Wprowadzenie do chemii

Terminy

• górnictwoDziałalność polegająca na usuwaniu z Ziemi stałych cennych przedmiotów.
• stopMetal będący połączeniem dwóch lub więcej pierwiastków, z których przynajmniej jeden jest metalem.
• metal rodzimyKażdy metal, który występuje w postaci metalicznej, w stanie czystym lub jako stop, w przyrodzie.

metale rodzime

Metal rodzimy to każdy metal, który występuje w postaci metalicznej w przyrodzie, w stanie czystym lub jako stop. Metale, które można znaleźć jako złoża rodzime pojedynczo i/lub w stopach, obejmują antymon, arsen, bizmut, kadm, chrom, kobalt, ind, żelazo, nikiel, selen, tantal, tellur, cynę, tytan i cynk.

Dwie grupy metali można również znaleźć w przyrodzie: grupa złota i grupa platyny.

• Grupa złota składa się ze złota, miedzi, ołowiu, aluminium, rtęci i srebra.
• Grupa platyny składa się z platyny, irydu, osmu, palladu, rodu i rutenu.

Tylko złoto, srebro, miedź i metale platynowe występują w przyrodzie w większych ilościach. W geologicznych skalach czasowych bardzo niewiele metali jest w stanie oprzeć się naturalnym procesom wietrzenia, takim jak utlenianie. To dlatego tylko mniej reaktywne metale, takie jak złoto i platyna, są znajdowane jako metale rodzime. Pozostałe występują zwykle jako izolowane skupiska, gdzie naturalny proces chemiczny redukuje wspólny związek lub rudę danego metalu. Pozostawia to czysty metal jako małe płatki lub inkluzje.

Metale rodzime były jedynym dostępem człowieka prehistorycznego do metalu. Uważa się, że proces wydobywania metali z ich rud (zwany wytapianiem) został odkryty około 6500 r. p.n.e. Jednak metale te można było znaleźć tylko w stosunkowo niewielkich ilościach, więc nie mogły być wykorzystywane na szeroką skalę. Więc choć miedź i żelazo były znane na długo przed epoką miedzi i żelaza, nie miały dużego wpływu na ludzkość, dopóki nie pojawiła się technologia wytapiania ich z rud, a więc masowej produkcji.

Stopy

Stop jest mieszaniną dwóch lub więcej pierwiastków w roztworze stałym, w którym głównym składnikiem jest metal. Większość czystych metali są albo zbyt miękkie, kruche, lub chemicznie reaktywne do praktycznego zastosowania. Łączenie różnych proporcji metali jako stopów modyfikuje właściwości czystych metali w celu uzyskania pożądanych cech. Celem tworzenia stopów jest na ogół uczynienie metali mniej kruchymi, twardszymi, bardziej odpornymi na korozję lub poprawienie ich koloru lub połysku.

Wśród wszystkich stopów metalicznych używanych obecnie, stopy żelaza (stal, stal nierdzewna, żeliwo, stal narzędziowa i stal stopowa) stanowią największą część zarówno pod względem ilości, jak i wartości handlowej. Żelazo stopowe z różnymi proporcjami węgla daje stale nisko-, średnio- i wysokowęglowe; zwiększony poziom węgla zmniejsza plastyczność i ciągliwość. Dodatek krzemu powoduje powstawanie żeliwa, natomiast dodatek chromu, niklu i molibdenu do stali węglowych (ponad 10%) powoduje powstawanie stali nierdzewnych.

Innymi znaczącymi stopami metalicznymi są stopy aluminium, tytanu, miedzi i magnezu. Stopy miedzi były znane od czasów prehistorycznych – brąz dał epoce brązu swoją nazwę – i mają wiele zastosowań dzisiaj, przede wszystkim w okablowaniu elektrycznym. Stopy pozostałych trzech metali zostały opracowane niedawno; ze względu na ich reaktywność chemiczną, wymagają one elektrolitycznych procesów ekstrakcji. Stopy aluminium, tytanu i magnezu są cenione za ich wysoki stosunek wytrzymałości do masy, a magnez może również stanowić ekran elektromagnetyczny. Materiały te są idealne w sytuacjach, w których wysoki stosunek wytrzymałości do masy jest ważniejszy niż koszt materiału, np. w przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz w niektórych zastosowaniach motoryzacyjnych. Stopy zaprojektowane specjalnie do bardzo wymagających zastosowań, takich jak silniki odrzutowe, mogą zawierać więcej niż dziesięć pierwiastków.

Rudy

Metale są często wydobywane z Ziemi za pomocą górnictwa, w wyniku czego powstają rudy, które są stosunkowo bogatym źródłem wymaganych pierwiastków. Rudy są lokalizowane za pomocą technik poszukiwawczych, po których następuje eksploracja i badanie złóż. Źródła minerałów są ogólnie podzielone na kopalnie odkrywkowe, które są wydobywane przez wykopy przy użyciu ciężkiego sprzętu, oraz kopalnie podpowierzchniowe.

Po wydobyciu rudy, metale muszą zostać wyekstrahowane, zazwyczaj przez redukcję chemiczną lub elektrolityczną. Pirometalurgia wykorzystuje wysokie temperatury do przekształcenia rudy w surowe metale, podczas gdy hydrometalurgia wykorzystuje chemię wodną w tym samym celu. Stosowane metody zależą od metalu i jego zanieczyszczeń.

Gdy ruda metalu jest związkiem jonowym tego metalu i niemetalu, ruda musi być zwykle wytapiana (lub ogrzewana za pomocą środka redukującego), aby wydobyć czysty metal. Wiele popularnych metali, takich jak żelazo, jest wytapianych przy użyciu węgla jako czynnika redukującego. Niektóre metale, takie jak aluminium i sód, nie mają praktycznego w handlu środka redukującego i są otrzymywane za pomocą elektrolizy. Rudy siarczkowe nie są redukowane bezpośrednio do metalu, ale są prażone w powietrzu, aby przekształcić je w tlenki.

.