A fémek olyan elemek csoportja, amelyek egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például az elektromos vezetőképesség, a nagy hőátadás, a pozitív ellenállási együttható, a jellegzetes csillogás és a relatív hajlékonyság. Az ilyen típusú anyagok kémiai vegyületek szempontjából egyszerűek.
Csoportok szerinti besorolás
A fémek az emberiség által történelme során leggyakrabban használt anyagok közé tartoznak. Legtöbbjük a földkéreg középső rétegeiben található, de vannak olyanok is, amelyek mélyen a hegyi üledékekben rejtőznek.
Jelenleg a fémek foglalják el a periódusos rendszer nagy részét (118 elemből 94). A hivatalosan elismert csoportok közül érdemes megemlíteni a következő csoportokat:
1. Lúgos (lítium, kálium, nátrium, francium, cézium, rubídium). Vízzel érintkezve hidroxidokat képeznek.
2. Alkáliföld (kalcium, bárium, stroncium, rádium). Sűrűségben és keménységben különbözik.
3. Fény (alumínium, ólom, cink, gallium, kadmium, ón, higany). Az alacsony sűrűség miatt gyakran használják ötvözetekben.
4. átmeneti (urán,arany, titán, réz, ezüst, nikkel, vas, kob alt, platina, palládium stb.). Változó oxidációs állapotúak.
5. Félfémek (germánium, szilícium, antimon, bór, polónium stb.). Szerkezetükben kristályos kovalens rács található.
6. Aktinidák (amerícium, tórium, aktínium, berkelium, kúrium, fermium stb.).
7. Lantanidok (gadolínium, szamárium, cérium, neodímium, lutécium, lantán, erbium stb.).
Érdemes megjegyezni, hogy vannak fémek a földkéregben és olyanok is, amelyek nincsenek csoportosítva. Ide tartozik a magnézium és a berillium.
Natív vegyületek
A természetben a kristály-kémiai kodifikációnak külön osztálya van. Ezek az elemek magukban foglalják a natív fémeket. Ezek olyan ásványok, amelyek nem kapcsolódnak egymáshoz. A természetes fémek leggyakrabban geológiai folyamatok eredményeként jönnek létre.
45 anyagok kristályos állapotban ismertek a földkéregben. Legtöbbjük rendkívül ritka a természetben, ezért magasak a költségek. Az ilyen elemek aránya mindössze 0,1%. Meg kell jegyezni, hogy ezeknek a fémeknek a megtalálása is munkaigényes és költséges folyamat. Stabil héjú atomok és elektronok használatán alapul.
A natív fémeket nemesnek is nevezik. Jellemzőjük a vegyületek kémiai tehetetlensége és stabilitása. Ide tartozik az arany, palládium, platina, irídium, ezüst, ruténium stb. A réz leggyakrabban a természetben található. A vas natív állapotban főleg a hegyvidéki lerakódásokban van jelen meteoritok formájában. a legtöbbena csoport ritka elemei az ólom, króm, cink, indium és kadmium.
Alapvető funkciók
Normál körülmények között szinte minden fém kemény és ellenálló. Kivétel a francium és a higany, alkálifémek. A csoport minden elemének olvadási hőmérséklete eltérő. Hatósága -39 és +3410 Celsius fok között mozog. A volfrámot tartják a leginkább ellenállónak az olvadásnak. Összetételei csak +3400 C feletti hőmérsékleten veszítik el ellenállásukat. Az ólmot és az ónt meg kell különböztetni a könnyen olvadó fémektől.
Az elemeket sűrűség (könnyű és nehéz) és plaszticitás (kemény és lágy) szerint is felosztják. Minden fémvegyület nagyon jól vezeti az elektromosságot. Ez a tulajdonság az aktív elektronokat tartalmazó kristályrácsok jelenlétének köszönhető. A réz, az ezüst és az alumínium vezetőképessége a legnagyobb, a nátriumnak valamivel alacsonyabb a vezetőképessége. Érdemes megjegyezni a fémek magas termikus tulajdonságait. Az ezüst a legjobb hővezető, a higany a legrosszabb.
Fémek a környezetben
Ezek az elemek leggyakrabban vegyületek és ércek formájában találhatók meg. A természetben a fémek szulfitokat, oxidokat, karbonátokat képeznek. A vegyületek tisztításához először el kell különíteni őket az érc összetételétől. A következő lépés az ötvözés és a végső feldolgozás lesz.
Az ipari kohászatban megkülönböztetik a vas- és nemvasérceket. Előbbiek vasvegyületekre, utóbbiak egyéb fémekre épülnek. A platina, az arany és az ezüst nemesfémnek számít. Legtöbbjük a földkéregben található. azonbankisebb mértékben a tengervíz is kis hányadát teszi ki.
Még az élő szervezetekben is vannak nemes elemek. Egy személy körülbelül 3% fémvegyületet tartalmaz. A szervezet túlnyomórészt nátriumot és kalciumot tartalmaz, amelyek intercelluláris elektrolitként működnek. A magnézium szükséges a központi idegrendszer és az izomtömeg normál működéséhez, a vas jó a vérnek, a réz a májnak.
Fémvegyületek keresése
A legtöbb elem mindenhol a talaj felső rétege alatt található. A földkéregben a leggyakoribb fém az alumínium. Százaléka 8,2%-on belül változik. Nem nehéz megtalálni a leggyakoribb fémet a földkéregben, mivel az ércek formájában fordul elő.
A vas és a kalcium valamivel ritkábban fordul elő a természetben. Arányuk 4,1%. Ezután jön a magnézium és a nátrium - egyenként 2,3%, a kálium - 2,1%. A természetben fennmaradó fémek legfeljebb 0,6% -ot foglalnak el. Figyelemre méltó, hogy a magnézium és a nátrium egyformán bányászható mind a talajban, mind a tengervízben.
A természetben a fémelemek ércek formájában vagy natív állapotban, például réz vagy arany formájában találhatók meg. Vannak olyan anyagok, amelyeket oxidokból és szulfidokból kell előállítani, például hematit, kaolin, magnetit, galéna stb.
Fémgyártás
Az elemek kinyerésének eljárása az ásványok kinyerésére vonatkozik. A fémek megtalálása a természetben ércek formájában a legegyszerűbb és leggyakoribb eljárás az általános iparban. A kereséshezkristályos lerakódásokat, speciális geológiai berendezéseket használnak az anyagok összetételének elemzésére egy adott földterületen. Ritkábban a fémek jelenléte a természetben egy banális külszíni földalatti módszerre redukálódik.
A bányászat után kezdődik a dúsítási szakasz, amikor az érckoncentrátumot elválasztják az eredeti ásványtól. Az elemek megkülönböztetésére nedvesítést, elektromos áramot, kémiai reakciókat, hőkezelést használnak. A fémérc felszabadulása leggyakrabban olvadás, azaz visszanyeréssel járó melegítés eredményeként következik be.
Alumíniumbányászat
A színesfémkohászat részt vesz ebben a folyamatban. A fogyasztás és a termelés tekintetében vezető szerepet tölt be a nehézipar többi ága között. A földkéreg legelterjedtebb fémje nagyon keresett a modern világban. A gyártás tekintetében az alumínium a második az acél után.
Ezt az elemet leginkább a légi közlekedésben, az autóiparban és az elektromos iparban használják. Figyelemre méltó, hogy a földkéreg legelterjedtebb fémje „mesterséges” úton is beszerezhető. Egy ilyen kémiai reakcióhoz bauxitokra van szükség. Alumínium-oxidot képeznek. Ha ezt az anyagot elektromos áram hatására szénelektródákkal és fluorid sóval kombináljuk, akkor a legtisztább alumíniumérchez juthatunk.
Kína a vezető ország ezen alkatrész gyártói között. Évente 18,5 millió tonna fémet olvasztanak ott. Az orosz-svájci UC RUSAL szövetség vezető szerepet tölt be a hasonló alumíniumbányászati minősítésben.
Fémek használata
A csoport minden eleme tartós, vízhatlan és viszonylag hőálló. Ezért olyan gyakoriak a fémek a mindennapi életben. Ma elektromos vezetékek, ellenállások, készülékek és háztartási cikkek készítésére használják őket.
A fémek ideálisak az építkezéshez és a szerszámokhoz. Az építőiparban tiszta és kombinált ötvözeteket használnak. A gépészetben és a repülésben a fő csatlakozások az acél és a keményebb kötések.
