отличия, состав, что лучше, характеристики

Вопрос о том, как отличить бронзу от латуни, неслучайно интересует многих, ведь изделия из этих медных сплавов очень похожи внешне. Между тем, решив использовать изделия из таких материалов для определенной цели, следует разграничивать два этих металла, так как они имеют серьезные отличия по многим параметрам.

Эти бюсты очень похожи, но они сделаны из различных медных сплавов

Что собой представляют бронза и латунь

Бронза и латунь – сплавы, основу которых составляет медь. Более того, отдельные марки таких сплавов очень похожи по своему цвету, но при этом их характеристики могут иметь серьезные отличия. Для того чтобы хорошо ориентироваться в вопросе о том, в каких случаях использовать латунь, а в каких – бронзу, необходимо более подробно познакомиться с их свойствами и химическим составом.

Химический состав простых латуней

Химический состав оловянных бронз (нажмите для увеличения)

Такой материал, как бронза, используется человечеством уже на протяжении нескольких тысячелетий, и его популярность не становится меньше. Изначально человек научился производить бронзовые сплавы, основу химического состава которых составляют медь и олово. Позднее с развитием металлургической промышленности начали производить бронзы, в которых олово было заменено на другие химические элементы – алюминий, свинец, железо, кремний, бериллий, фосфор и др. Бронзы первого типа стали называть оловянными (часто их именуют колокольными, потому что раньше из них изготавливали колокола), а второго – безоловянными. Изменение химического состава бронзы приводит к изменению не только ее характеристик, но и цвета.

Латунь также является медным сплавом, но основной легирующий элемент в ней – цинк. В химическом составе различных марок латуни могут присутствовать такие элементы, как никель, свинец, железо, олово, марганец и др., но их содержание является незначительным и необходимо только для того, чтобы придать готовому сплаву определенные характеристики. Известно, что производить латунь умели еще древние римляне, которые получали ее, смешивая расплавленную медь и цинковую руду. Более эффективную технологию производства, которая предполагает смешивание расплавленной меди и чистого цинка, разработали в Англии, и произошло это в 1781 году.

Физические свойства простых латуней (нажмите для увеличения)

Физические свойства оловянных бронз (нажмите для увеличения)

Долгое время латунь, которая отличается красивым светло-золотистым цветом, использовалась для изготовления декоративных изделий, в том числе и тех, которые выдавались за золотые. Однако производственники не могли не обратить внимание на другие, не менее значимые характеристики данного сплава, к которым относятся высокая коррозионная стойкость и устойчивость к истиранию, пластичность, сочетаемая с достаточно высокой твердостью и прочностью.

Именно поэтому латунь, которая также отличается и хорошими литейными свойствами, стали активно применять не только в декоративных целях, но и для изготовления изделий, успешно используемых в различных отраслях промышленности.

Сравнительные характеристики

Основу бронзы и латуни, как сказано выше, составляет один и тот же металл – медь. Разница между данными сплавами заключается в их химическом составе и, соответственно, в характеристиках, которыми они обладают. Естественно, что отличия между этими медными сплавами определяют и сферы их применения.

Из-за того, что бронза является более прочным и долговечным материалом, если сравнивать ее с латунью, из данного материала издревле изготавливают колокола, скульптурные композиции, элементы ограждений, ландшафтных и интерьерных конструкций. Немаловажным является и то, что многие марки данного сплава характеризуются хорошей текучестью в расплавленном состоянии. Это позволяет отливать из них изделия даже очень сложной конфигурации. Добавляя в химический состав бронзы различные химические элементы, можно изменять ее цвет в достаточно широком диапазоне, что также имеет большое значение при производстве изделий декоративного назначения.

Это кольцо от часов, судя по цвету, скорее желтая латунь (бронза была бы краснее). На поверхности легко остаются царапины – тоже признак латуни

Латунь отличается от бронзы более высокой пластичностью и, соответственно, меньшей прочностью и износостойкостью, что ограничивает использование этого сплава во многих сферах. Кроме того, латунь менее устойчива к воздействию агрессивных сред, в частности соленой морской воды, что не позволяет использовать латунные изделия в судостроительном производстве, где бронза применяется очень активно и успешно.

Существует также заметная разница в цвете данных сплавов и в их внутренней структуре. Любой опытный специалист может рассказать, как отличить латунь от бронзы: для этого достаточно взглянуть на излом изделий из этих сплавов. Латунь на изломе имеет более светлый цвет и явно выраженную мелкозернистую структуру, в то время как бронзу легко определить по темно-коричневому цвету излома и крупнозернистой внутренней структуре.

Излом бронзовой муфты

Резюмируя все вышесказанное, можно выделить следующие отличия латуни и бронзы.

1. Основным легирующим элементом в бронзе является олово, а в латуни – цинк. При этом оба сплава созданы на базе одного металла – меди.
2. Бронза (даже с классическим химическим составом) отлично противостоит воздействию агрессивных сред, в частности соленой морской воды. Для того чтобы коррозионная устойчивость латуни стала лучше, в такой сплав необходимо вводить дополнительные легирующие элементы.
3. Прочностные и антифрикционные характеристики бронзы также лучше, чем у латуни. Такие качества значительно расширяют сферу применения бронзовых сплавов, из которых изготавливаются не только прочные и долговечные декоративные элементы, но и ответственные детали для использования в различных отраслях промышленности. Латунь чаще применяется для производства биметаллических элементов («сталь – латунь»), демонстрирующих высокую устойчивость к образованию и развитию коррозионных процессов.
4. Бронзовые изделия имеют на изломе темно-коричневый цвет и крупное зерно, а латунные – желто-золотистый и мелкозернистую структуру. Такая разница в цвете и внутренней структуре позволяет легко определить, из какого сплава изготовлено изделие.
5. Бронза, как и латунь, хотя их основу составляет такой металл, как медь, подразделяются на совершенно разные категории. Так, бронза может быть оловянной или безоловянной, в то время как латунь бывает двух- или многокомпонентной.

Сравнение свойств латуни и бронзы

Бронзу и латунь, температура плавления которых ниже, чем у меди, можно использовать для изготовления различных изделий в домашних условиях. Однако для этого, естественно, необходимо запастись соответствующим оборудованием и хорошо изучить технологию и правила выполнения такой технологической операции, как литье.

И в заключение пара видео о термической обработке бронзы в домашних условиях.

Оценка статьи:

Поделиться с друзьями:

Медь и ее сплавы с оловом, цинком, алюминием, никелем, серебром, железом, свинцом

Минерал меди

Металл, имеющий розовато-красный цвет и температуру плавления – 1083 °С, называется медью. Для этого химического элемента не свойственно содержать полиморфные соединения. Его кристаллизация происходит в гранецентрированной решетке. Влага и углекислый газ оказывает медленное воздействие, вещество обретает зеленый цвет после покрытия пленкой. Этот налет служит в качестве защиты для меди от коррозии.

Где используется медь и ее сплавы? В технике при низких температурах медь и ее сплавы выступают в качестве традиционных материалов. Также, как и для серебра, химического элемента, существенно иметь высокие механические свойства и теплопроводность, обладать коррозийной стойкостью.

Механические и технологические свойства такого элемента, как сплавы на основе меди нарушаются под влиянием вредных примесей таких, как серы и кислорода, висмута и свинца.

Основные технологические процессы получения металла:

1. Для обогащения руды используют метод флотации, при помощи которой соединения меди и пустой породы проходят смачивание. Отдельно подготавливается суспензия с флотационным агентом и соединяется с размельченной рудой. В качестве флотационного агента можно использовать пихтовое масло, благодаря которому на поверхности рудных частичек образуется пленка. На поверхности руды собираются пузырьки, они появляются от продувки воздухом, затем образуется пена. На дно опускается пустая порода, не прошедшая смачивания маслом. До 30% меди находится в собранной и высушенной пене – концентрате.

Подробнее о методе флотации

2. Сернистый газ получается в результате обжига концентрата. Таким образом, получается обожженный медный концентрат и серная кислота, без содержания алюминия. Затем в отражательных печах получается медный штейн, ингредиент, в состав которого входит сульфид железа и медь.

Заливка штейна в конвертер

3. Для продувки штейна предусмотрены конвертеры с кислородом, в них получается черновая медь. У такого ингредиента содержится 1,5% примеси без серебра и алюминия. Во время продувки участвует кварцевый песок, окись железа образуется благодаря переходящим сульфидам, после этого образуется шлак. Серная кислота получается благодаря поступлению сернистого газа.

4. Черновая медь очищается при помощи огневого или электролитического метода. Деревянные жерди используются при огневом способе, а затем происходит пропускание воздуха. Примеси выводятся благодаря окислению жердей кислородом воздуха. Электролитический метод включает в себя установление меди в качестве анода, а медные листы служат в виде катода. Анод начинается растворяться, когда проходит ток, при этом на дне происходит оседание меди на катоде. Изделия из меди и серебра, имеющие вес 60-90 кг можно получить в течение 10 дней. В это время дно ванны наполняется шламом – осадком примеси. Чаще всего шлам состоит из серебра – 35%, золота – 1% и селена – 6%, без железа и свинца, а вот алюминия здесь не обнаружено.

Сплавы химического элемента – меди

Латунь

На основе меди получается двойной или многокомпонентный сплав – латунь, мягче и легче стали. В ней легирует главный ингредиент – цинк. В отличие от меди у металла больше прочности, устойчивости перед коррозиями, а также лучшая обрабатываемость, как у железа и стали. Химический элемент, как алюминий с легкостью можно разрезать, или разлить. Цинк в латуни содержится до 45%, а вот серебра и железа нет. Чем больше металл находится в составе, тем становится менее прочным. Сплавы на основе меди не содержат легирующие ингредиенты больше 7-9%.

Технологический признак металла состоит из литейных и деформируемых веществ. Из этих элементов изготавливают фасонные отливки, они выглядят в форме чушки.

Изделия из латуни

Из деформируемых латуней делают простые элементы. Проволока, прутки, полосы, ленты, трубы, листы, и другие прокатные, а также прессованные изделия считаются полуфабрикатами латуни, напоминающие изделия из алюминия. В общем, и химическом машиностроении металл, так как и бронза широко используется.

Немного о бронзе

Бронза

Бронза — это сплав меди, в который добавляется олово, марганец, алюминий, свинец, кремний, бериллий, чего нет в стали. Бронза, наподобие серебра, она устойчивая перед коррозией, у нее высокие антифрикционные и хорошие литейные свойства, её легко можно обработать резанием. Чтобы улучшить механические характеристики, а также придать особые свойства металлу — бронза, для легирования используют никель, железо, цинк, титан, фосфор.

Химический состав и механические свойства некоторых бронз

Если к химическому элементу добавить марганец, у элемента появится устойчивость к коррозии, при добавлении никеля, бронза становится пластичней. Чтобы изделие сделать прочным, наподобие стали, рекомендуется добавить немного железа. Улучшит литейные свойства элемента цинк. С помощью свинца, бронза станет более обрабатываемая.

Сплав – никель и медь

Медноникелевым сплавом называется соединение, в котором основой является медь, а легирующий элемент – это никель, алюминия и свинца не обнаружено. В основном используют электротехническими и конструкционными сплавами.

Соединение, состоящее из меди, никеля и алюминия принято называть куниали. Его основными элементами является никель – 6-13%, немного алюминия – 1,5-3%, все остальное занимает медь. В отличие от серебра, это изделие проходит термическую обработку. Из металла изготавливают детали, имеющие повышенную прочность, к ним относятся электротехнические изделия, а также пружины, как изготавливают из стали.

Изделие, которое представляет собой сплав меди с цинком и никелем носит необычное название – нейзильбер. В его составе содержится никель – 15%, цинк – 20%, весь остальной состав принадлежит меди, и нет свинца. Металл, в отличие от стали, обладает приятным белым цветом, который приближен к окраске серебра. Химический элемент, как и бронза, хорошо выдерживает атмосферную коррозию, он служит неотъемлемой частью приборостроения, а также при производстве часов.

Нейзильбер часто используется как конструкционный материал

Металлы, содержащие медь с никелем в небольшом количестве и марганец, не превышающий 1%, называются мельхиорами. У этих изделий, как и у стали, повышена устойчивость перед коррозией, на них не оказывает влияние морская вода. Металлы чаще всего применяют при изготовлении теплообменных аппаратов, из них делают чеканные и штамповые изделия.

Для изготовления термопар пользуются специальным термоэлектродным сплавом, который называется – копелем. В состав химического элемента входит никель с медью и составляет 43%, а также марганец, в количестве 0,5%.

Марганцовистая бронза — манганин

Сплав, у которого есть высокое удельное электрическое сопротивление, носит название – манганин. Это изделие состоит из марганца, который составляет 12% и меди с никелем, на них отводится 3%, серебра и железа не обнаружено. При изготовлении электронагревательных приборов в отличие от алюминия и стали, медь и бронза используется чаще.

Важным преимуществом такого металла, как медь и бронза является то, что ее применяют в электротехнической промышленности. Металл широко используют при изготовлении электрических проводов. Чем чище химическое изделие, тем высоко его преимущество. Проводимость электричества упадет на 10%, если в меди будет обнаружено 0,02% алюминия.

В определенной области производства изделия из меди, стали и серебра считаются лучшим материалом. Механические детали производственного оборудования не могут быть изготовлены из другого металла, алюминия или железа. Кроме меди и стали в современном мире высоко ценится бронза. А вот сплав меди с оловом считается прочным металлом, в котором сохранена пластичность.

Видео: Добыча Меди

Является ли латунь составом, элементом или смесью? — Мастер температуры

Temperature Master является партнером Amazon. Как партнер Amazon, мы зарабатываем на соответствующих покупках. Мы также можем получать комиссионные, если вы покупаете товары у других розничных продавцов после перехода по ссылке на нашем сайте.

При большом количестве металлов, относящихся ко всем трем категориям, может быть трудно отследить, является ли металл составом, элементом или смесью. В частности, латунь часто путают с медью или бронзой, что затрудняет расшифровку этого конкретного металла.

Латунь представляет собой смесь меди и цинка. Смеси возникают, когда два металла соединяются, чтобы образовать третий металл. В этом случае медь и цинк образуют латунь. Поскольку латунь не соответствует требованиям для соединения или элемента, металл представляет собой смесь.

В оставшейся части статьи мы углубимся в то, что делает латунь смесью, а не элементом или составом, исследуя различия и сходства между этими тремя категориями. Я также раскрою, чем латунь отличается от других подобных металлических смесей.

Отнесение латуни к смеси имеет значение, потому что это основная причина, по которой латунь является недорогой альтернативой аналогичным, но гораздо более дорогим металлам, таким как медь или золото. Но что делает этот экономичный выбор смесью вместо чего-либо еще?

Проще говоря, химики классифицируют смесь как нечто, возникающее, когда два элемента объединяются, чтобы образовать что-то еще. Чтобы понять, какое место занимает латунь в этой конкретной группе, важно понимать разницу между элементом, составом и смесью.

Даже металлы, которые могут показаться похожими, такие как латунь и медь, могут сильно различаться в зависимости от того, к какой классификации они принадлежат. Например, золото — это элемент, а пирит, также известный как золото дураков, — это соединение.

Категория металла, например латунь, зависит от многих факторов, таких как вещества, из которых изготовлен металл, и возможность изменения процентного содержания веществ в нем.

Согласно отчету об элементах, опубликованному Университетом Иллинойса, «элементы — это чистые вещества», то есть они не сделаны из какого-либо другого типа вещества.Элементы состоят из своих собственных индивидуальных атомов, что делает все элементы полностью уникальными.

Всего 100 элементов, но их можно комбинировать, чтобы образовать почти безграничное количество уникальных соединений и смесей, составляющих наш повседневный мир. Латунь — лишь один из примеров того, что может произойти, когда два или более элемента смешиваются вместе.

Примеры металлических элементов, кроме меди и цинка:

Поскольку смеси состоят из нескольких объединенных элементов, их можно разбить на более мелкие части, в отличие от элементов.

Латунь при разложении разделяется на цинк и медь. Следовательно, поскольку латунь не является самостоятельным веществом, ее нельзя рассматривать как элемент.

Чтобы увидеть, как цинк и медь объединяются в латунь, посмотрите это увлекательное видео:

Посмотрите ускоренный курс Хэнка Грина по Периодической таблице, если вы хотите узнать больше об элементах и ​​Периодической таблице:

Подобно смесям, соединения состоят из более чем одного элемента, смешанного вместе.Однако соединения состоят из элементов, которые соединены химически, а смеси — физически.

Кроме того, для существования соединения должны иметь равный процент обоих элементов.

Исследовательская лаборатория Боднера в Университете Пердью объясняет, что вода, например, представляет собой соединение, потому что она всегда состоит ровно из 88,8% кислорода и 11,2% водорода. Перекись водорода, как еще один пример соединения, состоит из 94,07% кислорода и 5,93% водорода.

И вода, и перекись водорода состоят из водорода и кислорода, но определенный процент в каждом из них делает их совершенно разными веществами. С другой стороны, латунь может существовать даже при больших колебаниях процентного содержания цинка и меди.

Латунь, следовательно, не может считаться составом. Процент цинка может быть чрезвычайно низким или высоким по сравнению с процентным содержанием меди, но пока они объединены, они все равно будут объединяться в латунь.

Кроме того, есть еще одно ключевое различие между смесями и компаундами. Хотя смеси можно легко разделить, соединение необходимо полностью разрушить, чтобы разбить на более мелкие части. Латунь было бы намного легче разделить на цинк и медь, чем воду — на водород и кислород.

Кроме того, смеси фактически могут состоять из соединений, в то время как соединения не могут состоять из смесей.

По сути, латунь не может быть составной, потому что:

• Латунь может быть изготовлена ​​практически из любого процентного содержания цинка и меди
• Латунь легко ломается

Смеси, в отличие от смесей, создаются путем физического объединения двух или более веществ.

Публикация Элмхерст-колледжа объясняет еще одно важное отличие. Смеси могут состоять из двух или более веществ, будь то соединения или элементы. Латунь, конечно, состоит из двух чистых элементов — цинка и меди, но существуют и другие смеси, состоящие из соединений.

Другими примерами металлов, которые являются смесями, являются:

• Бронза
• Сталь
• Серебро 925 пробы
• Розовое золото

Может показаться очевидным, что никакие две смеси не могут быть одинаковыми, но латунь настолько похожа на другие смеси, что ее часто можно спутать с разными металлами.

Когда две смеси кажутся похожими, обычно это происходит потому, что они имеют общее вещество, но то, что у них нет общего, делает их уникальными.

Латунь часто путают с подобной смесью: бронзой. Оба металла имеют золотые цвета, но бронза имеет гораздо более тусклый оттенок, а латунь имеет тенденцию быть яркой и блестящей.

Причина, по которой латунь и бронза так похожи, заключается в том, что они представляют собой смесь цинка.Единственная разница в том, что латунь изготавливается из цинка и меди, а бронза — это результат соединения цинка с оловом.

Хотя бронза и латунь поразительно похожи, они являются доказательством того, что для того, чтобы существовать, смеси должны быть сделаны из определенного набора элементов. Хотя оба металла сделаны из цинка, кажущаяся незначительная разница между оловом и медью — это разница между двумя совершенно разными металлами.

Тем не менее, хотя нет двух абсолютно одинаковых смесей, все они сделаны путем объединения двух или более элементов или соединений, и все они могут быть разбиты на более мелкие части.Это, в простейшем случае, то, что отличает смеси от соединений и элементов.

Посмотрите полезное видео профессора Дэйва Объяснения «Типы материи: элементы, соединения и смеси» на YouTube, чтобы более подробно рассмотреть три основные категории:

Латунь классифицируется как смесь, потому что:

• Состоит из двух элементов
• Может быть изготовлен из любого процентного соотношения этих элементов
• Его можно разбить на два элемента и не является самостоятельной сущностью

Однако латунь отличается от других смесей, таких как бронза или розовое золото, тем, что состоит именно из цинка и меди.Нет другой возможной комбинации элементов, из которой можно произвести латунь.

Хотя отслеживание различных типов металлов может сбивать с толку, небольшое исследование может помочь различить их в кратчайшие сроки. Несмотря на то, что металл может выглядеть как элемент (медь) и иметь те же характеристики, что и соединения, поскольку он состоит из двух элементов в любом процентном соотношении, которые физически объединены, можно с уверенностью заключить, что латунь представляет собой смесь.

Железо, кобальт, медь, никель и цинк

Цель обучения

• Вспомните характеристики кобальта, меди, никеля и цинка в их элементарных состояниях и в сочетании в сплавах.

Ключевые моменты

• Медь является наиболее часто используемым в чеканке металлом из-за ее электрических свойств, большого количества (в отличие от серебра и золота) и привлекательности ее сплавов — латуни и бронзы.
• Цинк используется в сплавах с медью для создания более твердого металла, известного как латунь.
• При гальванике цинк покрывает железо путем окисления, образуя защитный слой оксида цинка (ZnO), который защищает железо от ржавчины.
• Кобальт и никель — микроэлементы со свойствами, близкими к железу.

Условия

• бронза — природный или искусственный сплав меди, обычно с оловом, но также с одним или несколькими другими металлами.
• латунь Металлический сплав меди и цинка, используемый во многих промышленных и сантехнических приложениях.
• медь Красновато-коричневый, податливый, пластичный металлический элемент с высокой электрической и теплопроводностью. Его символ — Cu, а его атомный номер — 29.

Медь

Медь является членом семейства металлов, известных как «чеканные металлы», в которое входят медь, серебро, золото и рентгений.Из-за своей мягкости из металла для чеканки легко превращаются в монеты. Их сравнительная редкость и привлекательность, а также их устойчивость к коррозии делают их компактными хранилищами богатства. Однако чистая медь слишком мягкая, чтобы иметь структурную ценность, а медные сплавы с цинком и оловом позволяют образовывать более твердые латуни и бронзы. Латунь и бронза были важными компонентами самых ранних металлических инструментов.

Медь является наиболее широко используемым металлом для чеканки монет из-за ее электрических свойств, ее большого количества (по сравнению с серебром и золотом), а также свойств ее латуни и бронзовых сплавов. Пока алюминий не стал обычным явлением, медь по производству металлов занимала второе место после железа. Медь легко идентифицировать по красноватому цвету.

Медь окисляется с некоторыми трудностями до состояния +1 в галогенидах и оксиде и до состояния +2 в солях, таких как сульфат меди CuSO ₄ .Растворимые соединения меди легко идентифицировать по их характерному сине-зеленому цвету.

Цинк

Семейство цинков состоит из цинка, кадмия, ртути и коперника. Цинк и кадмий — мягкие металлы, которые легко окисляются до степени окисления +2. Ни один из этих двух металлов не кажется несоединенным в природе. Цинк используется в сплавах с медью для создания более твердого металла, известного как латунь. При гальванике цинк покрывает железо путем окисления, образуя защитный слой оксида цинка (ZnO), который защищает железо от окисления.Оксид цинка намного безопаснее оксида свинца, и его часто используют в белой краске. С 1982 года цинк был основным металлом, используемым в американских монетах. Теперь он используется в новых органных трубах.

Цинк является важным микроэлементом для живых существ и обладает некоторыми бактерицидными свойствами, но в больших количествах может быть токсичным. Цинковые монеты нельзя глотать.

Железо, кобальт и никель

Железо, кобальт и никель являются довольно хорошими восстановителями, поэтому они редко бывают несвязанными в природе. Железо — один из самых распространенных элементов во Вселенной. Несвязанное железо, кобальт и никель можно найти в метеоритах.

Сама Земля имеет горячее плотное ядро, состоящее в основном из железа и никеля. При температурах, характерных для ядра Земли, железо и никель образуют гигантский природный магнит, который создает магнитное поле Земли. Это магнитное поле блокирует опасное излучение, которое может убить жизнь на Земле.

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

сплавов | Безграничная химия

Сплавы

Сплав — это смесь или металлический твердый раствор, состоящий из двух или более элементов.

Цели обучения

Дайте определение термину сплав.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Сплав — это смесь или металлический твердый раствор, состоящий из двух или более элементов.
• Свойства сплава обычно отличаются от свойств составляющих его элементов.
• Состав сплава обычно измеряется по массе.
• В отличие от чистых металлов, большинство сплавов не имеют единой точки плавления; скорее, у них есть диапазон плавления, в котором вещество представляет собой смесь твердого вещества и жидкости.

Ключевые термины

• амальгама : сплав, содержащий ртуть
• Микроструктура : тонкая структура чистого металла или сплава, обнаруженная при увеличении в 25 или более раз
• рацемическая смесь : смесь, содержащая равные количества лево- и правосторонних энантиомеров хиральной молекулы
• смесь эвтектическая : смесь веществ с температурой плавления ниже, чем у любого из ее компонентов

Сплав — это смесь или твердый металлический раствор, состоящий из двух или более элементов.Примеры сплавов включают такие материалы, как латунь, олово, фосфористая бронза, амальгама и сталь. Полные сплавы твердых растворов дают единственную твердофазную микроструктуру. Частичные растворы дают две или более фаз, которые могут быть или не могут быть однородными по распределению, в зависимости от термической истории. Свойства сплава обычно отличаются от свойств составляющих его элементов.

Примеры сплавов включают такие материалы, как латунь, олово, фосфористая бронза, амальгама и сталь. Полные сплавы твердых растворов дают единственную твердофазную микроструктуру.Частичные растворы дают две или более фаз, которые могут быть или не могут быть однородными по распределению, в зависимости от термической истории. Свойства сплава обычно отличаются от свойств составляющих его элементов.

Сталь : Сталь — это сплав, основным компонентом которого является железо.

Состав сплава обычно измеряется по массе. Сплав обычно классифицируется как замещающий или внедренный, в зависимости от его атомного расположения. В сплаве замещения атомы каждого элемента могут занимать те же позиции, что и их двойники.В сплавах внедрения атомы не занимают одни и те же позиции. Сплавы можно далее классифицировать как гомогенные (состоящие из одной фазы), гетерогенные (состоящие из двух или более фаз) или интерметаллические (где нет четкой границы между фазами).

Легирование металла включает его соединение с одним или несколькими другими металлами или неметаллами, что часто улучшает его свойства. Например, сталь прочнее железа, ее основного элемента. Физические свойства (плотность, реакционная способность, проводимость) сплава могут не сильно отличаться от свойств составляющих его элементов, но его технические свойства (прочность на разрыв и прочность на сдвиг) могут существенно отличаться.

В отличие от чистых металлов, большинство сплавов не имеют единой точки плавления; скорее, они имеют диапазон плавления , в котором вещество представляет собой смесь твердого и жидкого. Однако для большинства сплавов существует одна конкретная пропорция компонентов, известная как «эвтектическая смесь», при которой сплав имеет уникальную температуру плавления.

Элемент месяца — медь

«В честь Международного года Периодической таблицы элементов в этой серии статей подробно рассматривается проект Элемент месяца , разработанный Стивеном У.Райт (SWW), младший научный сотрудник Pfizer Inc., и Марша Р. Фолджер (MRF), учитель химии (сейчас на пенсии) в средней школе Лайма — Олд Лайм в Коннектикуте. Прочтите «Элемент месяца — введение », чтобы получить обзор проекта и ссылки на другие статьи этой серии ». — Редактор

В феврале мы вернемся к более знакомым элементам и подробно обсудим металлический элемент с изучением меди. Это позволяет нам перейти к обсуждению ряда активности металлов и продемонстрировать реакционную способность различных металлов, обусловленную их окислительными потенциалами.Химия меди, конечно же, красочна, что добавляет удовольствия от этих экспериментов.

использует

Студенты обычно хорошо знают, что медь используется в чеканке монет, кухонной посуде, кровле, сантехнике и электрических проводниках. Отметим, что медь часто легируется цинком для образования латуни, популярного декоративного сплава, и оловом для получения бронзы, которая тверже и менее подвержена коррозии, чем латунь или медь, и часто используется для изготовления деталей для кораблей, таких как гребные винты.Мы упоминаем, что соединения меди используются в качестве фунгицидов и альгицидов. На столе выставлены банка с пенни, кусок медной трубы и несколько фитингов, кусок медного электрического кабеля, кусок меди, кусок медной посуды, латунная дверная ручка и лом, обработанный под давлением. древесина.

Физические свойства

Студенты часто знакомы с медью как с красноватым, умеренно плотным мягким металлом. Мы отмечаем, что медь является одновременно ковкой и пластичной, и объясняем, что эти термины означают, что ее легко придать форму путем молотка или вытягивания через матрицу.Мы отмечаем, что не все металлы таковы, а железо, очевидно, труднее придать форму. Медь — отличный проводник как электричества, так и тепла.

Рисунок 1: Слева направо: раствор сульфата меди II, раствор сульфата меди II плюс небольшое количество NH ₄ OH, осаждающий Cu (OH) ₂ , раствор сульфата меди II плюс избыток NH ₄ OH, что приводит к растворению Cu (OH) ₂ и образованию дикатиона Cu (NH ₃ ) ₄ .

Химические свойства

Мы начинаем с утверждения, что медь является относительно инертным или трудно поддающимся окислению металлом. Вот почему это так полезно. Нам не нужны крыши, монеты, трубы и провода, которые легко подвержены коррозии. Мы демонстрируем качественный аналитический тест на ион меди, обрабатывая некоторый раствор сульфата меди 2 М раствором гидроксида аммония в большой пробирке. Мы показываем начальное образование синего осадка Cu (OH) 2 , за которым следует растворение осадка при дальнейшем добавлении раствора гидроксида аммония с образованием темно-синего комплексного иона Cu (NH 3 ) 4 2 + (см. Рисунок 1). 1 Мы также продемонстрировали цвет пламени меди, используя 0,2 М раствор хлорида меди (см. Видео 1). Этот раствор дает гораздо более яркий цвет пламени, чем сульфат меди. 2 Мы упоминаем, что медь образует множество комплексов, не только с аммиаком, поэтому химия меди так разнообразна. Например, мы показываем и сравниваем образцы безводного и гидратированного сульфата меди. Затем мы добавляем несколько капель воды к безводному сульфату меди, чтобы показать гидратацию безводного сульфата меди с образованием синего иона Cu (H 2 O) 4 2+ .Мы особенно отмечаем изменение цвета с белого на синий, который по совпадению является школьным цветом для нашей старшей школы. Затем мы готовим 0,2 М раствор хлорида меди, растворяя 17 г дигидрата CuCl 2 в 500 мл воды, содержащей 10 мл концентрированной соляной кислоты (HCl предотвращает возможный частичный гидролиз CuCl 2 с образованием нерастворимого Cu (OH). 2 ). Мы сливаем 200 мл этого раствора в отдельную колбу и показываем, что ион меди также образует комплекс с хлорид-ионом, добавляя большой избыток безводного хлорида кальция (25 г).Дополнительный хлорид-ион способствует смещению равновесия от синего иона Cu (H 2 O) 4 2+ к зеленому иону CuCl 4 2+ . 3 Цвета химического состава меди делают его забавным, а низкая химическая активность металла делает его полезным.

Видео 1: Цвета элементов в пламени — хлорид меди (II). Источники: Ф. М. Гастингс, Дж. Дж. Якобсен. Получено от Jacobsen, Jerrold J .; Мур, Джон В., Химия оживает !, Vol. 2; Журнал химического образования, 2000, 77 (5), 671.DOI: 10.1021 / ed077p671. *

Затем мы спрашиваем класс, растворяется ли металлическая медь в соляной кислоте. Продемонстрируем реакцию образцов медной, железной, цинковой и алюминиевой проволоки с 6 М соляной кислотой в больших пробирках. Сначала мы даем возможность образцам проволоки реагировать при комнатной температуре, а затем кратковременно нагреваем каждую трубку по очереди, помещая трубку в большой стакан с очень горячей водой (Примечание: важно убедиться, что образцы медной и железной проволоки не подвержены коррозии. или потускнение, и что на железной проволоке нет жира или масла).Мы объясняем, что металлическая медь растворяется только в окисляющих кислотах, таких как сильная серная кислота или азотная кислота, и напоминаем им об эксперименте Айры Ремсен, который мы провели в ноябре и описанном в разделе «Элемент месяца: азот» (см. Видео 2).

Видео 2: Несколько капель концентрированной азотной кислоты помещены на медный пенни до 1982 года. Источники: Jacobsen, Jerrold J .; Мур, Джон В., Химия оживает !, Vol. 3; Журнал химического образования, 1999 (76) 9 1311.DOI: 10.1021 / ed076p1311. *

Основываясь на реакциях образцов проволоки с соляной кислотой, мы спрашиваем класс: Какой металл наиболее реакционноспособен? Что наименее реактивно? Что находится посередине? Мы пишем список на доске в порядке реакции, от наименьшей к наибольшей в зависимости от выбора учащихся. Мы спрашиваем: «Существуют ли какие-либо металлы, которые менее реактивны, чем медь? Обычно студенты вскоре предложат серебро, золото и, возможно, платину. Мы добавляем эти металлы в наш список на доске.Затем мы спрашиваем класс, : «Что произойдет, если мы поместим в раствор соединения меди металл, обладающий большей реакционной способностью, чем медь?» Мы демонстрируем это, растворяя 25 г дигидрата CuCl ₂ в 500 мл воды в химическом стакане при быстром перемешивании на магнитной мешалке, а затем добавляем в химический стакан 5 г алюминиевых гранул размером 20 меш. ⁴ Продолжаем быстро перемешивать и отмечаем очевидную теплоту реакции. Когда реакция стихает, мы фильтруем смесь через большую гофрированную фильтровальную бумагу и отмечаем бесцветный фильтрат, содержащий хлорид алюминия, и фильтровальную бумагу, содержащую осажденную металлическую медь.Затем мы спрашиваем класс, : «А как насчет обратной реакции — превращения меди в раствор алюминия?» Большинство студентов сразу же предложат, что никакой реакции не ожидается. Мы помещаем образец медной фольги в разбавленный раствор сульфата алюминия в большой пробирке и спрашиваем класс, следует ли приостановить действие «Элемент месяца» до тех пор, пока не будет наблюдаться реакция. Хор «Нет!» результата и мы идем дальше.

Рисунок 3: Гвозди до (слева) и после (справа) воздействия 0.2 M раствор CuCl ₂ примерно на 10 минут.

Мы спрашиваем, «что может случиться, если мы будем использовать менее химически активный металл, такой как железо, с нашим раствором хлорида меди?» Мы помещаем три или четыре чистых стальных гвоздя в какой-то 0,2 М раствор хлорида меди в химическом стакане. Обычные гвозди «четыре пенни» работают хорошо, но их необходимо очистить от жира, используя полотенце и немного растворителя для краски или скипидара. Через минуту или две сливаем раствор хлорида меди и кладем ногти на бумажное полотенце (см. Рисунок 3).Они покрыты красно-коричневым налетом металлической меди. Затем мы спрашиваем, что может случиться, если мы пойдем другим путем и добавим менее химически активный металл, такой как серебро, в раствор меди. Класс снова правильно угадает, что никакой реакции ожидать не стоит. Мы подтверждаем это, помещая кусок серебряной фольги в раствор сульфата меди (мы не используем раствор хлорида меди, потому что ион хлорида может потускнеть поверхность серебра). Хорошо, мы спрашиваем, «что может случиться, если мы поместим металлическую медь в раствор серебра?» К настоящему времени класс выполняет задачу и правильно предложит реакцию.Мы помещаем кусок медной фольги в 0,1 М (или 5%) раствор нитрата серебра в большой пробирке и показываем быстрый рост частиц серебра на поверхности медной фольги. ⁵ Наконец, мы спрашиваем класс, как мы можем заставить металлическую медь осаждаться на серебре, фактически заставляя реакцию идти «вспять»? Это, конечно, может быть достигнуто только путем подачи энергии в систему в виде электрической энергии. Мы показываем, что мы можем гальванизировать медь на серебро, используя стакан, содержащий 0.2 M раствор сульфата меди, подкисленный небольшим количеством разбавленной серной кислоты с использованием анода из медной фольги и катода из серебряной фольги с приложенным постоянным током около 3 вольт. ⁶ Коричневый налет меди быстро появляется на серебряной фольге. Наконец, мы спрашиваем класс, что произойдет, если мы запустим ячейку в обратном направлении. Мы меняем полярность ячейки, и медный налет почти волшебным образом исчезает с серебряной фольги. ⁷

^* * другие видео из ChemEd X Collection доступны по подписке.

Примечания и ссылки:

1. См., Например, Engelder, C.J .; Dunkelberger, T. H .; Шиллер, У. Дж. Полумикро качественный анализ; Wiley: Нью-Йорк, 1936; С. 122.

2. Цветовое излучение сигнатуры вызывается возбуждением хлорида металла; см., например: (a) Lancaster, R .; Shimizu, T .; Батлер, Р. Э. А .; Холл, Р. Дж. Фейерверк: Принципы и Практика Химического Издательства: Нью-Йорк, 1972; pp 60; (b) Конклинг, Дж. Р. Химия пиротехники Марсель Деккер: Нью-Йорк, 1985; С. 155 — 166.
3. Этот эксперимент модифицирован из (а) Summerlin, Lee R .; Или, Джеймс Л. Младший. Химические демонстрации: Справочник для учителей; Американское химическое общество: Вашингтон, округ Колумбия, 1985; стр 54 — 55; и (b) Summerlin, Lee R .; Borgford, Christie L .; Или, Джули Б. Химические демонстрации: Справочник для учителей Том 2, 2-е изд .; Американское химическое общество: Вашингтон, округ Колумбия, 1988; pp 71 — 72. Мы используем безводный хлорид кальция вместо концентрированной соляной кислоты, чтобы избежать коррозии смеси, одновременно вызывая повышение температуры и высокую концентрацию хлорид-иона.
4. Это модификация Summerlin, Lee R .; Borgford, Christie L .; Или, Джули Б. Химические демонстрации: Справочник для учителей Том 2, 2-е изд .; Американское химическое общество: Вашингтон, округ Колумбия, 1988; pp 202. Можно использовать пятнадцать граммов металлического гранулированного цинка размером 30 меш, если гранулированный алюминий недоступен. В качестве альтернативы можно использовать три грамма алюминиевой фольги, нарезанной на маленькие кусочки площадью около 3 мм.
5. Демонстрация серебряной «листвы» на «дереве» из медной фольги популярна уже много лет, см .: Ford, Leonard A.Химическая магия, 2-е изд .; Дувр: Минеола, Нью-Йорк, 1993; С. 82.
6. См. Шакашири, Бассам А. Химические демонстрации: Справочник для учителей, Vol. 4; University of Wisconsin Press: Мэдисон, Висконсин, 1992; 212 — 223 с.
7. В этих экспериментах по нанесению гальванических покрытий важно использовать сульфат меди (II), а не хлорид меди (II) в качестве раствора электролита. Когда в конце демонстрации элемент вращается «назад» для удаления слоя меди с серебряной фольги, некоторое количество металлического серебра будет окисляться до иона серебра на аноде, и это приведет к образованию мутной суспензии AgCl, если медь (II ) хлорид.Раствор электролита бережем и используем из года в год.

6.7A: Сплавы замещения — Химия LibreTexts

Когда расплавленный металл смешивается с другим веществом, существует два механизма, которые могут вызвать образование сплава: (1) атомный обмен или (2) межузельный механизм . Относительный размер каждого элемента в смеси играет первостепенную роль в определении того, какой механизм произойдет.

Когда атомы относительно близки по размеру, обычно применяется метод обмена атомами, когда некоторые из атомов, составляющих металлические кристаллы, замещаются атомами другого компонента.Это называется замещающим сплавом . Примеры сплавов замещения включают бронзу и латунь, в которых некоторые атомы меди замещены атомами олова или цинка.

Почему возникают сплавы замещения: соединение

Связь между двумя металлами лучше всего описать как комбинацию «разделения» металлических электронов и ковалентной связи, одно не может происходить без другого, и соотношение одного к другому изменяется в зависимости от вовлеченных составляющих.Металлы разделяют электроны по всей своей структуре, этот поток электронов является причиной многих характеристик, связанных с металлами, включая их способность действовать как проводники. Различное количество и сила ковалентных связей может меняться в зависимости от различных конкретных металлов и того, как они смешиваются. Ковалентная связь — это то, что отвечает за кристаллическую структуру, а также за температуру плавления и различные другие физические свойства.

По мере увеличения сходства электронной структуры металлов, входящих в состав сплава, металлические характеристики сплава ухудшаются. Чистые металлы полезны, но их применение часто ограничивается свойствами каждого отдельного металла.Сплавы позволяют использовать смеси металлов, которые обладают повышенной стойкостью к окислению, повышенной прочностью, проводимостью и температурой плавления; Практически любым свойством можно управлять, регулируя концентрацию сплава. Примером могут служить дверные светильники из латуни, они прочны и лучше сопротивляются коррозии, чем чистый цинк или медь, два основных металла, составляющих латунный сплав. Комбинация также имеет низкую температуру плавления, что позволяет легко отливать ее в различные формы и размеры. (1) Есть много других аспектов замещающих сплавов, которые можно было бы глубоко изучить, но основная концепция заключается в том, что каждый отдельный металл в сплаве придают конечному продукту его химические и физические свойства.

Замещающие сплавы сыграли важную роль в развитии человеческого общества и культуры, какими мы их знаем сегодня. Сам бронзовый век назван в честь Заместительного сплава, состоящего из олова в металлическом растворе меди. Древние изделия из бронзы очень загрязнены или даже имеют неправильную маркировку, они содержат большое количество цинка и мышьяка, а также много примесей. Эти многочисленные замещающие сплавы позволили создать более сильные инструменты и оружие, они позволили повысить производительность как в мастерской, так и на поле боя.Потребность в сырье, таком как олово и медь для производства бронзы, также стимулировала рост торговли, поскольку их руды редко встречаются вместе. Современное химическое понимание сплавов замещения не было бы таким глубоким, если бы не их полезность для человека.

Сводка

Сплав представляет собой смесь металлов, объемные металлические свойства которой отличаются от свойств составляющих ее элементов. Сплавы могут быть образованы путем замены одного атома металла на другой такой же размер в решетке (сплавы замещения), путем вставки более мелких атомов в отверстия в решетке металла (межузельные сплавы) или сочетанием того и другого.Хотя элементный состав большинства сплавов может варьироваться в широких пределах, некоторые металлы объединяются только в фиксированных пропорциях, образуя интерметаллический состав

Список литературы

1. Смоллмен Р. Э., Нган А. Х. У. и Смоллмен Р. Э. (2007). Металлургия и новые материалы . Амстердам: Баттерворт Хайнеманн.
2. Ван, Ф. Э .. (2005). Теория связи для металлов и сплавов . Амстердам: Эльзевир.
3. Дикинсон, О.Т. П. К. (1994). Эгейский бронзовый век . Кембриджская мировая археология. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

Проблемы

1. Встречаются ли сплавы металлов замещения в природе на поверхности земли?
2. Какие две характеристики металла необходимы для образования замещающего сплава?
3. Может ли кислород или азот быть частью кристаллической структуры замещающего сплава?

Решения

1. Нет, окислительная природа земной атмосферы, а также потребность в определенных и концентрированных металлах не позволяет обнаружить их в природе.
2. Подобные радиусы и аналогичная электроотрицательность.
3. Только металлические элементы могут образовывать необходимые металлические связи, позволяющие образовывать сплавы.

12.3: Металлы и руды — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

• Определите важные металлы и опишите их извлечение из основных руд.
• Перечислите различные металлы, их применение и сплавы.
• Опишите влияние производства металла на окружающую среду.

Большинство металлов встречается в виде горных пород в земной коре. Эти руды содержат достаточное количество минералов с важными элементами, включая металлы, которые можно экономично извлечь из породы. Металлические руды обычно представляют собой оксиды, сульфиды, силикаты (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)) или «самородные» металлы (например, самородную медь), которые обычно не концентрируются в земной коре, или «благородные» металлы ( обычно не образует соединений), например, золото (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Руды необходимо обрабатывать для извлечения интересующих металлов из пустой породы и рудных минералов.

Сплавы

Сплав представляет собой смесь, состоящую из двух или более элементов, по крайней мере, один из которых является металлом. Вы, вероятно, знакомы с некоторыми сплавами меди (например, латуни и бронзы) и железа (стали). Сплавы могут быть одного из двух основных типов. В одном типе, называемом сплавом замещения , различные атомы просто заменяют друг друга в кристаллической структуре.В другом типе, называемом межузельным сплавом , более мелкие атомы, такие как углерод, помещаются между более крупными атомами в структуре упаковки кристаллов.

Стали — очень важный класс сплавов. Многие типы сталей в основном состоят из железа с различным содержанием элементов углерода, хрома, марганца, никеля, молибдена и бора. Стали широко используются в строительстве из-за их прочности, твердости и устойчивости к коррозии. Большинство современных крупных сооружений, таких как небоскребы и стадионы, поддерживаются стальным каркасом (см. Рисунок ниже).

Медь, латунь и бронза

Медь — это химический элемент с обозначением Cu (от латинского: cuprum ) и атомным номером 29. Это мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокой теплопроводностью и электропроводностью.Свежая поверхность из чистой меди имеет розовато-оранжевый цвет. Медь используется как проводник тепла и электричества, а также как строительный материал.

Медь — один из немногих металлов, которые могут встречаться в природе в металлической форме, пригодной для непосредственного использования (самородные металлы). Это привело к очень раннему использованию человеком в нескольких регионах, начиная с ок. 8000 г. до н.э. Тысячи лет спустя это был первый металл, выплавленный из сульфидных руд, c. 5000 г. до н.э., первый металл, которому была придана форма в форме, ок. 4000 г. до н.э. и первый металл, который был целенаправленно сплавлен с другим металлом, оловом, для создания бронзы, c.3500 г. до н.э.

Большинство промышленных руд представляют собой сульфиды, особенно халькопирит (CuFeS ₂ ), борнит (Cu ₅ FeS ₄ ) и, в меньшей степени, ковеллит (CuS) и халькоцит (Cu ₂ S).

Cu ₂ S, превращается в оксиды:

2 Cu ₂ S + 3 O ₂ → 2 Cu ₂ O + 2 SO ₂

Затем закись меди при нагревании превращается в медь:

2 Cu ₂ O → 4 Cu + O ₂

Медь входит в состав различных металлических сплавов, таких как стерлинговое серебро, используемое в ювелирных изделиях, мельхиор, используемый для изготовления морского оборудования и монет, и константан, используемый в тензодатчиках и термопарах для измерения температуры.Бронза, сплав меди и олова , используется с древних времен. В бронзовом веке для изготовления оружия, инструментов и декоративных предметов возросло использование металлов, а не камня. Латунь, сплав меди и цинка, широко используется в музыкальных инструментах, таких как труба и тромбон. Сплавы обычно используются в промышленных изделиях, потому что свойства этих металлических смесей часто превосходят свойства чистого металла. Бронза тверже меди и ее легче отливать. Медь очень пластична, а ее акустические свойства делают ее полезной для музыкальных инструментов (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).

Железо и сталь

Раннее применение железа для изготовления инструментов и оружия стало возможным благодаря широкому распространению железных руд и легкости восстановления соединений железа в рудах углеродом.Железная руда восстанавливается с помощью кокса в доменной печи (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Доменная печь загружается железной рудой, обычно гематитом Fe ₂ O ₃ или магнетитом Fe ₃ O ₄ , вместе с коксом (уголь, который подвергался отдельной обжиге для удаления летучих компонентов). Через смесь продувается воздух, предварительно нагретый до 900 ° C, в количестве, достаточном для превращения углерода в монооксид углерода:

2 контакта + O ₂ → 2 контакта

Эта реакция повышает температуру примерно до 2000 ° C. Окись углерода восстанавливает железную руду до металлического железа ^[112]

Fe ₂ O ₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO ₂

Некоторое количество железа в высокотемпературной нижней области печи вступает в реакцию непосредственно с коксом: ^[112]

2 Fe ₂ O ₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO ₂

Большая часть произведенного чугуна очищается и превращается в сталь. Сталь производится из железа путем удаления примесей и добавления таких веществ, как марганец, хром, никель, вольфрам, молибден и ванадий, для производства сплавов со свойствами, которые делают материал пригодным для конкретных целей.Большинство сталей также содержат небольшой, но определенный процент углерода (0,04–2,5%). Однако большая часть углерода, содержащегося в железе, должна быть удалена при производстве стали; в противном случае избыток углерода сделает железо хрупким. Однако существует не одно вещество, называемое сталью — это семейство сплавов железа с углеродом или различными металлами.

Примеси в чугуне из доменной печи включают углерод, серу, фосфор и кремний, которые необходимо удалить.

• Удаление серы : Сера сначала должна быть удалена в отдельном процессе.Порошок магния продувается через расплавленное железо, и сера вступает с ним в реакцию с образованием сульфида магния. При этом на поверхности железа образуется шлак, который можно удалить. \ [Mg + S \ rightarrow MgS \ label {127} \]
• Удаление углерода: Еще неочищенный расплавленный чугун смешивают с железным ломом (после переработки), и смесь продувают кислородом. Кислород реагирует с остальными примесями с образованием различных оксидов. Углерод образует окись углерода. Поскольку это газ, он удаляется из утюга! Этот окись углерода можно очистить и использовать в качестве топливного газа.
• Удаление других элементов: Такие элементы, как фосфор и кремний, реагируют с кислородом с образованием кислых оксидов. Их удаляют с помощью негашеной извести (оксида кальция), которую добавляют в печь во время продувки кислородом. Они реагируют с образованием соединений, таких как силикат кальция или фосфат кальция, которые образуют шлак на поверхности железа.

Чугун уже упоминался выше. В этом разделе рассматриваются типы чугуна и стали, которые производятся в процессе производства стали.

• Кованое железо: если из железа удалить весь углерод, чтобы получить железо высокой чистоты, оно называется кованым железом. Кованое железо довольно мягкое, легко обрабатывается и имеет небольшую структурную прочность. Когда-то он использовался для изготовления декоративных ворот и перил, но в наши дни вместо него обычно используют низкоуглеродистую сталь.
• Низкоуглеродистая сталь: Мягкая сталь — это железо, содержащее примерно до 0,25% углерода. Наличие углерода делает сталь более прочной и твердой, чем чистое железо. Чем выше процент углерода, тем тверже становится сталь.Низкоуглеродистая сталь используется для многих вещей — гвоздей, проволоки, кузовов автомобилей, судостроения, балок и мостов среди прочего.
• Высокоуглеродистая сталь: Высокоуглеродистая сталь содержит до 1,5% углерода. Наличие дополнительного углерода делает его очень твердым, но также делает его более хрупким. Высокоуглеродистая сталь используется для изготовления режущих инструментов и гвоздей (гвоздей, предназначенных для вбивания в бетонные блоки или кирпичную кладку без изгиба). При неправильном обращении высокоуглеродистая сталь имеет тенденцию к разрушению, а не изгибу.
• Специальные стали: это железо, легированное другими металлами (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)).

Анимация сталеплавильного производства

Видео \ (\ PageIndex {1} \) Процесс выплавки стали.

Алюминий

Алюминий слишком высок в электрохимическом ряду (ряду реактивности), чтобы извлечь его из руды с помощью восстановления углерода. Необходимые температуры слишком высоки, чтобы быть экономичным. Вместо этого его извлекают электролизом. Руда сначала превращается в чистый оксид алюминия с помощью процесса Байера, а затем он подвергается электролизу в растворе в расплавленном криолите — еще одном соединении алюминия.Оксид алюминия имеет слишком высокую температуру плавления для самостоятельного электролиза. Обычная алюминиевая руда — боксит. Боксит — это, по сути, нечистый оксид алюминия. Основные примеси включают оксиды железа, диоксид кремния и диоксид титана.

Бокситовый дробленый обрабатывают умеренно концентрированным раствором гидроксида натрия. Используемая концентрация, температура и давление зависят от источника боксита и от того, какую именно форму оксида алюминия он содержит. Температура обычно составляет от 140 ° C до 240 ° C; давление может достигать примерно 35 атмосфер.С горячим концентрированным раствором гидроксида натрия оксид алюминия реагирует с образованием раствора тетрагидроксоалюмината натрия.

\ [Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \ longrightarrow 2NaAl (OH) _4 \]

Раствор тетрагидроксоалюмината натрия охлаждают и «засевают» некоторым ранее полученным гидроксидом алюминия. Это обеспечивает что-то для осаждения нового гидроксида алюминия.

\ [NaAl (OH) _4 \ longrightarrow Al (OH) _3 + NaOH \]

Оксид алюминия (иногда известный как оксид алюминия) получают путем нагревания гидроксида алюминия до температуры примерно 1100–1200 ° C.

\ [2Al (OH) _3 \ longrightarrow Al_2O_3 + 3H_2O \]

Оксид алюминия подвергается электролизу в растворе в расплавленном криолите, Na ₃ AlF ₆ . Криолит — еще одна алюминиевая руда, но она редкая и дорогая, и большая ее часть в настоящее время производится химическим путем.

Применение алюминия

Алюминий обычно легирован другими элементами, такими как кремний, медь или магний. Чистый алюминий не очень прочен, и его легирование добавляет ему прочности. Алюминий особенно полезен, потому что он

• имеет низкую плотность;
• прочен при легировании;
• — хороший проводник электричества;
• имеет хороший внешний вид;
• устойчив к коррозии благодаря прочному тонкому слою оксида алюминия на его поверхности.Этот слой можно дополнительно усилить анодированием алюминия.

Анодирование по существу включает травление алюминия раствором гидроксида натрия для удаления существующего оксидного слоя, а затем превращение алюминиевого изделия в анод при электролизе разбавленной серной кислоты. Кислород, подаваемый на анод, вступает в реакцию с поверхностью алюминия, образуя оксидную пленку толщиной примерно до 0,02 мм. Эта пленка на данном этапе не только увеличивает коррозионную стойкость алюминия, но и является пористой, а также поглощает красители.(После этого он обрабатывается, чтобы сделать его полностью непористым.) Это означает, что вы можете изготавливать алюминиевые изделия с цветом, встроенным в поверхность.

Некоторые виды использования включают:

Переработка

Алюминий — это материал, пригодный для неограниченной переработки, и для его переработки требуется на 95 процентов меньше энергии, чем для производства первичного алюминия, что также ограничивает выбросы, включая парниковые газы.Сегодня около 75 процентов всего алюминия, произведенного в истории, или почти миллиард тонн, все еще используется. ^[6]

Переработка алюминия обычно дает значительную экономию затрат по сравнению с производством нового алюминия, даже если принять во внимание затраты на сбор, разделение и переработку. ^[7] В долгосрочной перспективе можно получить еще большую экономию на национальном уровне, если учесть сокращение капитальных затрат, связанных со свалками, рудниками и международными перевозками необработанного алюминия.

Воздействие производства стали и алюминия на окружающую среду

Воздействие производства стали и алюминия на окружающую среду можно проследить от добычи руды до производства конечной товарной продукции (т.е. стали и алюминия). Основными источниками выбросов на различных этапах производства являются продукты сгорания, такие как закись азота, диоксид углерода, монооксид углерода и диоксид серы, а также летучая пыль от работы оборудования.Влияние различных выбросов на качество воздуха (т.е. образование смога, парниковый эффект, кислотные дожди и т. Д.) Будет более подробно обсуждено в главе 13.

Серная кислота образуется при взаимодействии воды и кислорода с серосодержащими минералами и химическими веществами в горных породах. Многие металлы становятся подвижными по мере того, как вода становится более кислой, и при высоких концентрациях эти металлы становятся токсичными для большинства форм жизни. Также образуется огромное количество загрязнителей сточных вод, опасных и твердых отходов.

Сводка

• Металлические руды содержат достаточное количество минералов с важными элементами, включая металлы, которые можно экономично извлечь из породы. Руды необходимо обрабатывать для извлечения интересующих металлов из пустой породы и рудных минералов.
• Сплавы — это смеси материалов, по крайней мере, один из которых является металлом.
• Бронзовые сплавы широко применялись в оружии.
• Латунные сплавы издавна используются в музыкальных инструментах.
• Стальные сплавы прочные и долговечные.
• Алюминиевые сплавы широко используются благодаря своей прочности, устойчивости к коррозии и хорошей проводимости.

Авторы и авторство

: CW712R ~ Морской латунный стержень

Медь и медные сплавы

Латунь

CW712R ~ Морской латунный стержень

Латунь — это сплав меди и цинка.Они также могут содержать небольшие количества других легирующих элементов для придания выгодных свойств. Латунь обладает высокой коррозионной стойкостью и высокой прочностью на разрыв. Они также подходят для изготовления методом горячей штамповки. Сплавы латуни со свободной обработкой устанавливают стандарт обработки, с которым сравниваются другие металлы.
Латунные изделия делятся на два класса. Альфа-сплавы с содержанием цинка менее 37% и альфа / бета-сплавы с 37-45% цинка. Сплавы Alpha пластичны и поддаются холодной обработке. Альфа / бета или дуплексные сплавы обладают ограниченной пластичностью на холоде, они тверже и прочнее.CZ121 / CW614N — это сплав альфа / бета.
Для обработки используется латунный сплав CZ121 / CW614N. В состав добавлен свинец для улучшения обрабатываемости. Свинец остается нерастворимым в микроструктуре латуни, а мягкие частицы действуют как стружколом.

Применения — CZ112 / CW712R, часто называемая морской латунь, обычно используется в ряде морских и механических применений, в том числе:
~ Трубные пластины теплообменника
~ Болты, гайки и заклепки
~ Другое оборудование для подводных применений
~ Механическая обработка Компоненты

Химический состав

Обозначения сплавов

CZ112 / CW712R соответствует следующему обозначению , но не может быть прямым эквивалентом:

CuZn36Sn1Pb

Общие физические свойства

Механические свойства

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость CZ112 / CW712R очень хорошая

Обрабатываемость

Обрабатываемость сплава CZ112 / CW712R составляет от 60 до 70% по сравнению с латунью CZ121 / CW614N, имеющей рейтинг 100.

Заявление об отказе от ответственности

Эти данные являются ориентировочными, и поэтому на них нельзя полагаться вместо полной спецификации. В частности, требования к механическим свойствам сильно различаются в зависимости от характера, продукта и его размеров. Вся информация основана на наших текущих знаниях и предоставлена ​​добросовестно. Компания не несет ответственности за любые действия, предпринятые третьей стороной в зависимости от этого.

Обратите внимание, что указанная выше дата «Обновления таблицы данных» не является гарантией ее точности или актуальности таблицы.

Информация, представленная в этом техническом описании, была получена из различных признанных источников, включая стандарты EN, признанные отраслевые ссылки (печатные и онлайн) и данные производителей. Не дается никаких гарантий, что информация взята из последнего выпуска этих источников или о точности этих источников.

Материалы, предоставленные Компанией, могут значительно отличаться от этих данных, но будут соответствовать всем применимым стандартам.

Поскольку подробно описанные продукты могут использоваться для самых разных целей и Компания не контролирует их использование; Компания специально исключает все условия или гарантии, выраженные или подразумеваемые законом или иным образом в отношении размеров, свойств и / или пригодности для какой-либо конкретной цели, явной или подразумеваемой.

Консультации, предоставляемые Компанией любой третьей стороне, предоставляются только для помощи этой стороне и без какой-либо ответственности со стороны Компании. Все транзакции регулируются текущими Условиями продаж Компании. Объем обязательств Компании перед любым клиентом четко изложен в этих Условиях; копия которого предоставляется по запросу.