Характеристика цветных металлов

Железо и его сплавы, или черные металлы, доминируют в современной технике. Все остальные металлы обычно называют «нежелезными», или цветными. Но хотя их объединяют в одну группу, они мало похожи. В промышленности используется свыше 20 металлов; главные из них-медь, серебро, свинец, олово и ртуть-были известны в древности. Другие, например титан, нашли широкое применение только в наши дни.

Золото, медь и серебро. Золото - металл сказок и легенд [1]- встречается в природе почти исключительно в самородном, т. е. свободном, состоянии. Обнаружили его случайно, но уже в 3-м тыс. до н. э. добывали в шахтах, а к 1 -му тыс. до н. э. научились путем амальгамирования извлекать из измельченной кварцевой породы. Золото-блестящий металл желтого цвета; очень легко поддается волочению и ковке, исключительно стоек к коррозии. Добывают его главным образом в СССР и Южной Африке.

Для испытания качества золота на его поверхность наносят рядом капли соляной и азотной кислот; чистое золото в них не растворяется, но растворяется в смеси этих кислот, «царской водке», а также в хлорной воде, цианидах и ртути. Чистое золото-очень мягкий металл и обычно используется только в виде сплавов с серебром или медью. Содержание золота в сплаве (проба) в США оценивается в каратах, т. е. в частях чистого золота, приходящихся на 24 части сплава. В СССР проба указывает долю золота в 1000 частях сплава.

Медь впервые была выплавлена около 4-го тыс. до н. э., но, возможно, в самородном состоянии ее знали и раньше. Первой медеплавильной печью был, вероятно, костер, где случайно попавшая в огонь медная руда восстанавливалась древесным углем с образованием металлической меди. Сейчас промышленно развитые страны потребляют миллионы тонн меди в год.

Медь легко обрабатывается и легко сплавляется с другими металлами [5]. Только серебро лучше меди проводит тепло и электричество. Медь успешно сваривается и паяется и сравнительно хорошо сопротивляется коррозии. Поэтому ее широко применяют в электротехнике и там, где требуется высокая электропроводность. Самые распространенные сплавы - латунь (сплав меди с цинком), бронза (сплав меди с оловом).

Серебро, как и золото, можно назвать металлом легенд, часто упоминаемым поэтами и сказочниками. Впервые серебро было найдено в виде самородного металла, затем его получали из хлоридов и позднее из галенитовых руд, в которых серебро находится вместе со свинцом. Серебро отличается высокой коррозионной стойкостью. Соли его широко используются в фотоэмульсии, а сам металл-в медальерном и ювелирном деле. Превосходные электрические свойства позволяют применять серебро в электротехнике, главным образом в электронике.

Золото издавна считается символом богатства; его уникальные свойства- блеск, мягкость, ковкость - использовали для создания произведений искусства, таких, как, например, скифская ваза [А]. Известна высокая коррозионная стойкость золота, поэтому для снижения контактного сопротивления печатных схем [Б] поверхность контактов электролитически золотят

Сплавы меди широко применяются в судостроении. Судовые винты делаются из мюнц-металла (сплав меди с 40% цинка). Для получения особо прочной латуни в качестве добавок используют олово, алюминий, железо и марганец

Новый сплав алюминия с 20% олова разработан металловедами. Его прочность выше, чем у баббитов или белого металла для подшипников. Подшипники из этого сплава используются в мощных дизельных двигателях

Свинец, олово и другие металлы. Свинец [7], названный Шекспиром «гнусным» металлом (в сравнении с «благородными»), имеет длинную историю. В свободном состоянии он не встречается и, по-видимому, был получен из руды случайно, как и медь. Рудой был скорее всего минерал галенит (сульфид свинца). Свинцовые кубки найдены в раскопках, датируемых 3,5-м тыс. до н. э. В Древнем Риме свинец шел на изготовление водопроводных труб. [В английском слове “plumbing” (водопровод) память о свинце (по-латыни plumbum) как материале для труб дожила до наших дней.] Позднее его использовали как кровельный материал.

Он имеет низкую температуру плавления (327°С), служит хорошим материалом для фасонного литья и является основой для многих ценных сплавов: с оловом- для получения припоя, с сурьмой-для пластин аккумуляторов и с другими металлами-для подшипников или оболочек электрических проводов. Органические соединения свинца применяются в качестве антидетонационных добавок к бензину. Свинец токсичен, поэтому его содержание в окружающей среде в последние годы привлекает особое внимание экологов.

На этом свинцовом бассейне для воды (1880-е гг.) нет и следа коррозии. Свинец превосходно противостоит воздействию воды. В Древнем Риме из него делали трубы для водопровода и публичных терм. Но очень мягкая вода растворяет свинец, а так как он токсичен, то сейчас свинцовые трубы практически не применяются для подачи питьевой воды

Олово в древности использовали в виде сплавов с медью. Сейчас оно применяется главным образом для нанесения защитных покрытий на сталь и получения так называемой белой жести-идеального материала для консервных банок. Олово не ядовито, оно защищает сталь от коррозии и позволяет легко и быстро паять жесть.

Олово используют и при производстве бронзы, а также припоев для пайки, сплавов для подшипников [3] и в качестве небольшой легирующей добавки в чугун.

Органические соединения олова нашли широкое применение как химические стабилизаторы и гербициды для опрыскивания культурных растений. Они не загрязняют почву, так как достаточно быстро разлагаются на безвредные неорганические соединения.

Никель обладает высокой коррозионной стойкостью. Его применяют в чистом виде (с небольшими добавками) в электроннолучевых приборах и кинескопах телевизоров. Чаще он применяется в сплавах: им легируют высокопрочные и нержавеющие стали (последние нередко, кроме никеля, содержат и хром). Никель используют и в химии

Хром наносят как покрытие на бамперы автомобилей, что повышает их стойкость и улучшает внешний вид. Его используют также как основной легирующий элемент при производстве нержавеющих и других сортов стали повышенной твердости или коррозионноустойчивых. Проволока из сплава хрома с никелем (нихрома) используется в нагревательных элементах электропечей. Но в основном из хрома делают электролитические защитные покрытия стали и пластмасс

Уран-самый тяжелый элемент среди встречающихся в природе. В чистом виде или в соединениях используется в ядерных реакторах или для производства атомных бомб благодаря способности к расщеплению, т.е. распаду атомного ядра при бомбардировке нейтронами. В ядерных реакторах можно получать и трансурановые элементы, в том числе плутоний

Ртуть-жидкий металл. Ртуть-единственный металл, который при комнатной температуре представляет собой жидкость. Долгое время ее называли «жидким» или «живым серебром». Как полагают, она известна приблизительно с 500 г. до н. э. Ртуть получали, обрабатывая киноварь (сульфид ртути) уксусной кислотой или нагревая ее. В древности киноварь использовалась в косметике. Римляне пользовались ртутью для извлечения золота из руд. Сейчас ее широко применяют в научных приборах: барометрах, термометрах, микровыключателях [4], а в виде соединения-в детонаторах-запалах для взрывных работ.

В ртутном выключателе ртуть замыкает электрические контакты, впаянные в стеклянную ампулу. В положении «вкл.» ртуть заливает контакты, в положении «ВЫКЛ.» оттекает от них, и электрическая цепь размыкается.