрій Y, лантан La і лантаноїди.

За конструкційними властивостями з урахуванням механічних, фізичних, хімічних та інших особливостей метали поділяються на численні групи, наприклад: важкі метали, густина яких перевищує 5 г/см3, наприклад: мідь Cu, цинк Zn, свинець Pb, ртуть Hg, найважчим металом є осмій Os, густина якого дорівнює 22,6 г/см3; легкі метали, що мають густину менше 5 г/см3, наприклад: калій K, натрій Na, магній Mg, алюміній Al, найлегший метал – літій Li з густиною 0,53 г/см3;

Осмій та реній – найважчі метали на планеті

легкоплавкі метали, температури плавлення яких не перевищують 1500оС; до них належать францій Fr (Тпл = 18-21оС), цезій Cs (Тпл = 28,5оС), галій Ga (Тпл = 29,1оС), калій K (Тпл = 62,3оС), натрій Na (Тпл = 97,8оС), олово Sn (Тпл = 231,85оС), свинець Pb (Тпл = 327,4оС), а найлегкоплавкішою є ртуть Hg, температура плавлення якої дорівнює Тпл = –38,9оС тугоплавкі метали, температури плавлення яких вище 1500оС: залізо Fe (Тпл = 1539оС), молібден Mo (Тпл = 2620оС), осмій Os (Тпл = 3030оС); найтугоплавкіший метал – вольфрам W, температура плавлення якого складає Тпл = 3420оС;

Галій плавиться при кімнатній температурі

благородні метали, які виявляють підвищену хімічну стійкість до окиснювальних і агресивних реагентів; благородними металами є золото Au, срібло Ag, платина Pt, паладій Pd, родій Rh, іридій Ir, рутеній Ru, осмій Os; радіоактивні метали – це метали, всі ізотопи яких мають радіоактивні властивості: технецій 43Tc, прометій 61Pm, полоній 84Po і всі метали з більшими, ніж у полонію, атомними номерами.

За походженням виділяють такі групи: природні метали, які входять до складу природних сполук. Це метали від літію Li до плутонію (94Рu); штучні метали, що утворюються внаслідок ядерних реакцій. Окрему групу складають радіоактивні елементи, яких відомо 27: технецій 43Тс, прометій 61Рm, полоній 84Ро та всі елементи, що розміщуються в періодичній системі за полонієм.

За розповсюдженням у природі всі метали можна поділити на три умовні групи: поширені метали – це, по-перше, алюміній Al, залізо Fe, кальцій Ca, натрій Na, калій K, магній Mg, які разом з неметалами Оксигеном О і Силіцієм Si становлять 98,53 % від маси земної кори, а також цинк Zn, мідь Cu, марганець Mn, барій Ba, стронцій Sr та хром Cr. На всі інші елементи припадає лише 0,85 %; рідкісні метали – малопоширені у природі або маловивчені метали, вміст яких у земній корі надто низький, наприклад: літій Li, рубідій Rb, цезій Cs, молібден Mo, вольфрам W, берилій Be, цирконій Zr, гафній Hf, ванадій V, ніобій Nb, тантал Ta; розсіяні метали – метали, що не утворюють власних родовищ і самостійних мінералів, а знаходяться з іншими металами як домішки, наприклад, германій Ga, цезій Cs.

Особливості будови металів У атомів металів на зовнішньому енергетичному рівні міститься невелика кількість валентних електронів (один, два чи – дуже рідко – три), слабко сполучених із ядром завдяки великим атомним радіусам. Валентні електрони можуть досить легко відриватися від атомів металів і бути спільними для всього кристалу металу. Внаслідок цього в кристалічній решітці виникають позитивно заряджені іони металу та електронний газ – сукупність рухливих електронів, які вільно пересуваються по кристалу металу

Вільне переміщення електронного газу між вузлами кристалічної решітки в кристалі металу

Просторова будова металів – це кристал, який можна уявити як клітку з позитивно зарядженими іонами у вузлах, занурену в негативно заряджений електронний газ. Всі атоми віддають свої валентні електрони на утворення електронного газу, що вільно переміщується усередині кристалу, не порушуючи хімічного зв’язку.

Металічний зв’язок внаслідок наявності вільних електронів (електронного газу) та їх рівномірного розподілу по кристалу зумовлює характерні загальні властивості металів і сплавів, зокрема, високу тепло- та електропровідність, пластичність (здатність без руйнування зазнавати деформації при звичайних чи підвищених температурах), непрозорість і металічний блиск, зумовлений їх здатністю відбивати світло.

Фізичні властивості металів Особливості будови атомів металів та їх кристалічної структури зумовлюють певні оптичні, механічні, теплові, електромагнітні та інші ознаки, сукупність яких складає фізичні властивості металів.

Металевий блиск – властивість, яка зумовлюється здатністю металів майже повністю відбивати світлові промені будь-якої довжини спектру. Цим пояснюється білий чи сірий колір більшості металів. Частка світла, що поглинається, визначає інтенсивність блиску. Найяскравіше блищать паладій, іридій та срібло. Однак деякі метали (золото, мідь, цезій) сильніше поглинають світло з певними довжинами хвиль, тому вони забарвлені в жовті чи червоні кольори. У порошкоподібному стані більшість металів набуває чорного чи темно-сірого кольору.

Непрозорість металів пов’язана із наявністю в кристалічній решітці вільних рухливих електронів, які гасять світлові коливання, перетворюючи їх у теплоту чи, в деяких випадках, використовуючи їх енергію для вивільнення електронів зі своєї поверхні (явище фотоефекту).

Пластичність – здатність без руйнування піддаватися деформаціям за умов звичайних чи підвищених температур, завдяки чому метали можна кувати, прокатувати, штампувати, витягувати в дріт тощо. Найбільш пластичний метал – золото.

Густина – вагова характеристика механічних властивостей, залежно від якої метали поділяються на легкі та важкі. Як вже зазначалося, до легких металів, густина яких не перебільшує 5 г/см3, належать всі s-метали, алюміній, титан і скандій, а до важких – в основному d-метали V-VII періодів. Найлегший метал – літій (0,53 г/см3), найважчий – осмій (22,6 г/см3). Твердість – опір проникненню у метал іншого твердого тіла. Найтвердішими металами є хром, молібден і вольфрам, а найменш твердими – індій та лужні метали.

Теплопровідність металів пояснюється тим, що вільні електрони обмінюються енергією з іонами, які знаходяться у вузлах кристалічної решітки. При нагріванні металу коливання іонів на його поверхні зростають, а енергія коливань через електронний газ миттєво передається сусіднім іонам, тому відбувається швидке вирівнювання температури по всій масі металу.

Електрична провідність зумовлюється наявністю зони провідності, на яку здатні легко переходити валентні електрони, що і забезпечує електропровідність металу. Максимальна електропровідність притаманна для металів, в атомах яких на зовнішньому s-підрівні міститься по одному електрону, це – хром, молібден і особливо мідь, срібло, золото.

Магнітна сприйнятливість – це міра магнітних властивостей металів, які визначають їх поведінку у магнітному полі. Метали з негативною магнітною сприйнятливістю, які виявляють опір магнітним силовим полям, називаються діамагнітні метали. До них належать берилій, цинк, кадмій, ртуть, галій, германій. Метали з позитивною магнітною сприйнятливістю, які добре проводять магнітні силові поля, називають парамагнітні метали,

а метали з особливо високою магнітною сприйнятливістю – феромагнітні метали. Парамагнітними є лужні, лужноземельні метали і метали побічних підгруп, а феромагнітними – тільки залізо, кобальт, нікель, гадоліній и диспрозій. Феромагнетизм зберігається лише до певної критичної температури – так званої точки Кюрі, – вище якої залишаються звичайні парамагнітні властивості.

Хімічні властивості металів Хімічні властивості металів залежать від електронної будови їх атомів, а саме від структури валентних енергетичних підрівнів і великих розмірів атомних радіусів (порівняно із атомними радіусами неметалів). Зовнішні електрони в атомах металів суттєво віддалені від ядра і слабко сполучені з ним, завдяки чому метали достатньо легко віддають свої валентні електрони, перетворюючись у позитивно заряджені іони.

Взаємодія з неметалами Галогени. Серед галогенів окисна здатність зменшується при переході від фтору до йоду, тому F2 і Cl2 окислюють всі метали, Br2 – більшість, а I2 – тільки найактивніші. При цьому активні метали швидко згоряють в атмосфері F2 і Cl2, з бромом реакція відбувається повільніше, а з йодом – при підпалюванні реакційної суміші. Внаслідок взаємодії утворюються солі – галогеніди металів: 2Ag+F2→2AgF 2Fe+3Cl2→2FeCl3 2Al+3I2→2AlІ3 .

Кисень. З киснем за тих чи інших умов взаємодіють майже всі метали. Як продукти, як правило, утворюються оксиди металів, причому не обов’язково вищі: 2Mg+O2→2MgO 2Cu+O2→2CuO 4Al+3O2→2Al2O3

Сірка. Із сіркою, особливо при нагріванні чи у розплавленому стані, реагує більшість металів з утворенням бінарних сполук – сульфіди металів, наприклад: Zn+S→ZnS , Ca+S→CaS

Водень. З воднем взаємодіють переважно активні метали. Продуктами взаємодії є бінарні сполуки – гідриди металів: 2Na+H2→2NaH 2NaH+H2O→2NaOH 2Al+3H2→2AlH3

Азот є слабким окисником завдяки надзвичайно міцному хімічному зв’язку, тому на більшу частину металів він не діє. Лише деякі метали здатні згоряти в атмосфері азоту з утворенням бінарних сполук, які називаються нітриди, а за кімнатної температури у реакцію з ним може вступати тільки літій:

Інші слабкі окисники (вуглець, кремній, бор) при високій температурі утворюють з металами бінарні сполуки – карбіди, силіциди, бориди відповідно. Для багатьох із них характерні висока твердість (наприклад, WC, TiC, CrB2), жароміцність (ZrC, MoB5, TiNx ), хімічна стійкість (TiNx, ZrN), тому вони застосовуються як абразиви, вогнетриви, матеріали різальних інструментів, жароміцні та хімічно стійкі покриття.

Послідовність розміщення металів у порядку зростання стандартних електродних потенціалів, якому відповідає зменшення електрохімічної активності металів, називається електрохімічний ряд напруг металів:

Метали, стандартні електродні потенціали яких нижчі, ніж водневий електродний потенціал здатні витісняти водень із води, наприклад: Ca+2H2O→Ca(OH)2+H2↑ Але ті активні метали, що розміщуються у ряді напруг після Mg, за звичайних умов з Н2О не взаємодіють, тому що покриті нерозчинними у воді оксидними плівками.

Метали, які розміщені у ряді напруг до Н2, витісняють водень з кислот-неокисників (HCl, H3PO4, розведена H2SO4 тощо), наприклад: Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑

Для металів, що розміщуються у ряді напруг після Mg, характерна закономірність: більш активний метал витісняє менш активний із розчину його солі, наприклад: Zn+CuSO4→Cu↓+ZnSO4 А метали у ряді напруг до Mg настільки активні, що у водних розчинах солей взаємодіють не з сіллю, а з водою.

Відношення до води Більшість металів не розчиняються у воді, однак майже всі s-елементи, крім берилію Be, вступають з нею у хімічну реакцію з утворенням відповідної основи і водню. При цьому рубідій Rb і цезій Cs реагують із вибухом, калій K – із самозайманням водню, який виділяється внаслідок реакції, натрій Na і літій Li – бурхливо, а метали IIА-підгрупи – без згоряння: 2Na+2H2O→2NaOH+H2↑ Ba+2H2O→Ba(OH)2+H2↑

p-Елементи, незважаючи на те, що стоять у ряді напруг до водню, не можуть розкласти воду, оскільки їх поверхня покрита хімічно стійкою оксидною плівкою, щільно з’єднаною з металом.

Взаємодія з кислотами Оскільки метали за призначенням (конструкційні та інструментальні матеріали) можуть використовуватися у різному оточенні, слід мати повну інформацію про їх поведінку у водних розчинах кислот. Однак щоб прогнозувати можливість взаємодії кожного металу з тією чи іншою кислотою, слід аналізувати відомості про властивості як самого металу (активний, малоактивний, схильний до пасивації тощо), так і кислоти.

Неокисні кислоти (розведена сульфатна H2SO4, галогеноводневі HF, HCl, HBr, HI, ортофосфатна H3PO4, оцтова CH3COOH та інші слабкі кислоти) діють тільки на метали, що стоять у ряді напруг до водню і мають помітно від’ємне значення стандартного електродного потенціалу. У результаті таких реакцій виділяється вільний водень і утворюються солі. Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ Cr+H2SO4(розв)→CrSO4+H2↑ .

якщо продуктом реакції металу з неокисною кислотою є малорозчинна сіль, то вона покриває поверхню металу плівкою і тим захищає його від подальшої взаємодії, наприклад: 2Al+2H3PO4→2AlPO4↓+3H2↑ Pb+H2SO4(розв)→PbSO4↓+H2↑

Окисні кислоти, до яких належать: нітратна кислота HNO3 будь-якої концентрації, концентрована сульфатна H2SO4 взаємодіють із усіма металами від початку ряду напруг до срібла включно. MgO+2HNO3(конц)→Mg(NO3)2+H2O.

Особливістю концентрованих розчинів окисних кислот, яку слід завжди пам’ятати, є їх здатність спричиняти пасивацію деяких металів. Пасивація − це набуття металом корозійної стійкості внаслідок утворення на його поверхні щільних непоруватих плівок із малорозчинних сполук, які захищають метал від руйнування. Схильними до пасивації металами є алюміній Al, хром Cr, залізо Fe, титан Ti та ін.

Сплави Сплав — тверда або рідка однорідна речовина, утворена сплавленням (стопленням) кількох металів або металів з неметалами. Всі сплави, як і метали, у твердому стані зазвичай мають кристалічну будову.

Багато сплавів (наприклад, бронза, сталь, чавун) були відомі в далекій давнині й уже тоді мали велике практичне застосування. Технічне значення сплавів пояснюється тим, що багато їх властивостей (міцність, твердість, електричні та магнітні характеристики, корозійна стійкість тощо) набагато кращі, ніж у чистих металів.

Металеві сплави, що є одними з найважливіших конструкційних матеріалів, можуть складатися з металів (наприклад, латунь — cплав міді та цинку) або з металів і невеликої кількості неметалів (наприклад, сталь — сплав заліза з вуглецем).

До найпоширеніших сплавів належать сталь (<2% Карбону) і чавун (2-6 % Карбону) (сплави заліза з вуглецем), бронза (сплав міді з оловом),  та дюралюміній (сплав алюмінію та міді).   Для виготовлення багатьох виробів використовують сталі. Вони поділяються  на конструкційні та інструментальні.    

сталь

Етапи виробництва сталі

Латунь — це сплав міді з цинком. Це найпоширеніший у природі легкий кольоровий метал. Основним його недоліком є невисока міцність. У техніці найчастіше використовують дюралюміній — сплав алюмінію з міддю, марганцем, магнієм та іншими речовинами.

Дюралюміній широко застосовується в авіації

Вироби із сталі

Вироби із чавуну

Вироби із кольорових металів

Сплави на основі міді Мідні сплави — сплави на мідній основі, у яких легувальними  елементами можуть бути олово, цинк, свинець, нікель, алюміній, марганець, залізо, срібло, золото,  фосфор, кремній тощо. Бронза - сплав міді з оловом Латунь - сплав міді з цинком

Корозія Корозія є однією з найбільш поширених проблем з металами. Вона виникає, коли відбувається окислення, процес, в якому метал з’єднується з киснем. Корозія негативно впливає і погіршує стан металу. Всі види металу схильні до неї. Мільйони доларів збитків в металургійній промисловості можна пояснити корозією металу. І все ж, незважаючи на наявність корозії, метал може служити і бути використаний тривалий час.

Види корозії Рівномірна: відбувається по всій відкритій поверхні металу (іржа на сталевій конструкції або зелена патина на мідному даху). Гальванічна: відбувається поблизу з’єднання двох різнорідних металів. Рушійною силою реакції корозії є різниця потенціалів електроду між двома металами.

Рівномірна корозія

Гальванічна корозія

Міжклітинна: включає в себе корозію вздовж кордонів зерен ураженого металу. В результаті зерна металу відпадають, а метал слабшає. Руйнування: селективне вилуговування одного елемента зі сплаву. Це призводить до утворення пористої структури, яка недостатньо міцна, щоб витримувати навантаження. Одним з поширених прикладів є видалення цинку з латунних сплавів, використовуваних для сантехніки, де цинк вилуговується зі сплаву.

Щілинна корозія. Цей тип корозії розвивається в обмежених просторах.. Точкова корозія. Цей тип корозії виникає, коли невелика область на поверхні металу піддається впливу вологи, що призводить до утворення невеликих уражень, або точок, на поверхні матеріалу. Пошкоджену область зазвичай важко виявити, оскільки вона представлена ​​у вигляді крихітних точок і часто виявляється тільки вже після руйнування конструкції.

Антикорозійний захист Хімічна обробка металу. Відмінним способом захисту сталі від корозії є її обробка спеціальними хімічними сполуками. На поверхні створюється тонка і міцна плівка, наявність якої запобігає проникненню до металу вологи. Технологія застосовується тільки з використанням спеціальних засобів, а її вартість доступна не кожному власнику металоконструкцій. Металізація і легування. Нанесення шару цинку, хрому, срібла або алюмінію також є відмінним способом обробки сталі та запобігання корозії. На поверхні сталі утворюється додатковий шар металу, стійкого до впливу навколишнього середовища. Спосіб обробки змінюється в залежності від сплаву, який використовується.

Поверхнева обробка металу Найпростішим і найбільш поширеним способом є механічна обробка сталі. Конструкція забарвлюється емалями і фарбами з високим вмістом алюмінію. В результаті повністю перекривається доступ повітря до металу. Простота і невисока вартість технології є її основною перевагою. До мінусів можна віднести недовговічність покриття і необхідність періодично його оновлювати.

В гальванічних ваннах метал покривається тоненькою плівкою іншого металу гальванічним способом

Катодний або гальванічний: металевий цинк в прямому контакті зі сталевою підкладкою забезпечує захист завдяки тому, що переважно окислються металевий цинк. Цинк є відмінним вибором для захисту сталі, оскільки знижує швидкість корозії.

Зношений анод на корпусі корабля

Білі смужки, що видно на корпусі та елементах стерна судна є цинковими блоками анодних протекторів

На початку XX століття стали випускати баночне пиво. Однак новий продукт не мав блискавичного успіху, і причиною цього було те, що банки кородували зсередини. Тонкий шар олова, що ним покривали банки, дуже рідко виходив суцільним. Найчастіше він мав незначні вади. У водному розчині залізо окислюється швидше, ніж олово (через більш високу активність). Йони Феруму Fe2+ розчинялися в пиві (яке загалом є непоганим засобом від анемії) і надавали напою присмаку металу, а крім того, зменшували його прозорість. Це знижувало популярність баночного пива. Утім, виробникам вдалося подолати цю проблему після того, як вони стали покривати внутрішність банок спеціальним інертним органічним лаком.

У банках з консервованими фруктами є органічні кислоти, наприклад лимонна кислота. У розчині ці кислоти сприяють зв’язуванню йонів Стануму Sn2+ і тим самим збільшують швидкість розчинення олов’яного покриття, тому в консервованих фруктах (персиках тощо) переважно кородує олово. Йони Стануму, які потрапляють у такий спосіб у їжу, нетоксичні. Вони не змінюють суттєво смакові якості консервованих фруктів, хіба що надають їм гоструватого присмаку. Однак якщо таку банку зберігати занадто довго, можуть виникнути проблеми. Тонкий шар олова, який окислюється, зрештою зруйнується й під впливом органічних кислот почне досить швидко кородувати залізний шар.

Листовий метал та дріт Листовий метал одержують зі зливків сталі або кольорових металів на спеціальних машинах — прокатних верстатах.

Листовий метал поділяється на два види: покрівельну листову сталь і жерсть. Покрівельна листова сталь завтовшки від 0,25 мм до 2 мм має чорний колір поверхні, тобто без захисного покриття, та оцинкована.   Сучасні покрівельні листи покривають спеціальним покриттям. Така покрівля служить набагато довше.

Жерсть має товщину від 0,2 до 0,5 мм. Розрізняють чорну (без покриття) й білу (з обох боків покривається тонким шаром олова) жерсть. Покриття цинком і оловом запобігає корозії металу (іржавінню). З цинкової жерсті виготовляють металеві відра, труби для зливу води з дахів.

З білої жерсті виготовляють консервні банки, кришки для консервування та інші вироби. Олово на відміну від цинку не шкідливе для організму.

Дріт виготовляють на металопереробних підприємствах шляхом волочіння або прокатування. Волочіння — це спосіб обробки металів тиском, коли розпечену заготовку протягують крізь отвір. Нагрітий дріт більшого діаметра нагрівають та пропускають через спеціальну пластинку – фільєру. При цьому діаметр отвору менший за діаметр заготовки.

Ручне виробництво дроту

Алюміній Коли люди чують слово алюміній, вони думають про фольгу, якою ми загортаємо їжу. Але м’який і пластичний алюміній є одним із найбільш використовуваних металів у світі. Він має широкий спектр застосування за межами кухні. Сьогодні він настільки поширений, що дивно дізнатися, що вчені не виявили його до початку 1800-х років. Після цього знадобилося ще кілька років, щоб з’ясувати, як видобувати його з основного джерела — руд бокситу.

Колись алюміній вважався дорожчим за золото. Його видобуток був настільки дорогим, що він бу в металом для багатих і привілейованих. Ходять чутки, що при дворі французького короля Наполеона III приїжджим главам держав подавали делікатеси на алюмінієвих тарілках, щоб позначити їхню перевагу, тоді як герцогам меншого статусу подавали на золотих. Алюмінієвий брусок лежав поруч із коштовностями корони Франції на виставці в Парижі 1855 року. Ці властивості роблять його ідеальним у якості віконних рам, харчових контейнерів, фюзеляжу літака тощо. Він є чудовим провідником електрики, і його поєднують з іншими металами в електричних кабелях.

Для виробництва посуду придатний технічно чистий метал, силумін, дюралюміній. На столові вироби з алюмінію легко наносяться антипригарні покриття. Основні характеристики – відмінна теплопровідність, задовільні для користувача властивості. Якщо простий алюміній реагує з харчовими кислотами, то в анодованому аналогу змінена молекулярна структура верхнього шару металу, він стає більш міцним і несприйнятливим до процесів окислення.

Залізо Залізо є найпоширенішим і найбільш магнітним природним елементом на Землі. Рідке залізо становить 80 відсотків ядра Землі. У чистому вигляді залізо є м'яким металом сірого кольору, оскільки воно дуже активне, при контакті з повітрям або водою залізо іржавіє. Іржа є синонімом заліза: у багатьох людей цей метал асоціюється з помаранчевим кольором.

Оскільки залізо легко іржавіє, воно найбільш корисне в поєднанні з іншими металами. У вигляді сплаву його можна відливати, обробляти та зварювати у незліченну кількість форм, що робить його однією з найкорисніших і універсальних речовин на Землі. Ми використовуємо сплави заліза для виготовлення величезних конструкцій, таких як мости, хмарочоси та контейнеровози, а також автомобілів, інструментів і навіть канцелярських скріпок!

Нержавіючий посуд із сталі легкий, універсальний, практичний, екологічний. Добре очищається без ризику завдати подряпини. Він не боїться температурних перепадів й механічних ударів. Основна «фішка» чавунних виробів – здатність зберігати цілісність і форму при високих температурах. Чавунний посуд повільно віддає тепло, тому активно використовується при експлуатації сковорідок, жаровень, сотейників, форм для запікання на плитах, а також в духових шафах.

Мідь Мідь — м'який, пластичний, пластичний метал, який є чудовим провідником тепла й електрики. Мідь нереакційноздатна, тому є одним із небагатьох елементів, які зустрічаються в природі в чистому вигляді. Мідь не піддається корозії, але з часом реагує з повітрям, утворюючи шар карбонату міді під назвою патина, який має світло-зелений колір. Статуя Свободи — один з мідних виробів, покритих цією зеленою патиною.

Мідь змішують з іншими металами для отримання більш міцних сплавів. Мідь входить до двох важливих металевих сплавів: бронзи та латуні. Бронза - це суміш міді та олова, а латунь - суміш міді та цинку. Археологи знайшли в Іраку мідний кулон, який датується 8700 роком до нашої ери, що означає, що люди видобували та використовували мідь щонайменше десять тисяч років. Археологи знайшли мідні труби в водопровідній системі стародавнього Єгипту, і вони все ще були в чудовому стані понад п’ять тисяч років потому!

Після срібла мідь має найвищу електропровідність з усіх металів. Через це мідь використовується переважно для виготовлення електричного дроту. Приблизно 60 відсотків міді використовується як провідник в електропроводці. Мідь також має антимікробні властивості. Мідні дверні ручки допомагають запобігти поширенню інфекції в лікарнях.

Срібло Срібло видобувають з 3000 р. до н. і виготовляють монети, столовий посуд, ювелірні вироби та прикраси принаймні п'ять тисяч років. Це один із найменш хімічно активних перехідних металів, але все одно потребує регулярного полірування або захисного покриття, щоб зберегти блиск. Його блиск достатньо яскравий, щоб зробити його найбільш відбиваючим серед металів і ідеальним для дзеркал.

Срібло є найкращим провідником тепла та електрики з усіх елементів, але висока вартість його видобутку означає, що більшість електричних проводів є мідними, а не срібними. Як і мідь, іони срібла токсично діють на бактерії та віруси. Нітрат срібла входить до складу дезінфікуючих засобів і антибактеріального мила

Люди почали використовувати срібний посуд, тому що він менше залишав металевий присмак у роті, ніж інші метали. Чисте срібло занадто м’яке для посуду, тому для створення столового срібла додають мідь. Сьогодні столовий посуд виготовляється з нержавіючої сталі, яка є більш економічною та менш сприйнятливою до тьмяності.

Хром Він твердий і блискучий, добре полірується та стійкий до корозії. У 1950-х і 1960-х роках хром став популярним як спосіб створення модних на той час суперблискучих металевих бамперів і колісних дисків на автомобілях і мотоциклах. Хром не тільки блискучий у чистому вигляді, він також запобігає корозії металу під ним, тому його часто використовують як тонку «пластину» поверх інших металів, таких як сталь або нікель.

Ви можете задатися питанням, чому хром отримав свою назву від chroma, грецького слова, що означає колір. Адже в чистому вигляді це сірий метал. Але при змішуванні з іншими елементами утворюється ряд кольорів: від темно-червоного до насиченого зеленого та фіолетового. Ці пігменти використовувалися з 1700-х років у фарбах і барвниках. Хром надає дорогоцінним каменям, таким як рубіни, смарагди та олександрити, глибокого кольору.

Хромово-жовтим пігментом, виготовленим із хромату свинцю, фарбували американські шкільні автобуси, поки вчені не виявили його токсичність. Шкільні автобуси досі жовті, але тепер їх фарбують нетоксичними пігментами.

Нікель Нікель — це твердий сріблясто-білий метал, відомий своєю міцністю, стійкістю до тепла та корозії, феромагнетизмом і здатністю розтягуватися в дріт. Усі ці якості роблять його корисним для розробки різноманітних речей, включаючи автомобілі, кораблі та деталі літаків, а також монети, гітарні струни та дроти для тостерів.

Назва нікелю в сімнадцятому столітті є випадком помилкової ідентичності. Німецькі шахтарі думали, що знайшли мідну руду, але коли вони спробували її видобути, міді не виявилося. Забобонні шахтарі звинуватили «Миколу», демона з німецької міфології, у тому, що він їх обдурив. У результаті вони почали називати руду купфернікелем, що означає «мідний демон». Насправді вони видобули бліду коричнево-червону породу з нікелю та миш’яку, яку тепер називають нікеліном.

Нікель часто допомагає підвищити якості інших металів. Він використовується як захисне покриття для м’яких металів, щоб зробити їх більш міцними, а більш тьмяні метали виглядають більш блискучими. Нікель змішується з міддю, щоб утворити сплав мельхіору, який використовується як металеві компоненти на кораблях, оскільки сплав не піддається корозії в морській воді.

Вважається, що велика частина нікелю на Землю потрапила через величезні астероїди, один з яких, як вважають, був розміром з гору Еверест. Вчені вважають, що комета розміром з гору, наповнена нікелем, врізалася в Онтаріо, Канада, 1,8 мільярда років тому.

Цинк Цинк — блакитно-білий блискучий метал. Він ніколи не зустрічається в чистому вигляді в природі, але він міститься в багатьох мінералах. Цинк необхідний у харчуванні людини. Наше тіло містить понад триста різних ферментів, які залежать від цинку для контролю нашого росту, травлення, імунної системи.

Цинк і кисень створюють сполуку оксид цинку, білий порошок, який ми використовуємо в шампуні від лупи, дезодоранті, макіяжі та кремах. Оксид цинку поглинає ультрафіолетове світло, роблячи його інгредієнтом сонцезахисного крему. Ми додаємо цинк до гуми, щоб зробити черевики та шини міцнішими, і ми використовуємо його для гальванізації інших металів для запобігання корозії.