Metale i stopy metali

Metale i ich charakterystyka Metale należą do najważniejszych tworzyw mineralnych. Swoją wysoką użytkowność zawdzięczają głównie odporności mechanicznej. Jednak inne ich cechy fizyczne także mają niemałe znaczenie. Inną ważną cechą metali jest możliwość ich obróbki mechanicznej przez kucie, rozciąganie, walcowanie, polerowanie, toczenie itp. Metale występują w postaci rud, czyli minerałów, które zawierają metale w postaci związanej, na przykład tlenków, soli. Charakterystyka metali: mają stały stan skupienia, wyjątek stanowi rtęć Hg – ciecz; mają barwę srebrzysto-szarą, wyjątek stanowią Cu i Au; charakteryzują się metalicznym połyskiem; przewodzą ciepło i prąd elektryczny; są kowalne i ciągliwe.

Otrzymywanie metali Metale otrzymuje się w reakcjach redukcji w następujących procesach: hutniczym, na przykład Fe, Zn, Pb, Cu – przez redukcję rud za pomocą C lub CO, elektrolitycznym- jest to metoda stosowana do otrzymywania aktywnych metali, takich jak Na, K, Ca, aluminotermicznym, na przykład Cr, Fe- przez redukcję tlenków metali za pomocą sproszkowanego glinu w wysokiej temperaturze, na przykład: temperatura Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3 Przez wypieranie metali mniej aktywnych z ich związków przez metale bardziej aktywne.

Stopy metali Stopy metali to mieszaniny jednorodne metali lub metali z innymi pierwiastkami, w różnych proporcjach, mające lepsze właściwości niż składnik zasadniczy. Z reguły stopy metali mają większą wytrzymałość na ciepło, są odporne na reakcje oraz są twardsze. Zmianie ulegają właściwości magnetyczne i elektryczne. Temperatura topnienia stopu jest zwykle niższa niż tworzących go metali. Do popularnych stopów należą: stal – Fe i C (do 1,5%), mosiądz – Cu i Zn, brąz – Cu i Sn, duraluminium – Al i Cu, Mn, Mg, Si.

Korozja Czynniki przyśpieszające korozję Obecność wilgoci Korozja jest to proces niszczenia metali i ich stopów polegający na niszczeniu mikrostruktury materiału i jego rozpadzie. Zachodzi pod wpływem tlenu zawartego w powietrzu, kwaśnych opadów, wody z opadów atmosferycznych oraz wody rzecznej i morskiej. Czynniki przyśpieszające korozję Obecność wilgoci Obecność elektrolitu, na przykład roztworu soli Gwałtowne zmiany temperatury

Proces korozji H2O O2 H2O O2 H2O O2 Fe3C Fe Fe Fe3C + -

Proces korozji H2O O2 H2O O2 H2O O2 Fe2+ + Fe2+ - Fe3C e- Fe e-

Proces korozji O2 H2O 2H2O O2 O2 4OH- 4e- Fe2+ + Fe3C - e- Fe e-

O2 H2O O2 H2O O2 2OH- Fe(OH)2 Proces korozji Fe2+ + Fe3C - Fe2+ e- Fe

Proces korozji H2O O2 O2 H2O O2 Fe2O3.H2O + Fe3C Fe2+ - e- Fe e-

Sposoby ochrony przed korozją: 1) powlekanie powierzchni metalu szczelnymi powłokami ochronnymi: niemetalicznymi (farby, lakiery, smary, smoła, tworzywo sztuczne) metalicznymi (np. cynk i chrom to metale, które pod wpływem działania czynników korodujących ulegają pasywacji, pokrycie nimi żelaza- metalu o mniejszej aktywności chemicznej- hamuje jego utlenianie; cyna i miedź to metale, których aktywność chemiczna jest mniejsza od aktywności chemicznej żelaza, pokryte nim żelazo nie ulega korozji, dopóki powłoka jest szczelna), 2) uzyskiwanie stopów (mieszanin jednorodnych z metalu z innymi pierwiastkami) odpornych na korozję, na przykład stali nierdzewnej (stopu żelaza), przez wprowadzenie do stali domieszek chromu i niklu, 3) osłabianie agresywności środowiska.

Ciekawostki Pasywacja- niektóre metale, jak chrom i glin, pod wpływem czynników utleniających pasywują. Pasywacja polega na pokrywaniu się cienką warstwą własnego tlenku, który chroni metal przed czynnikami korodującymi. Pasywacja jest pozytywną formą korozji. Ciekawe stopy! Jeżeli wykonalibyśmy łyżeczkę z tzw. stopu Wooda i zamieszalibyśmy nim gorącą herbatę to łyżeczka by „znikła”, a na dnie szklanki została grudka płynnych metali. Stop ten topi bowiem już w temperaturze 66-72°C, składa się z bizmutu, ołowiu, cyny i kadmu.

Opracowała: Marta Wyskiel