Металдар

Металдар — электр тоғы мен жылуды жақсы өткізетін, пластикалық қасиеті жоғары, жылтыр заттар. Мұндай қасиеттердің болуы металдардың ішкі құрылымымен байланысты.

Металдардың (сынаптан басқа) кристалдық тор көздерінде металл атомдары орналасқан. Олар бір-бірімен металдық байланыспен байланысады. Металдардың иондану энергиясы аз болғандықтан олардың валенттік электрондары оңай бөлініп, бүкіл кристалдың бойында еркін қозғала алады. Сондықтан олардың жиынтығын электрон газы деп те атайды. Су ерітінділеріндегі реакциялар үшін металдың активтілігі оның активті қатардағы орнына байланысты.

Металдардың қаттылығы, температураға төзімділігі күнделікті тәжірибеде шешуші рөл атқарады. Егер шыны хроммен кесілсе, ал цезийді адам тырнағымен-ақ кесе алады. Кейбір металдар жұмсақ (күміс, алтын, т.б.) болғандықтан таза металдардың орнына олардың бір-бірімен құймалары қолданылады. Ең алғаш алынған құймалардың бірі – қола.

Темір мен оның құймалары (шойын, болат) қара металдар, ал қалғандары түсті металдар; алтын, күміс, платина химиялық реактивтерге төзімділігіне байланысты асыл металдар; сумен әрекеттесіп сілті түзетін металдарды сілтілік (Lі, Na, K, Rb, Cs), ал жер қыртысының негізін құрайтындарын сілтілік жер металдар; массалық үлесі 0,01%-дан аспайтындарын сирек металдар деп атайды. Өнеркәсіпте металдарды негізінен пирометаллургия, гидрометаллургия және электрметаллургия әдістерімен алады. Металдар электр сымдарын, тұрмысқа қажет бұйымдар (қазан, балға, т.б.) жасауда, т.б. кеңінен қолданылады.

Кейбір металдар

Табиғатта көп кездесетін металдар

Толық мақаласы: Табиғи металдар

Табиғатта көп кездесетін металдар қатарына жатады:

Al (8,1%)
Fe (4,65%)
Ca (3,6%)
Na (2,64%)
K (2,5%)
Mg (2,1%)
Tі (0,57%)
Mn (0,1%)
Ba (0,05%)
Sr (0,03%)
Қалғандары (0,1365%)

Металдардың физикалық қасиеттері

Металл кристалындағы атомдар, иондар "электрон газымен" берік ұсталып, металдық байланыс түзеді. Кристалдағы бос электрондарға тəуелді металдар белгілі бір ортақ қасиеттерге ие болады. Бұл қасиеттерге жылу жəне электрөткізгіштік, металдық жылтыры, иілімділігі, т.б қасиеттері жатады.

Электр жəне жылуөткізгіштігі

Электр өрісінің əсерінен электрондар бағытты қозғалысқа ие болады, сөйтіп, электр тогы пайда болады. Электрөткізгіштігі ең жоғары металдар күміс пен мыс, одан кейін алтын, алюминий, темір болып келеді. Ең аз электрөткізгіштік сынапқа тəн.

Металдық жылтыры

Бұл металдардың өзіне тəн қасиеттерінің бірі-оны адамдар өте жоғары бағалап, кейбір көркем өнер туындыларын жасауға пайдаланады. Металдың бəрі де мөлдір емес, өзіндік жылтыры бар. Олар көбінесе сұр түсті болып келеді.

Иілімділігі (пластикалығы)

Металдарды соққанда, ұсақ түйіршіктерге бөлініп шашырап қалмайды, небəрі пішінін өзгертіп тапталады не жанашылады, яғни соғуға төзімді пластикалық қасиетін, иілімділігін көрсетеді.

Балқу температурасы

1000° жоғары температурада балқитын металдарды қиын балқитын, ал одан төмен болса, оңай балқитын деп бөлінеді. Ең оңай балқитын металл-сынап оның балқу температурасы 38,9 градус. Ең қиын балқитын металл-вольфрам, оның балқу температурасы 3390 градус, сондықтан оны элеткр шамынынң сымын дайындау үшін қолданады.

Металдардың химиялық қасиеттері

Металдардың көпшілігі химиялық активті элементтер болғандықтан жай және күрделі заттармен әрекеттеседі:

Жай заттармен:

2Mg + 0₂ = 2MgO + Q жану реакциясы
Fe + S = FeS темір (II) сульфиді
Са + Сl₂ = СаСl₂ кальций хлориді

Металл гидридтері тұз сияқты қатты заттар. Металл гидридтерінде ғана сутегінің тотығу дәрежесі - 1 болады, себебі металдар электрондарын сутектің атомдык радиусы кіші болғандықтан оңай береді.

Күрделі заттармен:

Сілтілік және сілтілік жер металдар сумен куатты әрекеттесіп, судағы сутекті ығыстырып шығарады.

2Na + 2Н₂O = 2NaOH + Н²↑

Металдар қышқылдармен әрекеттеседі. Реакция нәтижесінде түзілетін өнімнің табиғаты металдың белсенділігіне жөне қышқылдардың концентрациясына тәуелді

Zn + H₂SO₄ (сұйык) = ZnSO₄ + Н₂

Zn + 2H₂SO₄(конц.) = ZnSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

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

Ag + 2HNO₃ (конц.) = AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O

Металдар тұздармен әрекеттеседі. Белсендірек металдар (химиялық белсенді металл) белсенділігі темен металды оның қосылыстарынан ығыстырып шығарады.

Cu + Hg (NO₃)₂ = Cu (NO₃)₂+Hg

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

2Mg + TiCl₄ = 2MgCl₂ + Ti

Металдар оксидтермен әрекеттеседі:

2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe

Mg + CO₂=MgO + CO

Металдар органикалық қосылыстармен де әрекеттеседі:

Na + C₂H₅OH = C₂H₅ONa + 0,5H₂

2Na + CH₃Cl = C₂H₆ + 2NaCl

Металдарды алу әдістері

Құрамында металл қосылыстары бар минералдар мен тау жыныстарынан металды өнеркөсіптік жолмен бөліп алу экономикалық тиімді болса, олар кен деп аталады.

Металдар табиғи кендерден алынады. Кендегі металды бос жынысынан айыру арқылы байыту жүргізіледі — олардың бірі флотация әдісі. Алу әдістері металдардың химиялық белсенділіктеріне негізделген.

Қазақстандагы металл кендері және металл өндірісі аймақтарда төмендегідей болып шоғырланған.

Pb, Zn - Текелі, Малеевск, Ащысай;
Mg, Ti, Zn, In, Be, Ta, Nb - Өскеменде өндіріледі (Қорғасын-мырыш, Титан-магний комбинаттары, Қазмырыш АҚ);
Мn - Қаражал, Жезді;
Сr - Хромтау (Кемпірсайда), Ақтөбе облысы;
Cu - Жезқазған, Ақтоғай, Айдарлы;
Fe - Қарағанды, Орал, Рудный, Соколов, Сарыбай, Лисаковск;
W, Мо - Ағадыр, Катонқарағайда (Шығыс Қазақстан облысы);
Sn - Көкшетау (Сырымбет), Қорғалжын;
Аu - Бақыршық, Майқайың, Жітіқара.

Металлургия өндірісі үш топқа бөлінеді:

Бұл өндірістерде сәйкес жылу, су және электр куаты пайдаланылады.

Металлургия

Толық мақаласы: Металлургия

Металлургия – ғылымның, техниканың, өнеркәсіптің кеннен немесе басқа да материалдардан металл алу процестерін, сондай-ақ металл қорытпаларға олардың химиялық құрамы мен құрылымын өзгерту арқылы қажетті қасиеттер беру процестерін қамтитын саласы.

Металлургияға кендерден металдарды ажыратып алуға дайындау мақсатымен кентастарды өңдеу процестері (уату, байыту, кесектеу, т.б.);
кентастар мен басқа материалдардан металды бөліп алу процестері, металдарды қажетсіз қоспалардан тазарту;
металдар мен қорытпалар өндіру;
металдарды термиялық, химия-термиялық және термомеханикалық өңдеу;
металдарды қысыммен және құймалап өңдеу;
металл бұйымдардың бетін әрлеу не қорғау мақсатында басқа металл қабатымен қаптау, т.б. жатады.

Түсті және қара металлургия, галламды, өте жоғары температурада (2000 – 20000 К) өтетін плазмалы және лазермен өңделетін металлургия болып ажыратылады; орындалатын процестерге байланысты пирометаллургия және гидрометаллургияға бөлінеді.

Қара металлургия – қара металдар өндіру барысында кен шикізатын қазып алудан бастап, оны өңдеп шойын, ферроқорытпа, болат, илек, құбыр, рельс, т.б. өнімдерді алуды қамтитын металлургия саласы. Қазақстан қара металлургиясының байлығы мен болашағы – темір кендері. Оның негізгі қорлары Қостанай, Қарағанды және Жезқазған облыстарында шоғырланған. Қара металл шикізатының базасы Соколов-Сарыбай және Лисаков кен байыту комбинаттарында комбинатында өндіріледі.

Түсті металлургия – кен шикізаттарын өндіру мен өңдеуден бастап, дайын өнім алуға дейінгі түсті металдар мен олардың қорытпаларын алу өндірісін қамтиды. Түсті металдардың вакуумдық металлургия саласы жақсы жолға қойылды.

Галламды металлургия – су ерітінділерінен галламдарды (галлийдің электрлік теріс зарядталған басқа металдармен сұйық қорытпасы) химиялық жолмен қалпына келтіру арқылы металдар мен олардың қосылыстарын алу процестерін зерттейді. Металлургияның бұл жаңа саласы дүние жүзінде алғаш рет Қазақстанда 1960 жылдары жасалды.

Алюминий галламындағы сілтілі ерітінділерден алынған галлийдің цементтелуін зерттеу жөнінде үлкен ғылыми жұмыстар жүргізілді. Плазма металл бетін тазалауда және әр түрлі беттерді металмен қаптау технологиясында, термоядролық зерттеулерде, плазма химиясында, т.б. қолданылады. Плазма металлургияда қиын балқитын металдар мен олардың қосылыстарын алуда аса қажет.^[1]

Металл аққыштығы

Толық мақаласы: Металл аққыштығы

Металл аққыштығы– жүктеме берілу кезінде металдың пластикалық пішінсіздену қасиеті. Металл аққыштығы – жартылай өңделген өнімдерден дайындамалардың сырт пішінін құру кезінде, қысыммен өңдеуге қабілеттігінің барлығын анықтайтын металдардың қажетті технологиялық қасиеті.

Суықтай созу кезінде металл аққыштығын анықтау үшін технологиялық сынама түріндегі сынақтардан (бүгу, сығу, жаншу, т.б. сынақтар) өткізеді. Металл аққыштығы балқытылған металдың құйма қалыпты толтыру қабілеттілігі болып табылады. Ол құйма қорытпалардың ең маңызды технологиялық қасиеттерінің бірі.

Металл аққыштығы жоғары болғанда құйма қалыптың құрама пішінін неғұрлым дәл қайталайды; жұқа қабырғалы бұйымдар дайындауда бұл ерекше маңызды рөл атқарады. Құю температурасы жоғарылаған сайын қорытпаның сұйықтай аққыштығы артады. Металл аққыштығы металдың аққыштық шегі деп аталатын кернеумен сипатталады.

Металдардың активтілік қатары

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni,Te, Mo, Sn, Pb, (H2), W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Металл ақша

Толық мақаласы: Металл ақша

Металл ақша – алтын, күміс немесе бейметалл стандарттары кезеңінде асыл металдардан (алтын, күмістен) жасалған ақша белгілері. Олардың атаулы құны мен нақты құны сай келеді. Металл ақша Қазынаны құрайды әрі ақша функциясын атқарады.

Қазіргі кезде мәнетті (шақаны), яғни қағаз ақша белгілерінен өзгеше түрде металдан шекілген ақша белгілерін металл ақша деп атайды. Әдетте, ұсақ мәнет түрінде болады. Сонымен бірге коллекциялық (нумизматикалық) мәнеттер, соның ішінде асыл металдардан шекілген мәнеттер де шығарылады, мұндай мәнеттердің атаулы құнына сәйкес заңды төлемдік күші болады, бірақ олар рынокта нумизмат құны бойынша сатылады.

Асыл металдан шекілген мәнеттер, көбінесе қазына ретінде жиналады, бұл орайда олардың бағасы тайтұяқ алтынның (құйма алтын) бағасына бағдарланады. Мәнет арнаулы кәсіпорында – мәнет сарайында шекіледі. Мәнетті айналысқа шығару туралы шешім елдегі ақша айналысын реттеу шеңберінде қабылданады.

Металл беріктігі

Толық мақаласы: Металл беріктігі

Металл беріктігі – металдардың белгілі бір жағдайлар мен шектерде қандай да бір әсерлерді (түскен жүктемелер, әр түрлі температуралық, магниттік, электрлік, т.б. өрістер, әркелкі кебу немесе ісіну, физикалық-химиялық процестердің дененің әр түрлі бөлігінде әркелкі өтуі, т.б.) бұзылмай қабылдау қасиеті.

Әр түрлі жағдайлар үшін металл беріктігінің критерийлері:

пропорционалдық шегі,
аққыштық шегі, беріктік шегі,
сырғымалық шегі, т.б.

Металл беріктігі бірнеше түрге (теориялық, техникалық, құралымдық, динамикалық, ұзаққа созылатын беріктік) ажыратылады. Металдарды беріктендіру үшін термиялық, химия-термиялық, термомеханикалық, механикалық әдістер қолданылады. Бірліктердің халықаралық жүйесінде (СИ) металл беріктігінің өлшем бірлігі – Н.м/кг.

Металдар коррозиясы

Металдардың басым көпшілігі қоршаған орта (су, ауа) әсерінен жемірілуге (коррозияға) ұшырайды. Металдарды жемірілуден қорғау - қазіргі заманның ең негізгі мәселесі болып отыр. Жемірілуден қорғаудың негізгі әдістері:

лактау, бояумен бояу
Электрохимиялық қорғау
Катодтық, анодтық қорғау
Электр қорғау, т.б.

Металл құралымдар

Толық мақаласы: Металл құралымдар

Металл құралымдар – әр түрлі металдардан (көбінесе болаттардан) жасалған құрылыстық заттар. Металл құралымдардың әрі берік, әрі жеңіл түрлері де болады. Жеңіл алюминий қорытпаларынан жасалған құралымдарды пайдаланудың маңызы зор. Олар жеңіл, коррозияға төзімді, оңай өңделеді әрі әсемдік береді.

Металл құралымдар зауыттарда дайындалады да құрылыс алаңында құрастырылады. Оларды басқадай құрылыс материалдарымен аралас пайдалануға (мысалы, темір-бетон) болады. Металл құралымдар ғимараттар мен басқадай құрылыстарда (мұнара, көпір салу, т.б.) кеңінен пайдаланылады. Пайдалану мақсаттарына қарай олар әр түрлі болып, басым көпшілігі табақ темір түрінде пайдаланылады.^[2]

Металдардың тіршіліктегі маңызы

Жер бетіндегі тіршілік металдарсыз мүмкін емес болар еді. Жасыл өсімдіктерде фотосинтез процесі жүру үшін хлорофилл керек, ал хлорофилдің қалыптасуы үшін магний қажет. Кальций сүйектер мен тістерді мықты және берік қылатын кальций қосылыстарын алуда маңызды рөл атқарады. Ал оттегіні бүкіл ағзаға эритроциттер арқылы тасымалдайтын гемоглобин ақуызын және бұлшықеттерде оттегіні байланыстыратын миоглобин ақуызын өндіру үшін темір қажет. Мыс ұлулар, өрмекшілер және ірі теңіз шаяндарының қанында оттегін тасымалдап, гемоглобин сияқты рөл атқаратын гемоцианин ақуызы үшін қажет. Мырыш ағзамыздағы ферменттердің тиімді жұмыс жасауы үшін қажет, ал кобальт атомдары В12 дәруменінде кездеседі. Молибден мен темір кейбір өсімдіктердің тамыр түйнектерінде атмосферадағы азотты “өңдеуші” бактериялар қолданатын нитрогеназ ферменті үшін маңызды рөл атқарады.

Дереккөздер

↑ Балалар Энциклопедиясы, 6 том.
↑ Химия: Усманова М. Б., Сақариянова Қ. Н. Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық, 2-басылымы, өңделген, толықтырылған. - Алматы: Атамұра, 2009. - 288 бет. ISBN 9965-34-929-0

[1] Балалар Энциклопедиясы, 6 том.

[2] Химия: Усманова М. Б., Сақариянова Қ. Н. Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық, 2-басылымы, өңделген, толықтырылған. - Алматы: Атамұра, 2009. - 288 бет. ISBN 9965-34-929-0

[1]

[2]