Metalai
5 (100%) 1 vote

Metalai

Turinys

Įvadas…………………………………………………………………………………………….3

Kas yra metalai?………………………………………………………………………………4

Metalų lydiniai………………………………………………………………………………..4

Iš metalų istorijos…………………………………………………………………………5

Trumpai apie metalurgiją……………………………………………………………….5

Senovės metalai……………………………………………………………………………5

Viduramžių metalai………………………………………………………………………7

Dažniausiai naudojami metalai…………………………………………………..8

Auksas………………………………………………………………………………………..8

Sidabras………………………………………………………………………………………8

Gyvsidabris………………………………………………………………………………….9

Aliuminis…………………………………………………………………………………….9

Geležis……………………………………………………………………………………….10

Švinas…………………………………………………………………………………………11

Varis…………………………………………………………………………………………..11

Magnis……………………………………………………………………………………….12

Metalų kelias į gyvenimą…………………………………………………….12

Metalų vardai……………………………………………………………………………..13

Metalų tėvynė…………………………………………………………………………….14

Metalų savybės………………………………………………………………….15

Metalų mechaninės savybės…………………………………………………………16

Technologinės metalų savybės…………………………………………………….16

Metalai ir spalvos……………………………………………………………………….17

Gyvybė, sveikata ir metalai……………………………………………………………..17

Nuodai iš metalų……………………………………………………………………………19

Metalų vertė………………………………………………………………………………….20

Metalų ateities prognizės…………………………………………………………………21

Metalų korozija ir antikorozinė apsauga……………………………………………21

Išvados…………………………………………………………………………………………23

Literatūra………………………………………………………………………………………24

Įvadas

Mūsų amžius , kaip jį pavadintume – atomo, chemijos, mokslinės techninės revoliucijos, kibernetikos ar kitaip – faktiškai tebėra… geležies amžiaus tęsinys. Geležies lydinių – ketaus ar plieno – pasaulyje kasmet išlydoma šimtai milijonų tonų. Metalinių gaminių nuolat gausėja buityje ir ūkyje, jie keičia aplinką.

Nors aplink labai daug metalo, bet mes jį pažįstame menkai, todėl jis atrodo pilkas, kasdieniškas ir neįdomus. Iš tikrųjų apie kiekvieną metalą galima papasakoti labai daug, apie kiekvieną iš jų parašyta ir teberašoma disertacijos ir daugybė mokslinių straipsnių. Tik populiarios, plačiajai visuomenei skirtos informacijos apie metalus pasigendame. Daugelis mūsų domisi jais tik tiek, kiek jie būtini kasdieninei veiklai, o platesnės ir gilesnės žinios paliekamos specialistams. Žinoma, tai neteisingas požiūris. Taip, matyt, yra iš dalies todėl, kad mokslas apie metalus nėra pakankamai populiarinamas.

Dėl plačios informacijos apimties išsamiai ir populiariai papasakoti apie metalus beveik neįmanoma, todėl mano referato pagrindinis tikslas – praskaidrinti metalus supančią nuobodžią ir pilką kasdienybę, parodyti jų svarbą mokslui, technikai ir gyvenimui. Pagrindinis referato uždavinys – populiaria forma papasakoti apie metalų istoriją, jų kelią į gyvenimą, išaiškinti metalų pavadinimų kilmę, aprašyti metalų savybes, panaudojimą bei pateikti metalų ateities prognozes.

Kas yra metalai?

Kasdieninėje praktikoje metalais vadiname grynus cheminius elementus ir sudėtingus jų lydinius (kartais metalų lydinius su nemetalais, pavyzdžiui, plienas – geležies anglies lydinys), kuriems būdingos metališkosios savybės: elektros ir šilumos laidumas, plastiškumas, kalumas, kristalinė sandara, lūžio blizgesys, didėjanti elektrinė varža kylant temperatūrai, elektromagnetinių bangų atspindys ir kt. Idealiai grynų metalų nėra. Juose visuomet yra natūralių arba gamybinių priemaišų.
Pagal užterštumą priemaišomis metalai skirstomi: negryni (medžiagoje yra mažiau kaip 99% pagrindinio metalo), techniškai gryni (99-99,9% pagrindinio metalo), chemiškai gryni (99,99-99,999% pagrindinio metalo), ir spektriškai gryni (medžiagoje yra daugiau kaip 99,999% pagrindinio metalo).

Visi metalai ir jų lydiniai sąlyginai skirstomi į juodosius ir spalvotuosius. Juodieji metalai – tai geležis ir lydiniai jos pagrindu: plienas, ketus, ferolydiniai. Jie sudaro 95% visų gaminamų metalų. Spalvotieji – tai visi kiti metalai ir jų lydiniai. Jie skirstomi į lengvuosius, kurių tankis iki 4g/cm3 (magnis, berilis, aliuminis ir kt.), sunkiuosius (nikelis, varis, švinas ir kt.), tauriuosius (auksas, sidabras, platina ir kt.), retuosius sunkiai lydžius metalus (vanadis, molibdenas, volframas ir kt.). Palyginus su juodaisiais, spalvotieji metalai yra labai brangūs, todėl visur, kur tik galima, juos stengiamasi pakeisti juodaisiais metalais arba plastikais. Spalvotieji metalai naudojami daugelyje mašinų bei prietaisų. Jie naudojami gryni arba įeina į daugelio lydinių sudėtį.

Metalų lydiniai

Metalų lydiniai yra medžiagos, gautos sulydžius skirtingus metalus arba metalus su nemetalais. Svarbiausia lydinių savybė yra metalinis ryšys, kuris suteikia metališkųjų savybių. Metalų lydinius galima gauti sukepinant skirtingų metalų supresuotus miltelių mišinius, išpurškiant skystus metalus, panaudojus difuzinius ir kitus procesus. Tokie lydiniai vadinami pseudolydiniais.

Techniškai gryni metalai yra plastiški. Jie laidesni elektrai bei šilumai negu jų lydiniai, tačiau ne tokie stiprūs, mažiau atsparūs dilimui. Metalus legiruojant (sulydant su kitais elementais) gali keistis jų savybės. Cheminiai elementai, iš kurių sudaromi lydiniai, vadinami komponentais. Lydinius sudaro tik tokie komponentai, kuriuos išlydžius gaunami vienalyčiai skystieji tirpalai. Be pagrindinių komponentų lydinyje yra naudingų (gerinančių lydinio savybes) ir žalingų priemaišų, galinčių pabloginti ir mechanines, ir fizines savybes. Todėl neišvengiamų priemaišų kiekį ir metaluose, ir iš jų gaminamuose lydiniuose stengiamasi kiek galima sumažinti. Visiškai pašalinti priemaišas yra per brangu ar net techniškai neįmanoma. Todėl praktikoje naudojami metalai su tam tikru priemaišų kiekiu. Metalų lydiniais vadinami tokie metalai, kuriuose vienų ar kitų komponentų yra daugiau, negu normalių neišvengiamų priemaišų.

Metalų lydinių savybės priklauso nuo trijų faktorių: komponentų savybių, komponentų sudaromo lydinio tipo ir lydinio būvio.

Iš metalų istorijos

Besidomintiems istorija yra aišku, jog visuomenės ir civilizacijos raida, ypač vystymosi šuoliai, glaudžiai susiję su metalų gavyba. Tai liudija metalų vardais pavadintos istorinės epochos bei tuo metu klestėjusių kultūrų palikimas. Nors ir labai svarbus metalų vaidmuo civilizacijos raidai, tačiau apie juos mus pasiekusios žinios yra labai paviršutiniškos, neišsamios. Todėl neatrodytų keista, jei net šiuolaikinis metalų specialistas nežinotų vieno ar kito metalo amžiaus, jo tėvynės, sunkaus ir vingiuoto kelio į gyvenimą arba kitų metalų istorijos klausimų. Taigi, išsamiai aprašyta metalų dabartis ir mažai pateikiama duomenų iš metalų istorijos, kuri iš dalies atsako į rūpimus klausimus: kaip metalų ištekliai naudoti anksčiau, kaip kinta jų sąnaudos dabar ir t.t.

Trumpai apie metalurgiją

Kad pasakojimas apie metalus būtų aiškesnis, reikėtų bent trumpai apžvelgti sąvokas, susijusias su jų gavybą. Žodis metalas (lot. metallum) kilęs iš graikų kalbos žodžio metalon – šachta, rūdynas. Taigi pavadinimas apibūdina ne pačią medžiagą, o jos žaliavų šaltinį. Gr. metallurgio – kasu rūda, apdirbu metalą. Net natūraliomis sąlygomis randamuose aukso, sidabro, platinos, vario, geležies ir kt. grynuoliuose yra įvairių metalų priemaišų (jie nėra gryni). Meteoritinė geležis taip pat nėra gryna – tai geležies ir nikelio lydinys. Taigi tradicinė metalurgija yra ne grynų metalų, o lydinių lydymas. Grynų metalų metalurgija yra nauja tradicinės metalurgijos atšaka, kurioje tradiciniais metodais išlydyti lydiniai sudėtingais būdais ir priemonėmis gryninami, kol gaunami metalai su suskaičiuotais priemaišų atomais. Taip gaunami metalai – superlaidininkai, kosminės ir strateginės technikos metalai. Apie metalurgijos raidą, kaip dabar gaminami plačiausiai technikoje naudojami metalai, žinios labai įdomios, plačios ir gilios.

Senovės metalai

Daugelyje darbų minima populiarioji senovės metalų septyniukė: auksas, sidabras, varis, alavas, švinas, gyvsidabris ir geležis. Pasak mitologijos, visi metalai priklausė Plutonui, valdžiusiam požemio karalystę. Jie taip pat buvo siejami su kosmine planetų energija. Septyniukė, o kodėl ne aštuoniukė arba net devyniukė? Auksas, sidabras, gyvsidabris ir varis gamtoje randami grynuolių pavidalu, todėl žmogui žinomi nuo neatmenamų laikų. Geležį pirmiausia žmogus galėjo aptikti meteorituose. Kad alavas ir švinas gerai
iš rūdų, žinojo jau senovės metalurgai. Daugelis mokslininkų spėlioja, jog jau senovėje buvo žinomi stibis ir platina, nes gamtoje pasitaiko jų grynuolių.

Kada žmogus pradėjo naudoti metalus, rašytinių šaltinių nėra. Iškasenos yra vienintelis ir kuklus senovės metalų kalendorius, todėl ir žinios apie juos yra menkos. Mokslininkai mano, kad ankstyviajame istoriniame periode (gerokai prieš Senovės Graikijos kultūros suklestėjimą) žmogus dar naudojo paplitusias gamtines medžiagas. Įgijęs patirties, senovės žmogus gamtoje paplitusį molį sugebėjo perdirbti į tvirtą keramiką. O po keramikos žmogus labiau pradėjo domėtis ir metalais. Kokį metalą žmogus pradėjo naudoti pirmiausia, vieningos nuomonės nėra. Galima tik spėlioti, kad akiai patrauklius gamtinius darinius iš aukso ar sidabro žmogus galėjo pastebėti pirmiausia. Įrankiams gaminti šie metalai netiko, nes jie labai minkšti ir plastiški, mažai paplitę jų grynuolių. Tačiu tas ir kitas vertingas šių tauriųjų metalų savybes senovės žmogus pastebėjo ir labai meistriškai jas panaudojo. Dar 2600 m. pr. m. e. Tarpupio meistrai pradėjo šiuolaikinio juvelyrinio meno epocha. Jų dirbiniai meniškumu ir techniniu atlikimu prilygsta arba netgi pralenkia šiuolaikinius. Iš to aišku, kad tuometiniai meistrai jau žinojo šių metalų savybes ir juvelyrinių dirbinių gamybos technologiją. Matyt, tai nulėmė juvelyrinių dirbinių iš šių metalų grožis.

Taip pat spėjama, kad visų pirma žmogus pradėjo naudoti varį. Tuomet jo amžius yra apie 10 000 metų. Akmenį jis pakeitė jau VI tūkst. pr. m. e. Vario tėvynė – tai dabartinė Turkija, šiaurės Irakas ir šiaurės vakarų Iranas. Iš vario grynuolių pirmieji primityviai kalti papuošalai datuojami net VIII tūkst. pr. m. e.

Varis akmenį įvairiuose žemės kampeliuose pakeitė ne vienu metu. Vario grynuolių, karštai kaltų ir atkaitintų peilių, ginklų ašmenų, žemės ūkio padargų ir kt. rasta Šiaurės Amerikoje prie Didžiųjų ežerų. Jie pagaminti II-I tūkst. pr. m. e. Pietų Amerikos tikrieji šeimininkai – indėnai – vario epochą sutiko tik prieš 400 metų. Net dabar yra genčių, gyvenančių akmens amžiaus sąlygomis.

Senovės Graikijos vario epocha vėlesnė negu Egipto, o bronzos – atvirkščiai, nes Graikijoje greta vario lydinių buvo ir “alavinio akmens” (alavo rūdu). Jau tada pastebėta, kad varis su “alaviniu akmeniu” lengviau lydosi, įgauna geresnių savybių. Alavinė bronza kur kas kietesnė už varį, mažiau dyla. Išvysčius bronzos metalurgiją, labai sustiprėjo Senovės Graikijos galia ir suklestėjo kultūra, o mums ji paliko neįkainojamus, prieš tūkstančius metų sukurtus istorinius paminklus iš bronzos.

Seniausia žalvario (vario lydinys su cinku) iškasena rasta Palestinoje. Ji datuojama 1500 m. pr. m. e. Dabartinis vario lydinys su 4% cinko – tompakas – visiškai panašus į auksą. Šis žalvaris yra aukso pakaitalas.

Bronza savo vardą gavo nuo nedidelio Italijos uosto Adrijos jūroje Brindizio. Per šį uostą senovės romėnai gabendavo es brintisi – varį iš Brindizio į Europą.

Jeigu vario istorinė epocha tęsėsi apie 2000 metų, tai bronzos tik 1000 metų.

Geležies kelias į gyvenimą buvo nelengvas, nes ją buvo kur kas sunkiau apdoroti negu bronzą. Dar sunkiau išlydyti geležį iš rūdų (iš geležies oksidų arba karbonatų). Todėl tuometinė geležis buvo labai brangi. Afrikos tautelės už svarą geležies duodavusios dešimt svarų aukso. Iš senovės Skandinavijoje rastų kapų taip pat galima spręsti, jog ir čia geležis buvo labai brangi: rastų bronzinių kardų tik ašmenys geležiniai.

Alavas naudotas anksčiau negu pradėta lydyti bronza. Alavinių dirbinių amžius siekia V tūkst. pr. m. e. Meniški alaviniai indai buvo gaminami net iki XVII a. Alavas pradėtas anksti ir plačiai naudoti tikriausiai dėl to, kad jis yra plastiškas, minkštas, sidabriškai baltas. Be to, senovėje alavo rūdų telkinių buvo randama tiesiog žemės paviršiuje. Jau I tūkst. pr. m. e. atsirado rūdų importas ir eksportas. Senovės Indijoje slūgsojo sodrūs alavo rūdynai, o šis metalas buvo vadinamas trapu.

Telkiniai, kuriuose būtų bent 1% alavo, dabar yra retenybė (panašių telkinių neseniai aptikta Lenkijoje). Šiuo metu alavas išgaunamas iš rūdų, kuriose yra bent 0,002 –0,001% alavo. Štai kodėl jau daugiau kaip 50 metų šis metalas labai taupomas. Deja, taupumas nepakankamas.

Alavo vardas (lot. Stannum) kilęs iš sanskrito stan – kietas. Atrodo, kad priešiškesnio šiam minkštam ir labai plastiškam metalui vardo parinkti neįmanoma.

Iš švino (Plumbum) nepagaminsi nei kardo, nei norago, jis labai minkštas, plastiškas ir lydus. Tačiau švinas labai vertingas metalas žmonijai, nors nė vienas istorinis amžius nepavadintas jo vardu. Jau žiloje senovėje švinas vartotas kaip statybinis skiedinys. Tvirtovių, šventyklų ir kitokių senovinių statinių sienų akmenys būdavo surišami tarpus tarp jų užpildant lydytu švinu.

Švino baltasis (bazinis švino karbonatas) buvo žinomas jau prieš 3000 metų. Tai balti milteliai arba kristalai. Jau labai seniai iš švino buvo daromos plombos. Jų ir pavadinimas kilęs iš lotyniško švino pavadinimo. Dabar šioje srityje šviną pakeitė kitos medžiagos.

Gyvsidabris yra senovinis nesenstantis
normaliomis sąlygomis skystas metalas. Yra sunkiausias iš žemėje žinomų skysčių. Nors gyvsidabrio tiek išvaizda, tiek savybės yra kaip metalų, bet tik po ilgų dvejonių 1759 m. jis buvo priskirtas metalams.

Senovės Egipte gyvsidabris ir jo pagrindinis mineralas cinoberis buvo žinomi jau III a. pr. m. e., o Indijoje – II-I a. pr. m. e. Senovėje amalgavimu iš rūdų buvo išgaunamas auksas. Šis būdas taikomas ir dabar. Viduramžių alchemikams gyvsidabris buvo vienu iš daugelio klaidų šaltinių. Jie teigė, kad visi metalai kilę iš jo paveikti su Aristotelio elementais: ugnimi, oru, vandeniu arba žeme.

Cinko istorija iš dalies aptarta kalbant apie varį. Spėjama, kad jau žiloje senovėje į vario rūdą buvo dedama cinko rūdos, variui šviesinti.

Kada pirmą kartą gautas grynas cinkas, tiksliai nenustatyta. Nedideliais kiekiais jis buvo gabenamas iš Rytų. Cinko metalurgijos pradžia buvo labai sunki. Tik po daug mėginimų 1743 m. Bristolyje pastatyta pirmoji cinko metalurgijos gamykla, lydžiusi juodcinkį (cinką su kitų metalų priemaišomis).

Viduramžių metalai

Ieškota, ko nėra, rasta, ko nelaukta. Viduramžius senovė pasitiko tik su senovės metalų septyniuke. Iš neregėto prietaringumo, painių klaidų ir atkaklaus darbo dirvos pradėta žengti sunkiu ir vingiuotu keliu prie mūsų laikų mokslo slenksčio. Viduramžių chemijos mokslą net iki XVI a. užgožė alchemija. Lot. alchemia kilusi iš arabiško žodžio al-kimiya – tyrinėjimai; jų tikslas – paprstus metalus paversti auksu, naudojant nesamą filosofinį akmenį.

Į klaidingą kelią alchemikus pastūmėjo tai, kad nebuvo mokslinės bazės ir programos. Tačiau ir klysdami, patys to nesitikėdami, į mokslą ir gamybą jie įnešė nemažą indėlį. Jų nuopelnas yra tas, kad senovės metalus papildė naujai atrastais: arsenu, stibiu, bismutu, cinku ir vėliau – nikeliu ir kobaltu. Vėliau jų tyrinėjimų rezultatai buvo apibendrinti to meto veikaluose apie metalus ir davė neabejotinos naudos tiek mokslui, tiek praktikai. Kalnakasyba, metalurgija ir metalų apdirbimas sparčiai plėtojosi. Augant metalų gavybai, reikėjo labai daug bandymų rūdų sudėčiai ir metalų savybėms nustatyti.

Greta kuriamų mokslinių medžiagotyros pradų atsirado ir pseudomokslinių. Viduramžių alchemikai klydo, siedami metalus su planetomis: auksas – Saulė, sidabras – Mėnulis, gyvsidabris – Merkurijus, varis – Venera, geležis – Marsas, alavas – Jupiteris, švinas – Saturnas, o cinkui, bismutui, stibiui ir arsenui pritrūko planetų.

Alchemija sudarė evoliucinę metalų grandinę, kurios apačioje – geležis, toliau varis, švinas, alavas, sidabras, o pačiame viršuje – auksas. Tradiciškai metalams buvo priskiriamos antgamtinės savybės, iš jų daromi amuletai, papuošalai, ginklai, pinigai ir t.t.

Dažniausiai naudojami metalai

Bet kuris metalinis daiktas pritraukia dėmesį, net jei tai tik bronzinė stalčiaus rankenėlė ar kukli žvakidė. Ar reikalinga šiandien kalvio profesija? Ar gražu metaliniai daiktai interjere? Koks metalas reikalingiausias ir naudingiausias?

Auksas

Auksas – Au (lot. Aurum), periodinės elementų sistemos I grupės cheminis elementas, grynuolių klasės mineralas. Tai ryškus, geltonas (įvairių atspalvių dėl priemaišų), taurusis metalas, yra minkštas, tąsus ir kalus, dažniausiai randamas dendritų,grūdelių, žvynelių, plokštelių, dulkių pavidalu. Kaip ir visi taurieji metalai, auksas atsparus oro, rūgščių ir šarmų veikimui. Jį tirpina tik karališkasis vanduo (koncentruotų azoto ir druskos rūgščių mišinys).

Lydiniai. Aukso-sidabro lydiniai yra minkšti, plastiški, lengvai apdirbami mechaniškai. Aukso-vario lydiniai ne tokie plastiški, kietesni ir trapesni už gryną auksą. Lydiniai su platina, geležimi, cinku, indžiu yra atsparūs dilimui, gerai liejami ir apdirbami mechaniškai. Naudojami ir lydiniai su porcelianu.

Radimo vietos. Aukso yra Australijoje, Brazilijoje, Indonezijoje, JAV (Kalifornijos, Aliskos valstijos), Kanadoje, Kinijoje, PAR( didžiausias pasaulyje Witawatersando aukso telkimiai), Rusijoje. Didžiausias rastas aukso luitas – Holtermano plokštė (Australija, 1872) – 214,326 kg (gryno aukso jame 85,05 kg).

Panaudojimas. Auksas ir jo lydiniai naudojami monetų ir juvelyrinių dirbinių, medalių, dantų protezų, chem. aparatūros gamybai. Radiotechnikoje ir elektronikoje naudojami auksu padengti laidai ir kontaktai, izotopu 198Au gydomos vėžinės ligos. Aukso-sidabro-paladžio-platinos lydiniai naudojami kosminėje technikoje, miniatiūrinių elektroninių radijo lempų gamyboje.

Įdomybės. Auksas – Saulės pagimdyta medžiaga, susijusi su Apolonu, raudona spalva, pradžių pradžia. Alchemija sudarė evoliucinę metalų grandinę, kurios apačioje – geležis, o pačiame viršuje – auksas. Šis metalas suteikia energijos, neša sėkmę brandiems žmonėms. Jis gali būti kenksmingas dar bręstančiam, jaunam organizmui. Vaikai ir paaugliai dėl šio metalo gali jausti nuovargį ir įtampą. Auksas padeda atsipalaiduoti nuo pervargimo, depresijos; suteikia protui aiškumo,
padeda priimti sprendimus. Manoma, kad iš karto į kartą perduodami auksiniai papuošalai turi didelę energijos galią. Su jais nevertėtų skirtis.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2729 žodžiai iš 8964 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.