Introducere în chimie

Termeni

• exploatareActivitatea de extragere a obiectelor de valoare solide din pământ.
• aliajMetal care este o combinație de două sau mai multe elemente, dintre care cel puțin unul este un metal.
• metal nativCare metal care se găsește în forma sa metalică, fie pur, fie sub formă de aliaj, în natură.

Metale native

Metal nativ este orice metal care se găsește în forma sa metalică în natură, fie pur, fie sub formă de aliaj. Printre metalele care pot fi găsite ca depozite native singure și/sau în aliaje se numără antimoniul, arsenicul, bismutul, cadmiul, cromul, cobaltul, indiul, fierul, nichelul, seleniul, tantalul, telurul, staniul, titanul și zincul.

Două grupe de metale pot fi, de asemenea, găsite în natură: grupa aurului și grupa platinei.

• Grupa aurului este formată din aur, cupru, plumb, aluminiu, mercur și argint.
• Grupa platinei este formată din platină, iridiu, osmiu, paladiu, rodiu și ruteniu.

Doar aurul, argintul, cuprul și metalele de platină se găsesc în natură în cantități mai mari. Pe scări de timp geologice, foarte puține metale pot rezista proceselor naturale de meteorizare, cum ar fi oxidarea. Acesta este motivul pentru care doar metalele mai puțin reactive, cum ar fi aurul și platina, se găsesc ca metale native. Celelalte apar, de obicei, sub formă de buzunare izolate în care un proces chimic natural reduce un compus comun sau un minereu al metalului. Acest lucru lasă în urmă metalul pur sub formă de mici fulgi sau incluziuni.

Metalele native au fost singurul acces al omului preistoric la metale. Se crede că procesul de extragere a metalelor din minereurile lor (numit topire) a fost descoperit în jurul anului 6500 î.Hr. Cu toate acestea, aceste metale puteau fi găsite doar în cantități relativ mici, astfel încât nu puteau fi utilizate pe scară largă. Astfel, în timp ce cuprul și fierul erau cunoscute cu mult înainte de Epoca Cuprului și Epoca Fierului, ele nu vor avea un impact mare asupra omenirii până când nu a apărut tehnologia de a le topi din minereurile lor și, astfel, de a le produce în masă.

Aleliaje

Un aliaj este un amestec de două sau mai multe elemente în soluție solidă în care componenta principală este un metal. Majoritatea metalelor pure sunt fie prea moi, fragile, fie prea reactive din punct de vedere chimic pentru o utilizare practică. Combinarea unor proporții diferite de metale sub formă de aliaje modifică proprietățile metalelor pure pentru a produce caracteristici dezirabile. Scopul fabricării aliajelor este, în general, de a face metalele mai puțin fragile, mai dure sau mai rezistente la coroziune, sau de a le îmbunătăți culoarea sau strălucirea.

Dintre toate aliajele metalice utilizate în prezent, aliajele de fier (oțel, oțel inoxidabil, fontă, oțel pentru scule și oțel aliat) reprezintă cea mai mare parte, atât ca cantitate, cât și ca valoare comercială. Fierul aliat cu diferite proporții de carbon dă oțeluri cu conținut scăzut, mediu și ridicat de carbon; nivelurile crescute de carbon reduc ductilitatea și tenacitatea. Adăugarea de siliciu produce fontă, în timp ce adăugarea de crom, nichel și molibden la oțelurile cu carbon (mai mult de 10%) dă naștere la oțeluri inoxidabile.

Alte aliaje metalice semnificative sunt cele de aluminiu, titan, cupru și magneziu. Aliajele de cupru sunt cunoscute încă din preistorie – bronzul a dat numele Epocii Bronzului – și au multe aplicații în prezent, cel mai important în cablurile electrice. Aliajele celorlalte trei metale au fost dezvoltate mai recent; din cauza reactivității lor chimice, acestea necesită procese de extracție electrolitică. Aliajele de aluminiu, titan și magneziu sunt apreciate pentru raportul ridicat dintre rezistență și greutate, iar magneziul poate asigura, de asemenea, ecranarea electromagnetică. Aceste materiale sunt ideale pentru situațiile în care raportul ridicat rezistență-greutate este mai important decât costul materialului, cum ar fi în industria aerospațială și în unele aplicații pentru automobile. Aliajele special concepute pentru aplicații extrem de solicitante, cum ar fi motoarele cu reacție, pot conține mai mult de zece elemente.

Metale

Metalele sunt adesea extrase de pe Pământ prin minerit, rezultând minereuri care sunt surse relativ bogate în elementele necesare. Minereul este localizat prin tehnici de prospectare, urmate de explorarea și examinarea zăcămintelor. Sursele de minereuri se împart, în general, în mine de suprafață, care sunt exploatate prin excavare cu ajutorul unor utilaje grele, și mine subterane.

După ce minereul este exploatat, metalele trebuie să fie extrase, de obicei prin reducere chimică sau electrolitică. Pirometalurgia folosește temperaturi ridicate pentru a transforma minereul în metale brute, în timp ce hidrometalurgia folosește chimia apoasă în același scop. Metodele folosite depind de metal și de contaminanții acestora.

Când un minereu metalic este un compus ionic al acelui metal și al unui nemetal, minereul trebuie de obicei topit (sau încălzit cu un agent de reducere) pentru a extrage metalul pur. Multe metale comune, cum ar fi fierul, sunt topite folosind carbonul ca agent reducător. Unele metale, cum ar fi aluminiul și sodiul, nu au un agent de reducere practicabil din punct de vedere comercial și, în schimb, sunt extrase prin electroliză. Minereurile de sulfuri nu sunt reduse direct la metal, ci sunt prăjite în aer pentru a le transforma în oxizi.

.