Использование алюминия, меди, цинка и железа

Земная кора богата полезными ископаемыми и рудами. Некоторые руды оказались ценным ресурсом для человечества. Например, железо, полученное из железной руды (гематита), заложило основу промышленной революции. Алюминий, с другой стороны, был важным стратегическим ресурсом для авиации во время Первой и Второй мировых войн. Несмотря на это, металлический алюминий продолжает доминировать на рынке благодаря своим уникальным свойствам, а также быстрой и экономичной добыче. Металлы составляют 70% всех встречающихся в природе элементов. В природе металлы встречаются как в свободном, так и в смешанном виде. Обычно химически активные металлы существуют в смешанных состояниях в виде оксидов, сульфидов, карбонатов и т.д. Металлы в центре ряда реакционной способности, такие как цинк, железо и свинец, умеренно реакционноспособны и встречаются в земной коре в виде оксидов, сульфидов, карбонатов и т. д.

Алюминий

Алюминий с атомным номером 13 и символом Al является химическим элементом. Алюминий имеет меньшую плотность, чем большинство распространенных металлов, примерно в три раза меньше плотности стали. При контакте с воздухом создает на поверхности защитный слой оксида из-за высокого сродства к кислороду. Алюминий имитирует серебро по внешнему виду, как по цвету, так и по способности отражать свет. Он податлив, немагнитен и пластичен.

Свойства алюминия

1. Чистый алюминий (99,996%) мягкий и непрочный; технический алюминий (чистота от 99 до 99,6%) со следовыми количествами кремния и железа является твердым и прочным.
2. Алюминий — пластичный и чрезвычайно ковкий металл, из которого можно вытянуть проволоку или свернуть в тонкую фольгу.
3. Плотность металла составляет всего одну треть плотности железа или меди.
4. Несмотря на свою химическую активность, алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря образованию толстой прочной оксидной пленки на его поверхности на воздухе.
5. Алюминий является отличным проводником тепла и электричества.
6. Он имеет примерно половину теплопроводности меди и примерно две трети электропроводности.
7. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической форме.
8. Полностью натуральный алюминий имеет стабильный изотоп под названием алюминий-27.
9. Металлический алюминий, а также его оксид и гидроксид безвредны.

Использование алюминия

1. Алюминий добавляют в умеренных количествах к некоторым металлам для улучшения их свойств для конкретных целей, таких как алюминиевые бронзы и большинство сплавов на основе магния, или значительные количества других металлов и кремния добавляют к алюминию в сплавах на основе алюминия.
2. Металл и его сплавы широко используются в производстве самолетов, строительных материалов, товаров длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонная утварь), электропроводников, химического и пищевого оборудования.
3. Рулоны, банки, фольга и другие упаковочные материалы часто изготавливаются из алюминия в упаковочной промышленности.
4. Он также содержится в многочисленных повседневных товарах, таких как кухонная утварь и часы.
5. Алюминий используется в строительной промышленности для изготовления дверей, окон, кабелей и кровли.
6. Он используется в транспортной отрасли для изготовления велосипедов, космических кораблей, кузовов автомобилей, самолетов и морского оборудования.
7. Многие монеты состоят из сплавов, содержащих алюминий.
8. Алюминий также используется в производстве красок, отражающих поверхностей и проводов.

Медь

Медь имеет атомный номер 29 и химический символ Cu. Это пластичный, мягкий, ковкий металл с хорошей тепло- и электропроводностью. Цвет свежеобнаженной чистой меди розовато-оранжевый.

Свойства меди

1. Медь является одним из самых пластичных металлов, то есть она не очень прочная и твердая.
2. Холодная обработка значительно увеличивает прочность и твердость за счет образования удлиненных кристаллов с такой же гранецентрированной кубической структурой, как у более мягкой отожженной меди.
3. В расплавленной меди кислород, азот, двуокись углерода и двуокись серы растворимы и влияют на механические и электрические свойства затвердевшего металла.
4. По тепло- и электропроводности чистый металл уступает только серебру.
5. Природная медь состоит из двух стабильных изотопов: меди-63 и меди-65.

Использование меди

1. Медь используется в качестве проводника тепла и электричества, строительного материала и компонента различных металлических сплавов, включая стерлинговое серебро в ювелирных изделиях, мельхиор в морском оборудовании и монетах, константан в тензодатчиках и датчиках температуры.
2. Большая часть производимой в мире меди используется в электротехнической промышленности, а остальная часть смешивается с другими металлами для образования сплавов. (С точки зрения технологии гальваническое покрытие также имеет важное значение.)
3. Латуни (медь и цинк), бронзы (медь и олово) и нейзильберы представляют собой важные серии сплавов, в которых медь является основным элементом (медь, цинк и никель, без серебра).
4. Существует множество полезных медных и никелевых сплавов, особенно монель; два металла полностью смешиваются.
5. Медь также имеет значительную последовательность сплавов с алюминием, известных как алюминиевые бронзы.
6. Бериллиевая медь (2% Be) — это уникальный медный сплав, который можно упрочнить путем термической обработки.
7. Медь можно найти в различных металлах для чеканки монет.

Цинк

Цинк — это химический элемент с атомным номером 30 и символом Zn. Цинк является относительно хрупким металлом при нормальной температуре, с серебристо-серым оттенком после удаления окисления. Это первый элемент в группе 12 периодической таблицы (IIB). Цинк в некотором роде химически подобен магнию: оба элемента имеют только одну нормальную степень окисления (+2). Цинк является двадцать четвертым наиболее распространенным элементом в земной коре с пятью стабильными изотопами.

Свойства цинка

1. Цинк — голубовато-белый, глянцевый, диамагнитный металл, хотя большинство товарных марок имеют матовую поверхность.
2. Он имеет гексагональную кристаллическую структуру с искаженной гексагональной плотной упаковкой, при этом каждый атом имеет шесть ближайших соседей в своей плоскости (на 265,9 пм) и еще шесть на большем расстоянии 290,6 пм.

Использование цинка

1. Металлический цинк в основном используется для защиты от коррозии железа и стали, а также для производства латуни и сплавов для литья под давлением.
2. При контакте с воздухом цинк создает непроницаемое покрытие из своего оксида, что делает металл более устойчивым к обычным атмосферным воздействиям, чем железо, и подвержен коррозии с гораздо меньшей скоростью.
3. Кроме того, поскольку цинк окисляется быстрее, чем железо, стальная поверхность защищена, даже если часть ее обнажена через трещины. Для создания цинкового покрытия используется либо горячее цинкование, либо электроцинкование.
4. Поверхность свежеотлитого цинка имеет голубоватый оттенок серебра, который постепенно окисляется на воздухе с образованием сероватого защитного оксидного слоя.
5. Так называемый первоклассный западный сорт (чистота 99,8 %) становится хрупким в холодном состоянии, но при температуре 100°C его можно раскатывать в гибкие листы. Высокочистый цинк (чистота 99,99%) пластичен.
6. Гексагональная плотноупакованная структура цинка кристаллизуется.
7. Когда железо и цинк вместе подвергаются воздействию агрессивной жидкости, они образуют электролитическую ячейку, при этом цинк повреждается преимущественно из-за его более высокого электродного потенциала.
8. Эта так называемая жертвенная защита, наряду со значительно более высокой коррозионной стойкостью цинка в воздушной среде, служит основой для цинкования.

Утюг

Химический символ железа — Fe, а атомный номер — 26. Оно принадлежит к первому переходному ряду и группе 8 периодической таблицы. Это самый распространенный элемент на Земле по массе, уступающий только кислороду (32,1% и 30,1% соответственно), и он составляет большую часть внешнего и внутреннего ядра планеты. Это четвертый по распространенности элемент в земной коре.

Свойства железа

1. Во влажном воздухе ржавеет, а в сухом нет.
2. Легко растворяется в слабых кислотах.
3. Этот металл находится в форме феррита или -форме при комнатной температуре.
4. Он превращается в гамма-железо при температуре около 910°C, которое по своей природе намного мягче.
5. Он имеет температуру плавления 1536°С и температуру кипения 2861°С.
6. Поскольку это металл, он магнитен по своей природе. Быть металлом магнитно по своей природе.

Использование железа

1. Он используется в производстве стали, а также в гражданском строительстве, таком как железобетон, балки и так далее.
2. Легированные стали, такие как углеродистые стали, изготавливаются из железа с добавками, такими как никель, хром, ванадий, вольфрам и марганец.
3. Из них делают мосты, опоры электропередач, велосипедные цепи, режущие инструменты и стволы винтовок.
4. Углерод присутствует в 3–5% чугуна. Он используется в производстве труб, клапанов и насосов.
5. Железные катализаторы используются в процессе Габера для создания аммиака.
6. Из этого металла, а также его сплавов и соединений можно изготавливать магниты.

Концептуальные проблемы

Вопрос 1: Почему железо имеет высокую температуру плавления?

Решение:

To melt or boil a metal, the attraction between metal ions and displaced electrons must be overcome. Because such attraction forces are solid, metals have high melting and boiling points.

Вопрос 2: Каковы свойства железа?

Решение:

Iron is a silver-gray metal that is lustrous, ductile, and malleable (periodic table group VIII). It is known to appear in four unique crystalline forms. The iron rusts in humid conditions but not in dry air. It dissolves quickly in dilute acids.

Вопрос 3: Каковы недостатки цинка?

Решение:

Just as a zinc deficiency can be harmful to one’s health, an excess of zinc can have the opposite impact. The most prevalent cause of zinc poisoning, which can produce both acute and chronic symptoms, is excessive zinc consumption. Nausea and vomiting are symptoms of toxicity.

Вопрос 4: Каково влияние меди на человека?

Решение:

Copper poisoning can cause inflammation of the nose, throat, and eyes, as well as headaches, stomach aches, dizziness, vomiting, and diarrhoea. Excessive copper absorption can harm the liver and kidneys, as well as cause death. Copper’s carcinogenic potential has yet to be determined.

Вопрос 5: Каковы три свойства алюминия?

Решение:

This is owing to its distinct characteristics. It has a low density, is non-toxic, has good thermal conductivity, resists corrosion, and is easy to cast, machine, and shape. It’s also non-magnetic and won’t catch fire. It is the metal with the second highest malleability and the sixth highest ductility.