Реферат: Металлические материалы –

Оглавление:

I. По­ло­же­ние ме­тал­лов в пе­рио­ди­че­ской сис­те­ме.

Строе­ние ато­мов ме­тал­лов (см. прил. №1).

Груп­пы ме­тал­лов.

II. Фи­зи­че­ские свой­ст­ва
ме­тал­лов.

III. По­ня­тие о спла­вах.

IV. Хи­ми­че­ские свой­ст­ва
ме­тал­лов.

V. Кор­ро­зия ме­тал­лов.

VI. Спо­со­бы по­лу­че­ния ме­тал­лов.

VII. Применение металлов.

VIII.
Биологическая роль металлов.

IX. Спи­сок ис­поль­зо­ван­ной
ли­те­ра­ту­ры.

I. По­ло­же­ние ме­тал­лов в пе­рио­ди­че­ской сис­те­ме.

Строе­ние
ато­мов ме­тал­лов (см. прил. №1).

Груп­пы ме­тал­лов.

В на­стоя­щее вре­мя из­вест­но
118 хи­ми­че­ских эле­мен­тов, боль­шин­ст­во из них – ме­тал­лы. По­след­ние
весь­ма рас­про­стра­не­ны в при­ро­де и встре­ча­ют­ся в ви­де раз­лич­ных со­еди­не­ний
в не­драх зем­ли, во­дах рек, озер, мо­рей, океа­нов, со­ста­ве тел жи­вот­ных,
рас­те­ний и да­же в ат­мо­сфе­ре.

В пе­рио­ди­че­ской сис­те­ме
Д.И.Мен­де­лее­ва ка­ж­дый пе­ри­од, кро­ме пер­во­го (он вклю­ча­ет в се­бя
два эле­мен­та-не­ме­тал­ла – во­до­род и ге­лий), на­чи­на­ет­ся с ак­тив­но­го
хи­ми­че­ско­го эле­мен­та-ме­тал­ла. Эти на­чаль­ные эле­мен­ты об­ра­зу­ют
глав­ную под­груп­пу I груп­пы и на­зы­ва­ют­ся ще­лоч­ны­ми ме­тал­ла­ми. Своё на­зва­ние
они по­лу­чи­ли от на­зва­ния со­от­вет­ст­вую­щих им гид­ро­кси­дов, хо­ро­шо
рас­тво­ри­мых в во­де, – ще­ло­чей.

Ато­мы ще­лоч­ных ме­тал­лов
со­дер­жат на внеш­нем энер­ге­ти­че­ском уров­не толь­ко один элек­трон, ко­то­рый
они лег­ко от­да­ют при хи­ми­че­ских взаи­мо­дей­ст­ви­ях, по­то­му что яв­ля­ют­ся
силь­ней­ши­ми вос­ста­но­ви­те­ля­ми. По­нят­но, что в со­от­вет­ст­вии с рос­том
ра­диу­са ато­ма вос­ста­но­ви­тель­ные свой­ст­ва ще­лоч­ных ме­тал­лов уси­ли­ва­ют­ся
от ли­тия к фран­цию.

Сле­дую­щие за ще­лоч­ны­ми
ме­тал­ла­ми эле­мен­ты, со­став­ляю­щие глав­ную под­груп­пу II груп­пы,
так­же яв­ля­ют­ся ти­пич­ны­ми ме­тал­ла­ми, об­ла­даю­щи­ми силь­ной вос­ста­но­ви­тель­ной
спо­соб­но­стью (их ато­мы со­дер­жат на внеш­нем уров­не два элек­тро­на). Из
этих ме­тал­лов каль­ций, строн­ций, ба­рий и ра­дий на­зы­ва­ют ще­лоч­но­зе­мель­ны­ми ме­тал­ла­ми.
Та­кое на­зва­ние эти ме­тал­лы по­лу­чи­ли по­то­му, что их ок­си­ды, ко­то­рые
ал­хи­ми­ки на­зы­ва­ли «зем­ля­ми», при рас­тво­ре­нии в во­де об­ра­зу­ют ще­ло­чи.

К ме­тал­лам от­но­сят­ся
эле­мен­ты глав­ной под­груп­пы III груп­пы, ис­клю­чая бор.

Из эле­мен­тов глав­ных под­групп
сле­дую­щих групп к ме­тал­лам от­но­сят­ся: в IV груп­пе гер­ма­ний[1],
оло­во, сви­нец (пер­вые два эле­мен­та – уг­ле­род и крем­ний – не­ме­тал­лы),
в V груп­пе сурь­ма и вис­мут (пер­вые три эле­мен­та – не­ме­тал­лы), в VI груп­пе
толь­ко по­след­ний эле­мент – по­ло­ний – яв­но вы­ра­жен­ный ме­талл. В глав­ных
под­груп­пах VII и VIII групп все эле­мен­ты – ти­пич­ные
не­ме­тал­лы.

Что ка­са­ет­ся эле­мен­тов
по­боч­ных под­групп, то все они ме­тал­лы.

Та­ким об­ра­зом, ус­лов­ная
гра­ни­ца ме­ж­ду эле­мен­та­ми-ме­тал­ла­ми и эле­мен­та­ми-не­ме­тал­ла­ми
про­хо­дят по диа­го­на­ли B (бор) – Si (крем­ний)
– As (мышь­як) – Te (тел­лур) – At (ас­тат).

Ато­мы ме­тал­лов име­ют
срав­ни­тель­но боль­шие раз­ме­ры (ра­диу­сы), по­это­му и  их внеш­ние элек­тро­ны зна­чи­тель­но уда­ле­ны
от яд­ра и сла­бо с ним свя­за­ны. И вто­рая осо­бен­ность, ко­то­рая при­су­ща
ато­мам наи­бо­лее ак­тив­ных ме­тал­лов, – это на­ли­чие на внеш­нем энер­ге­ти­че­ском
уров­не 1 – 3 элек­тро­нов.

От­сю­да вы­те­ка­ет са­мое
ха­рак­тер­ное свой­ст­во всех ме­тал­лов – их вос­ста­но­ви­тель­ная спо­соб­ность,
т. е. спо­соб­ность ато­мов лег­ко от­да­вать внеш­ние элек­тро­ны, пре­вра­ща­ясь
в по­ло­жи­тель­ные ио­ны. Ме­тал­лы не мо­гут быть окис­ли­те­ля­ми, т. е. ато­мы
ме­тал­лов не мо­гут при­сое­ди­нять к се­бе элек­тро­ны.  

            II. Фи­зи­че­ские
свой­ст­ва ме­тал­лов.

По сво­им свой­ст­вам ме­тал­лы
рез­ко от­ли­ча­ют­ся от не­ме­тал­лов. Впер­вые это раз­ли­чие ме­тал­лов и не­ме­тал­лов
оп­ре­де­лил М. В. Ло­мо­но­сов. «Ме­тал­лы, – пи­сал он, – те­ла твер­дые, ков­кие
бле­стя­щие».

            При­чис­ляя тот или иной эле­мент к раз­ря­ду ме­тал­лов,
мы име­ем в ви­ду на­ли­чие у не­го оп­ре­де­лен­но­го ком­плек­са свойств:

1) Плот­ная кри­стал­ли­че­ская
струк­ту­ра.

2) Ха­рак­тер­ный ме­тал­ли­че­ский
блеск.

3) Вы­со­кая те­п­ло­про­вод­ность
и элек­три­че­ская про­во­ди­мость.

4) Умень­ше­ние элек­три­че­ской
про­во­ди­мо­сти с рос­том тем­пе­ра­ту­ры.

5) Низ­кие зна­че­ния по­тен­циа­ла
ио­ни­за­ции, т.е. спо­соб­ность лег­ко от­да­вать элек­тро­ны.

6) Ков­кость и тя­гу­честь.

7) Спо­соб­ность к об­ра­зо­ва­нию
спла­вов.

Все ме­тал­лы и спла­вы, при­ме­няе­мые
в на­стоя­щее вре­мя в тех­ни­ке, мож­но раз­де­лить на две ос­нов­ные груп­пы.
К пер­вой из них от­но­сят чер­ные ме­тал­лы – же­ле­зо и все его спла­вы, в ко­то­рых
оно со­став­ля­ет ос­нов­ную часть. Эти­ми спла­ва­ми яв­ля­ют­ся чу­гу­ны и
ста­ли. В тех­ни­ке час­то ис­поль­зу­ют так, на­зы­вае­мые, ле­ги­ро­ван­ные
ста­ли. К ним от­но­сят­ся, ста­ли, со­дер­жа­щие хром, ни­кель, вольф­рам, мо­либ­ден,
ва­на­дий, ко­бальт, ти­тан и дру­гие ме­тал­лы. Ино­гда в ле­ги­ро­ван­ные ста­ли
вхо­дят 5-6 раз­лич­ных ме­тал­лов. Ме­то­дом ле­ги­ро­ва­ния по­лу­ча­ют, раз­лич­ные
цен­ные ста­ли, об­ла­даю­щие в од­них слу­ча­ях по­вы­шен­ной проч­но­стью, в
дру­гих – вы­со­кой со­про­тив­ляе­мо­стью к ис­ти­ра­нию, в треть­их – кор­ро­зи­он­ной
ус­той­чи­во­стью, т.е. спо­соб­но­стью не раз­ру­шать­ся под дей­ст­ви­ем внеш­ней
сре­ды.

Ко вто­рой груп­пе от­но­сят
цвет­ные ме­тал­лы и их спла­вы. Они по­лу­чи­ли та­кое на­зва­ние по­то­му,
что име­ют раз­лич­ную ок­ра­ску. На­при­мер, медь свет­ло-крас­ная; ни­кель,
оло­во, се­реб­ро – бе­лые; сви­нец – го­лу­бо­ва­то-бе­лый, зо­ло­то – жел­тое.
Из спла­вов в прак­ти­ке на­шли боль­шое при­ме­не­ние: брон­за – сплав ме­ди с
оло­вом и дру­ги­ми ме­тал­ла­ми, ла­тунь – сплав ме­ди с цин­ком, баб­бит –
сплав оло­ва с сурь­мой и ме­дью и др.

Это де­ле­ние на чер­ные и
цвет­ные ме­тал­лы ус­лов­но.

На­ря­ду с чер­ны­ми и цвет­ны­ми
ме­тал­ла­ми вы­де­ля­ют еще груп­пу бла­го­род­ных ме­тал­лов: се­реб­ро, зо­ло­то,
пла­ти­ну, ру­те­ний и не­ко­то­рые дру­гие. Они на­зва­ны так по­то­му, что
прак­ти­че­ски не окис­ля­ют­ся на воз­ду­хе да­же при по­вы­шен­ной тем­пе­ра­ту­ре
и не раз­ру­ша­ют­ся при дей­ст­вии на них рас­тво­ров ки­слот и ще­ло­чей.

C внеш­ней
сто­ро­ны ме­тал­лы, как из­вест­но, ха­рак­те­ри­зу­ют­ся, пре­ж­де все­го,
осо­бым «ме­тал­ли­че­ским» бле­ском, ко­то­рый обу­слов­ли­ва­ет­ся их спо­соб­но­стью
силь­но от­ра­жать лу­чи све­та. Од­на­ко этот блеск на­блю­да­ет­ся обык­но­вен­но
толь­ко в том слу­чае, ко­гда ме­талл об­ра­зу­ет сплош­ную ком­пакт­ную мас­су.
Прав­да, маг­ний и алю­ми­ний со­хра­ня­ют свой блеск, да­же бу­ду­чи пре­вра­щен­ны­ми,
в по­ро­шок, но боль­шин­ст­во ме­тал­лов 
в мел­ко­раз­дроб­лен­ном ви­де име­ет чер­ный или тем­но-се­рый цвет.
За­тем ти­пич­ные ме­тал­лы об­ла­да­ют вы­со­кой те­п­ло- и элек­тро­про­вод­но­стью,
при­чем по спо­соб­но­сти про­во­дить те­п­ло и ток рас­по­ла­га­ют­ся в од­ном
и том же по­ряд­ке: луч­шие про­вод­ни­ки – се­реб­ро и медь, худ­шие – сви­нец
и ртуть. С по­вы­ше­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры элек­тро­про­вод­ность па­да­ет, при
по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры, на­обо­рот, уве­ли­чи­ва­ет­ся.

Очень важ­ным свой­ст­вом ме­тал­лов
яв­ля­ет­ся их срав­ни­тель­но лег­кая ме­ха­ни­че­ская де­фор­мация. Ме­тал­лы
пла­стич­ны, они хо­ро­шо ку­ют­ся, вы­тя­ги­ва­ют­ся в про­во­ло­ку, про­ка­ты­ва­ют­ся
в лис­ты и т.п.

Ха­рак­тер­ные фи­зи­че­ские
свой­ст­ва ме­тал­лов на­хо­дят­ся в свя­зи с осо­бен­но­стя­ми их внут­рен­ней
струк­ту­ры. Со­глас­но со­вре­мен­ным воз­зре­ни­ям, кри­стал­лы ме­тал­лов со­сто­ят
из по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ных ио­нов и сво­бод­ных элек­тро­нов, от­ще­пив­ших­ся
от со­от­вет­ст­вую­щих ато­мов. Весь кри­сталл мож­но се­бе пред­ста­вить в ви­де
про­стран­ст­вен­ной ре­шет­ки, уз­лы ко­то­рой за­ня­ты ио­на­ми, а в про­ме­жут­ках
ме­ж­ду ио­на­ми на­хо­дят­ся лег­ко­под­виж­ные элек­тро­ны. Эти элек­тро­ны
по­сто­ян­но пе­ре­хо­дят от од­них ато­мов к дру­гим и вра­ща­ют­ся во­круг яд­ра
то од­но­го, то дру­го­го ато­ма. Так как элек­тро­ны не свя­за­ны с оп­ре­де­лен­ны­ми
ио­на­ми, то уже под влия­ни­ем не­боль­шой раз­но­сти по­тен­циа­лов они на­чи­на­ют
пе­ре­ме­щать­ся в оп­ре­де­лен­ном на­прав­ле­нии, т.е. воз­ни­ка­ет элек­три­че­ский
ток.

На­ли­чи­ем сво­бод­ных элек­тро­нов
обу­слов­ли­ва­ет­ся и вы­со­кая те­п­ло­про­вод­ность ме­тал­лов. На­хо­дясь в
не­пре­рыв­ном дви­же­нии, элек­тро­ны по­сто­ян­но стал­ки­ва­ют­ся с ио­на­ми
и об­ме­ни­ва­ют­ся с ни­ми энер­ги­ей. По­это­му ко­ле­ба­ния ио­нов, уси­лив­шие­ся
в дан­ной час­ти ме­тал­ла вслед­ст­вие на­гре­ва­ния, сей­час же пе­ре­да­ют­ся
со­сед­ним ио­нам, от них – сле­дую­щим и т.д., и те­п­ло­вое со­стоя­ние ме­тал­ла
бы­ст­ро вы­рав­ни­ва­ет­ся; вся мас­са ме­тал­ла при­ни­ма­ет оди­на­ко­вую
тем­пе­ра­ту­ру.

По плот­но­сти ме­тал­лы ус­лов­но
под­раз­де­ля­ют­ся на две боль­шие груп­пы: лег­кие ме­тал­лы, плот­ность ко­то­рых
не боль­ше 5 г/см³, и тя­же­лые ме­тал­лы – все ос­таль­ные. Плот­ность,
а так­же тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния не­ко­то­рых ме­тал­лов при­ве­де­ны в приложении №2.

Час­ти­цы ме­тал­лов, на­хо­дя­щих­ся
в твер­дом и жид­ком со­стоя­нии, свя­за­ны осо­бым ти­пом хи­ми­че­ской свя­зи
– так на­зы­вае­мой ме­тал­ли­че­ской свя­зью. Она оп­ре­де­ля­ет­ся од­но­вре­мен­ным
на­ли­чи­ем обыч­ных ко­ва­лент­ных свя­зей ме­ж­ду ней­траль­ны­ми ато­ма­ми и
ку­ло­нов­ским при­тя­же­ни­ем ме­ж­ду ио­на­ми и сво­бод­ны­ми элек­тро­на­ми.
Та­ким об­ра­зом, ме­тал­ли­че­ская связь яв­ля­ет­ся свой­ст­вом не от­дель­ных
час­тиц, а их аг­ре­га­тов.

Некоторые металлы
кристаллизируются в двух или более кристаллических формах. Это свойство веществ
– существовать в нескольких кристаллических модификациях – называют
полиморфизмом. Полиморфизм для простых веществ известен под названием
аллотропия.

Олово имеет две
кристаллические модификации:

·        
α – устойчива ниже 13,2°С (ρ = 5,75 г/см³). Это
серое олово. Оно имеет кристаллическую решетку типа алмаза (атомную);

·        
β – устойчива выше 13,2°С (ρ = 6,55 г/см³). Это
белое олово.

Белое олово –
серебристо-белый очень мягкий металл. При охлаждении ниже 13,2°С он рассыпается
в серый порошок, так как при переходе из β в α значительно
увеличивается его удельный объем. Это явление получило название оловянной чумы.

Металлы по-разному
взаимодействуют с магнитным полем. Такие металлы, как железо, кобальт, никель и
гадолиний, выделяются своей способностью намагничиваться и долго сохранять
состояние намагниченности. Их называют ферромагнетиками. Большинство металлов
(щелочные и щелочноземельные металлы и значительная часть переходных металлов)
слабо намагничиваются и не сохраняют это состояние вне магнитного поля – это
парамагнетики. Металлы, выталкиваемые магнитным полем – диамагнетики (медь,
серебро, золото, висмут).

III. По­ня­тие о спла­вах.

Ха­рак­тер­ной осо­бен­но­стью
ме­тал­лов яв­ля­ет­ся их спо­соб­ность об­ра­зо­вы­вать друг с дру­гом или с
не­ме­тал­ла­ми спла­вы. Что­бы по­лу­чить сплав, смесь ме­тал­лов обыч­но под­вер­га­ют
плав­ле­нию, а за­тем ох­ла­ж­да­ют с раз­лич­ной ско­ро­стью, ко­то­рая оп­ре­де­ля­ет­ся
при­ро­дой ком­по­нен­тов и из­ме­не­ни­ем ха­рак­те­ра их взаи­мо­дей­ст­вия в
за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры. Ино­гда спла­вы по­лу­ча­ют спе­ка­ни­ем
тон­ких по­рош­ков ме­тал­лов, не при­бе­гая к плав­ле­нию (по­рош­ко­вая ме­тал­лур­гия).
Итак, спла­вы – это про­дук­ты хи­ми­че­ско­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­тал­лов.

Кри­стал­ли­че­ская струк­ту­ра
спла­вов во мно­гом по­доб­на чис­тым ме­тал­лам, ко­то­рые, взаи­мо­дей­ст­вуя
друг с дру­гом при плав­ле­нии и по­сле­дую­щей кри­стал­ли­за­ции, об­ра­зу­ют:

а) хи­ми­че­ские со­еди­не­ния,
на­зы­вае­мые ин­тер­ме­тал­ли­да­ми;

б) твер­дые рас­тво­ры;

в) ме­ха­ни­че­скую смесь
кри­стал­лов ком­по­нен­тов.

Тот или иной тип взаи­мо­дей­ст­вия
оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем энер­гии взаи­мо­дей­ст­вия раз­но­род­ных
и од­но­род­ных час­тиц сис­те­мы, то есть со­от­но­ше­ни­ем энер­гий взаи­мо­дей­ст­вия
ато­мов в чис­тых ме­тал­лах и спла­вах.

Од­на­ко не­ко­то­рые при­ме­си
ухуд­ша­ют ка­че­ст­во ме­тал­лов и спла­вов. Из­вест­но, на­при­мер, что чу­гун
(сплав же­ле­за и уг­ле­ро­да) не об­ла­да­ет той проч­но­стью и твер­до­стью,
ко­то­рая ха­рак­тер­на для ста­лей. По­ми­мо уг­ле­ро­да, на свой­ст­ва ста­ли,
влия­ют до­бав­ки се­ры и фос­фо­ра, уве­ли­чи­ваю­щие ее хруп­кость.

Из цвет­ных спла­вов от­ме­тим
брон­зу, ла­тунь, мель­хи­ор и дю­ра­лю­ми­ний.

Брон­за – сплав на ос­но­ве ме­ди с до­бав­кой (до 20%) оло­ва. Брон­за хо­ро­шо
от­ли­ва­ет­ся, по­это­му ис­поль­зу­ет­ся в ма­ши­но­строе­нии, где из неё из­го­тав­ли­ва­ют
под­шип­ни­ки, порш­не­вые коль­ца, кла­па­ны, ар­ма­ту­ру и т. д. Ис­поль­зу­ет­ся
так­же для ху­до­же­ст­вен­но­го ли­тья.

Ла­тунь – так­же мед­ный сплав, со­дер­жа­щий от 10 до 50% цин­ка. При­ме­ня­ет­ся
в мо­то­ро­строе­нии.

Мель­хи­ор – сплав, со­дер­жа­щий око­ло 80% ме­ди и 20% ни­ке­ля, по­хож по внеш­не­му
ви­ду на се­реб­ро. Ис­поль­зу­ет­ся для из­го­тов­ле­ния срав­ни­тель­но не­до­ро­гих
сто­ло­вых при­бо­ров и ху­до­же­ст­вен­ных из­де­лий.

Дю­ра­лю­ми­ний (дю­раль, ду­ра­лю­мин) –
сплав на ос­но­ве алю­ми­ния, со­дер­жа­щий медь, маг­ний, мар­га­нец и ни­кель.
Име­ет хо­ро­шие ме­ха­ни­че­ские свой­ст­ва, при­ме­ня­ет­ся в са­мо­лё­то­строе­ние
и ма­ши­но­строе­ние.

Окружающие нас металлические
предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или
медная проволка имеют чистоту около 99,9%. В большинстве же других случаев люди
имеют дело со сплавами. Так, различные виды железа и стали, содержат наряду с
металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают
решающее влияние на механическое и термическое поведение сплавов. Все сплавы
имеют специальную маркировку, т.к. сплавы с одним названием (например, латунь)
могут иметь разные массовые доли других металлов.

Для изготовления сплавов
применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют,
стали различных составов. Простые конструкционные стали, состоят из железа
относительно высокой чистоты с небольшими (0,07—0,5%) добавками углерода. Так,
чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10% других металлов, из них
примерно 3% составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор.
А легированные стали, получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец,
никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.

Никель наряду с хромом
является важнейшим компонентом многих сплавов. Он придает сталям высокую
химическую стойкость и механическую прочность. Так, известная нержавеющая сталь
содержит в среднем 18% хрома и 8% никеля. Для производства химической
аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы,
которые устойчивы при температурах выше 1000 °С, то есть не разрушаются
кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим
условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Большую группу
составляют медно-никелевые сплавы.

Сплав меди, известный с
древнейших времен, – бронза содержит 4-30% олова (обычно 8-10%). До
наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции,
Китая. Из бронзы отливали в средние века орудия и многие другие изделия.
Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из сплава
меди с оловом. В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими
металлами, что приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые
содержат 5-10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы
чеканят медные монеты. Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы
содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы,
практически вечны. Широкое применение в народном хозяйстве нашли бронзы,
изготовленные на основе других металлов: свинца, марганца, сурьмы, железа и
кремния.

Сплав мельхиор
содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Температура плавления мельхиора
составляет 1170 °С. Он имеет красивый внешний вид. Из мельхиора изготавливают
посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав –
нейзильбер – содержит, кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав
используют для изготовления художественных изделий, медицинского инструмента.
Медно-никелевые сплавы константан (40% никеля) и манганин (сплав
меди, никеля и марганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением.
Их используют в производстве электроизмерительных приборов. Характерная
особенность всех медно-никелевых сплавов – их высокая стойкость к процессам
коррозии – они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде. Сплавы
меди с цинком с содержанием цинка до 50% носят название латунь. Латунь
“60” содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей
цинка. Для литья цинка под давлением применяют сплав, содержащий около 94%
цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевые сплавы, обладают хорошими
механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим
качествам нашли широкое применение в машиностроении, химической промышленности,
в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто
добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней
изготавливают трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы, патронные гильзы,
памятные медали, а также части технологических аппаратов для получения различных
веществ.

По следующим рецептам можно
получить легкоплавкие сплавы. Сплав Ньютона: 31 массовая часть свинца,
19 частей олова и 50 частей висмута. Температура плавления 95 °С. Сплав
Вуда: 25 частей свинца, 12,5 частей олова, 50 частей висмута и 12,5 частей
кадмия. Температура плавления 60 °С. Ложка из такого сплава расплавится, если
ею помешать горячий кофе. Раньше это демонстрировали в качестве шутливого
опыта. Однако перемешанный таким образом напиток ядовит из-за солей свинца и
висмута!

Промышленные медно-никелевые
сплавы условно можно разделить на две группы: конструкционные (или
коррозионностойкие) и электротехнические (термоэлектродные сплавы
и сплавы сопротивления).

К конструкционным
сплавам относятся, куниаль, мельхиор, нейзильбер и др. Мельхиорами
называют двойные и более сложные сплавы на основе меди, основным легирующим
компонентом которых является никель. Для повышения коррозионной стойкости в
морской воде их дополнительно легируют железом и марганцем. Нейзильберы
по сравнению с мельхиорами характеризуются высокой прочностью из-за
дополнительного легирования цинком. Куниалями называются сплавы
тройной системы Cu-Ni-Al. Никель и алюминий при высоких температурах
растворяются в меди в больших количествах, но с понижением температуры
растворимость резко уменьшается. По этой причине сплавы системы Cu-Ni-Al
эффективно упрочняются закалкой и старением. Сплавы под закалку нагревают до
900 -1000 ^оС, а затем подвергают старению при 500-600 ^оС.
Упрочнение при старении обеспечивают дисперсные выделения фаз Ni3Al и NiAl.
Мельхиор, нейзильбер, куниали отличаются высокими механическими и коррозионными
свойствами, применяются для изготовления теплообменных аппаратов в морском
судостроении (конденсаторные трубы и термостаты), медицинского инструмента,
деталей точной механики и химической промышленности, деталей приборов в
электротехнике, радиотехнике и для изготовления посуды. Мельхиор марки МН19 и
нейзильбер марки МНЦ15-20 используются как резистивные сплавы.

К сплавам электротехническим
относятся сплавы сопротивления – манганин (МНМц3-12) и константан
(МНМц40-1б5) и сплавы для термоэлектродов и компенсационных проводов: копель
(МНМц43-0,5).

Сплав Ньютона: 31 массовая
часть свинца, 19 частей олова и 50 частей висмута. Температура плавления 95 °С.

Сплав Вуда: 25 частей
свинца, 12,5 частей олова, 50 частей висмута и 12,5 частей кадмия (кадмий лучше
всего получить в гальванической мастерской). Температура плавления 60 °С. Ложка
из такого сплава расплавится, если ею помешать горячий кофе. Раньше это
демонстрировали в качестве шутливого опыта. Перемешанный таким образом напиток
ядовит из-за солей свинца и висмута!

В нашей маленькой печи мы
можем получить немного латуни. Для этого расплавим медь с помощью бунзеновской
или, лучше, стеклодувной горелки и затем добавим кусочки цинка; можно и сразу
поместить кусочки обоих металлов в тигель. Латунь 60 содержит, например, 60
весовых частей мели и 40 весовых частей цинка (В СССР так называемые двойные
латуни тоже маркируются по содержанию меди. Марка Л80, например, означает, что
в латуни содержится 79-81 % меди, а остальное – цинк. – Прим. перев.).

Для литья цинка под
давлением применяют сплав, содержащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди.

IV. Хи­ми­че­ские свой­ст­ва ме­тал­лов.

Ос­нов­ным хи­ми­че­ским
свой­ст­вом ме­тал­лов яв­ля­ет­ся спо­соб­ность их ато­мов лег­ко от­да­вать
свои ва­лент­ные элек­тро­ны и пе­ре­хо­дить в по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ные
ио­ны. Ти­пич­ные ме­тал­лы ни­ко­гда не при­сое­ди­ня­ют элек­тро­нов; их ио­ны
все­гда за­ря­же­ны по­ло­жи­тель­но.

Лег­ко от­да­вая при хи­ми­че­ских
ре­ак­ци­ях свои ва­лент­ные элек­тро­ны, ти­пич­ные ме­тал­лы яв­ля­ют­ся энер­гич­ны­ми
вос­ста­но­ви­те­ля­ми.

Спо­соб­ность к от­да­че
элек­тро­нов про­яв­ля­ет­ся у от­дель­ных ме­тал­лов да­ле­ко не в оди­на­ко­вой
сте­пе­ни. Чем лег­че ме­талл от­да­ет свои элек­тро­ны, тем он ак­тив­нее, тем
энер­гич­нее всту­па­ет во взаи­мо­дей­ст­вие с дру­ги­ми ве­ще­ст­ва­ми.

Опус­тим ку­со­чек цин­ка в
рас­твор ка­кой-ни­будь свин­цо­вой со­ли. Цинк на­чи­на­ет рас­тво­рять­ся, а
из рас­тво­ра вы­де­ля­ет­ся сви­нец. Ре­ак­ция вы­ра­жа­ет­ся урав­не­ни­ем:

Zn Pb(NO₃)₂ = Pb Zn(NO₃)₂

Из урав­не­ния сле­ду­ет,
что эта ре­ак­ция яв­ля­ет­ся ти­пич­ной ре­ак­ци­ей окис­ле­ния-вос­ста­нов­ле­ния.
Сущ­ность ее сво­дит­ся к то­му, что ато­мы цин­ка от­да­ют свои ва­лент­ные
элек­тро­ны ио­нам двух­ва­лент­но­го свин­ца, тем са­мым, пре­вра­ща­ясь в ио­ны
цин­ка, а ио­ны свин­ца вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся и вы­де­ля­ют­ся в ви­де ме­тал­ли­че­ско­го
свин­ца. Ес­ли по­сту­пить на­обо­рот, то есть по­гру­зить ку­со­чек свин­ца в
рас­твор цин­ко­вой со­ли, то ни­ка­кой ре­ак­ции не про­изой­дет. Это по­ка­зы­ва­ет,
что цинк бо­лее ак­ти­вен, чем сви­нец, что его ато­мы лег­че от­да­ют, а ио­ны
труд­нее при­сое­ди­ня­ют элек­тро­ны, чем ато­мы и ио­ны свин­ца.

Вы­тес­не­ние од­них ме­тал­лов
из их со­еди­не­ний дру­ги­ми ме­тал­ла­ми впер­вые бы­ло под­роб­но изу­че­но
рус­ским уче­ным Бе­ке­то­вым, рас­по­ло­жив­шим ме­тал­лы по их убы­ваю­щей хи­ми­че­ской
ак­тив­но­сти в так на­зы­вае­мый «вы­тес­ни­тель­ный ряд». В на­стоя­щее вре­мя
вы­тес­ни­тель­ный ряд Бе­ке­то­ва но­сит на­зва­ние ря­да на­пря­же­ний.

В приложении №3 пред­став­ле­ны
зна­че­ния стан­дарт­ных элек­трод­ных по­тен­циа­лов не­ко­то­рых ме­тал­лов.
Сим­во­лом Me /Me ^– обо­зна­чен ме­талл Me, по­гру­жен­ный
в рас­твор его со­ли. Стан­дарт­ные по­тен­циа­лы элек­тро­дов, вы­сту­паю­щих
как вос­ста­но­ви­те­ли по от­но­ше­нию к во­до­ро­ду, име­ют знак «-», а зна­ком
« » от­ме­че­ны стан­дарт­ные по­тен­циа­лы элек­тро­дов, яв­ляю­щих­ся окис­ли­те­ля­ми.       

Ме­тал­лы, рас­по­ло­жен­ные
в по­ряд­ке воз­рас­та­ния их стан­дарт­ных элек­трод­ных по­тен­циа­лов, и об­ра­зу­ют
элек­тро­хи­ми­че­ский ряд на­пря­же­ний ме­тал­лов:

Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

Ряд на­пря­же­ний ха­рак­те­ри­зу­ет
хи­ми­че­ские свой­ст­ва ме­тал­лов:

1) Чем мень­ше элек­трод­ный
по­тен­ци­ал ме­тал­ла, тем боль­ше его вос­ста­но­ви­тель­ная спо­соб­ность.

2) Ка­ж­дый ме­талл спо­со­бен
вы­тес­нять (вос­ста­нав­ли­вать) из рас­тво­ров со­лей те ме­тал­лы, ко­то­рые
сто­ят в ря­ду на­пря­же­ний по­сле не­го:

Fe⁰ Cu ²SO₄ = Fe ²SO₄
Cu⁰

Cu⁰ Hg ²Cl₂ = Hg⁰
Cu ²Cl₂

3) Все ме­тал­лы, имею­щие
от­ри­ца­тель­ный стан­дарт­ный элек­трод­ный по­тен­ци­ал, то есть на­хо­дя­щие­ся
в ря­ду на­пря­же­ний ле­вее во­до­ро­да, спо­соб­ны вы­тес­нять его из рас­тво­ров
ки­слот:

Zn⁰ 2H ¹Cl = Zn ²Cl₂
H₂⁰

А вот медь не реа­ги­ру­ет с
хло­ро­во­до­род­ной ки­сло­той. На­до пом­нить, что это пра­ви­ло име­ет ряд
по­пра­вок:

а) пра­ви­ло со­блю­да­ет­ся,
ес­ли в ре­ак­ции ме­тал­ла с ки­сло­той об­ра­зу­ет­ся  рас­тво­ри­мая соль;

б) кон­цен­три­ро­ван­ная
сер­ная ки­сло­та и азот­ная ки­сло­та лю­бой кон­цен­тра­ции реа­ги­ру­ет с ме­тал­ла­ми
по-осо­бо­му, при этом во­до­род не об­ра­зу­ет­ся;

в) на ще­лоч­ные ме­тал­лы
пра­ви­ло не рас­про­стра­ня­ет­ся, так как они лег­ко взаи­мо­дей­ст­ву­ют с
во­дой (а ука­зан­ное пра­ви­ло от­но­сит­ся к ре­ак­ци­ям вод­ных рас­тво­ров
ки­слот с ме­тал­ла­ми).

Не­об­хо­ди­мо от­ме­тить,
что пред­став­лен­ный ряд ха­рак­те­ри­зу­ет по­ве­де­ние ме­тал­лов и их со­лей
толь­ко в вод­ных рас­тво­рах и при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре. Кро­ме то­го,
нуж­но иметь в ви­ду, что вы­со­кая элек­тро­хи­ми­че­ская ак­тив­ность ме­тал­лов
не все­гда оз­на­ча­ет его вы­со­кую хи­ми­че­скую ак­тив­ность. На­при­мер,
ряд на­пря­же­ний на­чи­на­ет­ся ли­ти­ем, то­гда как бо­лее ак­тив­ные в хи­ми­че­ском
от­но­ше­нии металлы: ру­би­дий и ка­лий на­хо­дят­ся пра­вее ли­тия. Это свя­за­но
с ис­клю­чи­тель­но вы­со­кой энер­ги­ей про­цес­са гид­ра­та­ции ио­нов ли­тия
по срав­не­нию с ио­на­ми дру­гих ще­лоч­ных ме­тал­лов.

С кислородом воздуха легко
взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы:

4Li⁰ O₂⁰ = 2Li₂ ¹O^-2(4е^–)

2Ca⁰ O₂⁰ = 2Ca ²O^-2(4е^–)

С кислородом натрий и калий
образуют не оксиды, а пероксиды:

2Na⁰ O₂⁰ = Na₂ ¹O₂^-1(2е^–)

2K⁰ O₂⁰ = K₂ ¹O₂^-1(2е^–)

Железо, цинк, медь и другие,
менее активные металлы энергично окисляются кислородом только при нагревании:

2Zn⁰ O₂⁰ = 2Zn ²O^-2(4е^–)

2Cu⁰ O₂⁰ = 2Cu ²O^-2(4е^–)

Зо­ло­то и пла­ти­но­вые ме­тал­лы
не окис­ля­ют­ся ки­сло­ро­дом воз­ду­ха, ни при ка­ких ус­ло­ви­ях.

На воз­ду­хе при обыч­ной
тем­пе­ра­ту­ре по­верх­ность бе­рил­лия и маг­ния по­кры­ва­ет­ся за­щит­ной
ок­сид­ной плен­кой. Ще­лоч­но­зе­мель­ные ме­тал­лы взаи­мо­дей­ст­ву­ют с ки­сло­ро­дом
воз­ду­ха бо­лее ак­тив­но, по­это­му их хра­нят под сло­ем ке­ро­си­на или в
за­па­ян­ных со­су­дах, как и ще­лоч­ные ме­тал­лы.

При на­гре­ва­нии на воз­ду­хе
все рас­смат­ри­вае­мые ме­тал­лы энер­гич­но сго­ра­ют с об­ра­зо­ва­ни­ем ок­си­дов:

2Be⁰ O₂⁰ = 2Be ²O^-2(4е^–)

2Mg⁰ O₂⁰ = 2Mg ²O^-2(4е^–)

Ре­ак­ция сжи­га­ния маг­ния
со­про­во­ж­да­ет­ся ос­ле­пи­тель­ной вспыш­кой, рань­ше она при­ме­ня­лась
при фо­то­гра­фи­ро­ва­нии объ­ек­тов в тем­ных по­ме­ще­ни­ях. В на­стоя­щее
вре­мя ис­поль­зу­ют элек­три­че­скую вспыш­ку.

Щелочные металлы активно
взаимодействуют почти со всеми неметаллами. Используя общее обозначение для
металлов Ме, запишем в общей форме уравнение реакций щелочных металлов с
неметаллами – водородом, хлором и серой:

2Me⁰ H₂⁰
= 2Me ¹H^-1(2е^–)

2Me⁰ Cl₂⁰ = 2Me ¹Cl^-1(2е^–)

2Me⁰ S⁰ = Me₂ ¹S^-2(2е^–)

Щелочноземельные металлы при
высоких температурах окисляются водородом до гидридов:

Me⁰
H₂⁰ = Me ²H₂^-1(2е^–)

Бериллий, магний и все
щелочноземельные металлы взаимодействуют при нагревании с неметаллами – хлором,
серой, азотом и т. д., образуя соответственно хлориды, сульфиды, нитриды:

Me⁰ Cl₂⁰ = Me ²Cl₂^-1(2е^–)

Me⁰ S⁰ = Me ²S^-2(2е^–)

3Me⁰ N₂⁰ = Me₃ ²N₂^-3(6е)

Все ще­лоч­ные ме­тал­лы ак­тив­но
взаи­мо­дей­ст­ву­ют с во­дой, об­ра­зуя ще­ло­чи  и  вос­ста­нав­ли­вая
во­ду до во­до­ро­да (ри­су­нок спра­ва[2]).
Ско­рость взаи­мо­дей­ст­вия ще­лоч­но­го ме­тал­ла с во­дой бу­дет уве­ли­чи­вать­ся
от ли­тия к це­зию:

2Me⁰ 2H ¹OH = 2Me ¹OH
    H₂⁰(2е^–)

Из всех ме­тал­лов глав­ной
под­груп­пы II груп­пы толь­ко бе­рил­лий прак­ти­че­ски не взаи­мо­дей­ст­ву­ет
с во­дой[3],
маг­ний реа­ги­ру­ет с ней мед­лен­но, ос­таль­ные ме­тал­лы бур­но взаи­мо­дей­ст­ву­ет
с во­дой в обыч­ных ус­ло­ви­ях:

Me⁰ 2H ¹OH = Me ²(OH)₂
H₂⁰(2е^–)

Другие металлы, стоящие в
ряду напряжений до водорода, тоже могут при определённых условиях вытеснять
водород из воды. Но алюминий бурно взаимодействует с водой, только если удалить
с его поверхности оксидную плёнку:

2Al⁰ 6H₂ ¹0 = 2Al ³(OH)₃ 3H₂⁰

Железо взаимодействует с
водой только в раскаленном виде:

3Fe⁰ 4H₂ ¹O = (Fe ²Fe₂ ³)O₄
4H₂⁰

С кислотами в растворе (HCl, H₂SO_4(разб.), CH₃COOH и
др., кроме HNO₃) взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжений
до водорода. При этом образуется соль и водород.

2Al⁰
6H ¹Cl = 2Al ³Cl³ 3H₂⁰

2CH₃COOH ¹
Mg⁰ = Mg ²(CH₃COO)₂ H₂⁰

С солями менее активных
металлов в растворе. В результате такой реакции образуется растворимая соль
более активного металла и выделяется менее активный металл в свободном виде:

Fe⁰
Cu ²SO₄ = Fe ²SO₄ Cu⁰

V. Кор­ро­зия ме­тал­лов.

Поч­ти все ме­тал­лы, при­хо­дя
в со­при­кос­но­ве­ние с ок­ру­жаю­щей их га­зо­об­раз­ной или жид­кой сре­дой,
бо­лее или ме­нее бы­ст­ро под­вер­га­ют­ся с по­верх­но­сти раз­ру­ше­нию. При­чи­ной
его яв­ля­ет­ся хи­ми­че­ское взаи­мо­дей­ст­вие ме­тал­лов с на­хо­дя­щи­ми­ся
в воз­ду­хе га­за­ми, а так­же во­дой и рас­тво­рен­ны­ми в ней ве­ще­ст­ва­ми.

Вся­кий про­цесс хи­ми­че­ско­го
раз­ру­ше­ния ме­тал­лов под дей­ст­ви­ем ок­ру­жаю­щей сре­ды на­зы­ва­ют кор­ро­зи­ей.

Про­ще все­го про­те­ка­ет
кор­ро­зия при со­при­кос­но­ве­нии ме­тал­лов с га­за­ми. На по­верх­но­сти ме­тал­ла
об­ра­зу­ют­ся со­от­вет­ст­вую­щие со­еди­не­ния: ок­си­ды, сер­ни­стые со­еди­не­ния,
ос­нов­ные со­ли уголь­ной ки­сло­ты, ко­то­рые не­ред­ко по­кры­ва­ют по­верх­ность
плот­ным сло­ем, за­щи­щаю­щим ме­талл от даль­ней­ше­го воз­дей­ст­вия тех же
га­зов.

Ина­че об­сто­ит де­ло при
со­при­кос­но­ве­нии ме­тал­ла с жид­кой сре­дой – во­дой и рас­тво­рен­ны­ми в
ней ве­ще­ст­ва­ми. Об­ра­зую­щие­ся при этом со­еди­не­ния мо­гут рас­тво­рять­ся,
бла­го­да­ря че­му кор­ро­зия рас­про­стра­ня­ет­ся даль­ше вглубь ме­тал­ла.
Кро­ме то­го, во­да, со­дер­жа­щая рас­тво­рен­ные ве­ще­ст­ва, яв­ля­ет­ся про­вод­ни­ком
элек­три­че­ско­го то­ка, вслед­ст­вие че­го по­сто­ян­но воз­ни­ка­ют элек­тро­хи­ми­че­ские
про­цес­сы, ко­то­рые яв­ля­ют­ся од­ним из глав­ных фак­то­ров, обу­слав­ли­ваю­щих
и ус­ко­ряю­щих кор­ро­зию.

Чаще всего коррозии
подвергаются изделия из железа. Особенно сильно коррозирует металл во влажном
воздухе и воде. Упрощенно этот процесс можно выразить с помощью следующего
уравнения химической реакции:

4Fe ЗО₂ 6Н₂O = 4Fe(ОН)₃

Для борь­бы с кор­ро­зи­ей
су­ще­ст­ву­ет мно­го спо­со­бов. На­зо­ву не­ко­то­рые из них.

1) На­не­се­ние за­щит­ных
по­кры­тий на по­верх­но­сти пре­до­хра­няе­мо­го от кор­ро­зии ме­тал­ла. Для
это­го час­то ис­поль­зу­ют мас­ля­ные крас­ки, эма­ли, ла­ки. Эти не­ме­тал­ли­че­ские
по­кры­тия де­ше­вые, но обыч­но не­дол­го­веч­ные. Раз в два го­да, а ино­гда
и ча­ще их тре­бу­ет­ся об­нов­лять. Так, на­при­мер, кра­сят Эй­фе­ле­ву баш­ню
в Па­ри­же.

Пре­до­хра­няе­мый ме­талл
мож­но по­крыть сло­ем дру­го­го ме­тал­ла: зо­ло­та, се­реб­ра, хро­ма, ни­ке­ля,
оло­ва, цин­ка и др. Один из са­мых ста­рых спо­со­бов — это лу­же­ние, или по­кры­тие
же­лез­но­го лис­та сло­ем оло­ва. Та­кое же­ле­зо на­зы­ва­ют бе­лой же­стью.

2) Ис­поль­зо­ва­ние не­ржа­вею­щих
ста­лей, со­дер­жа­щих спе­ци­аль­ные до­бав­ки. На­при­мер, «не­ржа­вей­ка»,
из ко­то­рой из­го­тав­ли­ва­ют сто­ло­вые при­бо­ры, со­дер­жит до 12% хро­ма
и до 10% ни­ке­ля. Лег­кие не­ржа­вею­щие спла­вы вклю­ча­ют алю­ми­ний или ти­тан.
Вся­кий, кто был во Все­рос­сий­ском вы­ста­воч­ном цен­тре, ви­дел пе­ред вхо­дом
обе­лиск «По­ко­ри­те­лям кос­мо­са об­ли­цо­ван­ный пла­стин­ка­ми из ти­та­но­во­го
спла­ва (рисунок слева[4]).
На его ма­то­вой бле­стя­щей по­верх­но­сти нет ни од­но­го пят­ныш­ка ржав­чи­ны.

3) Вве­де­ние в ра­бо­чую
сре­ду, где на­хо­дят­ся ме­тал­ли­че­ские де­та­ли, ве­ществ, ко­то­рые в де­сят­ки
и сот­ни раз умень­ша­ют аг­рес­сив­ность сре­ды. Та­кие ве­ще­ст­ва на­зы­ва­ют­ся
ин­ги­би­то­ра­ми кор­ро­зии.

Ин­ги­би­то­ры кор­ро­зии
вво­дят в замк­ну­тые сис­те­мы ох­ла­ж­де­ния, в неф­те­про­дук­ты и да­же
вспры­ски­ва­ют в га­зо­про­во­ды для сни­же­ния кор­ро­зии труб из­нут­ри. Для
пре­дот­вра­ще­ния кор­ро­зии же­ле­за в сер­ной ки­сло­те к ней до­бав­ля­ют в
ка­че­ст­ве ин­ги­би­то­ра азот­ную ки­сло­ту.

4) Соз­да­ние кон­так­та с
бо­лее ак­тив­ным ме­тал­лом — про­тек­то­ром. На­при­мер, для за­щи­ты сталь­ных
кор­пу­сов мор­ских су­дов обыч­но ис­поль­зу­ют цинк. Да и на су­ше ме­тал­ли­че­скую
кон­ст­рук­цию (тру­бу, ЛЭП и т. д.) со­еди­ня­ют с лис­том или кус­ком бо­лее
ак­тив­но­го ме­тал­ла. С этой же це­лью к де­та­лям кон­ст­рук­ции мос­тов при­ва­ри­ва­ют
кус­ки цин­ка.

Чис­тые ме­тал­лы в боль­шин­ст­ве
слу­ча­ев поч­ти не под­вер­га­ют­ся кор­ро­зии. Да­же та­кой ме­талл, как же­ле­зо,
в со­вер­шен­но чис­том ви­де поч­ти не ржа­ве­ет. Но обык­но­вен­ные тех­ни­че­ские
ме­тал­лы все­гда со­дер­жат раз­лич­ные при­ме­си, что соз­да­ет бла­го­при­ят­ные
ус­ло­вия для кор­ро­зии.

Убыт­ки, при­чи­няе­мые кор­ро­зи­ей
ме­тал­лов, ог­ром­ны. Вы­чис­ле­но, на­при­мер, что вслед­ст­вие кор­ро­зии,
еже­год­но гиб­нет, та­кое ко­ли­че­ст­во ста­ли, ко­то­рое рав­но при­бли­зи­тель­но
чет­вер­ти всей ми­ро­вой до­бы­чи его за год. По­это­му изу­че­нию про­цес­сов
кор­ро­зии и оты­ска­нию наи­луч­ших средств ее пре­дот­вра­ще­ния уде­ля­ет­ся
очень мно­го вни­ма­ния.

Спо­со­бы борь­бы с кор­ро­зи­ей
чрез­вы­чай­но раз­но­об­раз­ны. Наи­бо­лее про­стой из них за­клю­ча­ет­ся в
за­щи­те по­верх­но­сти ме­тал­ла от не­по­сред­ст­вен­но­го со­при­кос­но­ве­ния
с ок­ру­жаю­щей сре­дой пу­тем по­кры­тия мас­ля­ной крас­кой, ла­ком, эма­лью
или, на­ко­нец, тон­ким сло­ем дру­го­го ме­тал­ла. Осо­бый ин­те­рес с тео­ре­ти­че­ской
точ­ки зре­ния пред­став­ля­ет по­кры­тие од­но­го ме­тал­ла дру­гим.

К ним от­но­сят­ся: ка­тод­ное
по­кры­тие, ко­гда за­щи­щаю­щий ме­талл сто­ит в ря­ду на­пря­же­ний пра­вее
за­щи­щаю­ще­го (ти­пич­ным при­ме­ром мо­жет слу­жить лу­же­ная, то есть по­кры­тая
оло­вом, сталь); анод­ное по­кры­тие, на­при­мер по­кры­тие, ста­ли цин­ком.

Для за­щи­ты от кор­ро­зии
це­ле­со­об­раз­но по­кры­вать по­верх­ность ме­тал­ла сло­ем бо­лее ак­тив­но­го
ме­тал­ла, чем сло­ем ме­нее ак­тив­но­го. Од­на­ко дру­гие со­об­ра­же­ния не­ред­ко
за­став­ля­ют при­ме­нять так­же по­кры­тия из ме­нее ак­тив­ных ме­тал­лов.

На прак­ти­ке ча­ще все­го
при­хо­дит­ся при­ни­мать ме­ры, к за­щи­те ста­ли как ме­тал­ла, осо­бен­но
под­вер­жен­но­го кор­ро­зии. Кро­ме цин­ка, из бо­лее ак­тив­ных ме­тал­лов
для этой це­ли ино­гда при­ме­ня­ют кад­мий, дей­ст­вую­щий по­доб­но цин­ку.
Из ме­нее ак­тив­ных ме­тал­лов для по­кры­тия ста­ли, ча­ще все­го ис­поль­зу­ют
оло­во, медь, ни­кель.

По­кры­тые ни­ке­лем сталь­ные
из­де­лия име­ют кра­си­вый вид, чем объ­яс­ня­ет­ся ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние
ни­ке­ли­ро­ва­ния. При по­вре­ж­де­нии слоя ни­ке­ля кор­ро­зия про­хо­дит ме­нее
ин­тен­сив­но, чем при по­вре­ж­де­нии слоя ме­ди (или оло­ва), так как раз­ность
по­тен­циа­лов для па­ры ни­кель-же­ле­зо го­раз­до мень­ше, чем для па­ры медь
– же­ле­зо.

Из дру­гих спо­со­бов борь­бы
с кор­ро­зи­ей су­ще­ст­ву­ет еще спо­соб про­тек­то­ров, за­клю­чаю­щий­ся в
том, что за­щи­щае­мый ме­тал­ли­че­ский объ­ект при­во­дит­ся в кон­такт с
боль­шой по­верх­но­стью бо­лее ак­тив­но­го ме­тал­ла. Так, в па­ро­вые кот­лы
вво­дят лис­ты цин­ка, на­хо­дя­щие­ся в кон­так­те со стен­ка­ми кот­ла и об­ра­зую­щие
с ни­ми галь­ва­ни­че­скую па­ру.

VI. Спо­со­бы по­лу­че­ния ме­тал­лов.

Ог­ром­ное боль­шин­ст­во ме­тал­лов
на­хо­дит­ся в при­ро­де в ви­де со­еди­не­ний с дру­ги­ми эле­мен­та­ми.

Толь­ко не­мно­гие ме­тал­лы
встре­ча­ют­ся в сво­бод­ном со­стоя­нии, и то­гда они на­зы­ва­ют­ся са­мо­род­ны­ми.
Зо­ло­то и пла­ти­на встре­ча­ют­ся поч­ти ис­клю­чи­тель­но в са­мо­род­ном ви­де,
се­реб­ро и медь – от­час­ти в са­мо­род­ном ви­де; ино­гда по­па­да­ют­ся так­же
са­мо­род­ные ртуть, оло­во и не­ко­то­рые дру­гие ме­тал­лы.

До­бы­ва­ние зо­ло­та и пла­ти­ны
про­из­во­дит­ся или по­сред­ст­вом ме­ха­ни­че­ско­го от­де­ле­ния их от той
по­ро­ды, в ко­то­рой они за­клю­че­ны, на­при­мер про­мыв­кой во­ды, или пу­тем
из­вле­че­ния их из по­ро­ды раз­лич­ны­ми реа­ген­та­ми с по­сле­дую­щим вы­де­ле­ни­ем
ме­тал­ла из рас­тво­ра. Все ос­таль­ные ме­тал­лы до­бы­ва­ют­ся хи­ми­че­ской
пе­ре­ра­бот­кой их при­род­ных со­еди­не­ний.

Ми­не­ра­лы и гор­ные по­ро­ды,
со­дер­жа­щие со­еди­не­ния ме­тал­лов и при­год­ные для по­лу­че­ния этих ме­тал­лов
за­во­дским пу­тем, но­сят на­зва­ние руд. Глав­ны­ми ру­да­ми яв­ля­ют­ся ок­си­ды,
суль­фи­ды и кар­бо­на­ты ме­тал­лов.

Важ­ней­ший спо­соб по­лу­че­ния
ме­тал­лов из руд ос­но­ван на вос­ста­нов­ле­нии их ок­си­дов уг­лем.

Ес­ли, на­при­мер, сме­шать
крас­ную мед­ную ру­ду (ку­прит) Cu₂O с уг­лем
и под­верг­нуть силь­но­му на­ка­ли­ва­нию, то уголь, вос­ста­нав­ли­вая медь,
пре­вра­тит­ся в ок­сид уг­ле­ро­да(II), а медь вы­де­лит­ся в рас­плав­лен­ном
со­стоя­нии:

Cu₂O C = 2Cu CO

По­доб­ным же об­ра­зом про­из­во­дит­ся
вы­плав­ка чу­гу­на их же­лез­ных руд, по­лу­че­ние оло­ва из оло­вян­но­го кам­ня
SnO₂ и вос­ста­нов­ле­ние дру­гих ме­тал­лов из ок­си­дов.

При пе­ре­ра­бот­ке сер­ни­стых
руд сна­ча­ла пе­ре­во­дят сер­ни­стые со­еди­не­ния в ки­сло­род­ные пу­тем об­жи­га­ния
в осо­бых пе­чах, а за­тем уже вос­ста­нав­ли­ва­ют по­лу­чен­ные ок­си­ды уг­лем.
На­при­мер:

2ZnS 3O₂ = 2ZnO 2SO₂

ZnO C = Zn CO

В тех слу­ча­ях, ко­гда ру­да
пред­став­ля­ет со­бой соль уголь­ной ки­сло­ты, ее мож­но не­по­сред­ст­вен­но
вос­ста­нав­ли­вать уг­лем, как и ок­си­ды, так как при на­гре­ва­нии кар­бо­на­ты
рас­па­да­ют­ся на ок­сид ме­тал­ла и дву­окись уг­ле­ро­да. На­при­мер:

ZnCO₃ = ZnO CO₂

Обыч­но ру­ды, кро­ме хи­ми­че­ско­го
со­еди­не­ния дан­но­го ме­тал­ла, со­дер­жат еще мно­го при­ме­сей в ви­де пес­ка,
гли­ны, из­вест­ня­ка, ко­то­рые очень труд­но пла­вят­ся. Что­бы об­лег­чить
вы­плав­ку ме­тал­ла, к ру­де при­ме­ши­ва­ют раз­лич­ные ве­ще­ст­ва, об­ра­зую­щие
с при­ме­ся­ми лег­ко­плав­кие со­еди­не­ния – шла­ки. Та­кие ве­ще­ст­ва на­зы­ва­ют­ся
флю­са­ми. Ес­ли при­месь со­сто­ит из из­вест­ня­ка, то в ка­че­ст­ве флю­са
упот­реб­ля­ют пе­сок, об­ра­зую­щий с из­вест­ня­ком си­ли­кат каль­ция. На­обо­рот,
в слу­чае боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва пес­ка флю­сом слу­жит из­вест­няк.

Во мно­гих ру­дах ко­ли­че­ст­во
при­ме­сей (пус­той по­ро­ды) так ве­ли­ко, что не­по­сред­ст­вен­ная вы­плав­ка
ме­тал­лов из этих руд яв­ля­ет­ся эко­но­ми­че­ски не­вы­год­ной. Та­кие ру­ды
пред­ва­ри­тель­но «обо­га­ща­ют», то есть уда­ля­ют из них часть при­ме­сей.
Осо­бен­но ши­ро­ким рас­про­стра­не­ни­ем поль­зу­ет­ся фло­та­ци­он­ный спо­соб
обо­га­ще­ния руд (фло­та­ция), ос­но­ван­ный на раз­лич­ной сма­чи­вае­мо­сти
чис­той ру­ды и пус­той по­ро­ды.

Тех­ни­ка фло­та­ци­он­но­го
спо­со­ба очень про­ста и в ос­нов­ном сво­дит­ся к сле­дую­ще­му. Ру­ду, со­стоя­щую,
на­при­мер, из сер­ни­сто­го ме­тал­ла и пус­той си­ли­кат­ной по­ро­ды, тон­ко
из­мель­ча­ют и за­ли­ва­ют в боль­ших ча­нах во­дой. К во­де при­бав­ля­ют ка­кое-ни­будь
ма­ло­по­ляр­ное ор­га­ни­че­ское ве­ще­ст­во, спо­соб­ст­вую­щее об­ра­зо­ва­нию
ус­той­чи­вой пе­ны при взбал­ты­ва­нии во­ды, и не­боль­шое ко­ли­че­ст­во спе­ци­аль­но­го
реа­ген­та, так на­зы­вае­мо­го «кол­лек­то­ра», ко­то­рый хо­ро­шо ад­сор­би­ру­ет­ся
по­верх­но­стью фло­ти­руе­мо­го ми­не­ра­ла и де­ла­ет ее не­спо­соб­ной сма­чи­вать­ся
во­дой. По­сле это­го че­рез смесь сни­зу про­пус­ка­ют силь­ную струю воз­ду­ха,
пе­ре­ме­ши­ваю­щую ру­ду с во­дой и при­бав­лен­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми, при­чем
пу­зырь­ки воз­ду­ха ок­ру­жа­ют­ся тон­ки­ми мас­ля­ны­ми плен­ка­ми и об­ра­зу­ют
пе­ну. В про­цес­се пе­ре­ме­ши­ва­ния час­ти­цы фло­ти­руе­мо­го ми­не­ра­ла
по­кры­ва­ют­ся сло­ем ад­сор­би­ро­ван­ных мо­ле­кул кол­лек­то­ра, при­ли­па­ют
к пу­зырь­кам про­ду­вае­мо­го воз­ду­ха, под­ни­ма­ют­ся вме­сте с ни­ми квер­ху
и ос­та­ют­ся в пе­не; час­ти­цы же пус­той по­ро­ды, сма­чи­ваю­щие­ся во­дой,
осе­да­ют на дно. Пе­ну со­би­ра­ют и от­жи­ма­ют, по­лу­чая ру­ду со зна­чи­тель­но
боль­шим со­дер­жа­ни­ем ме­тал­ла.

Для вос­ста­нов­ле­ния не­ко­то­рых
ме­тал­лов из их ок­си­дов при­ме­ня­ют вме­сто уг­ля во­до­род, крем­ний, алю­ми­ний,
маг­ний и дру­гие эле­мен­ты.

Про­цесс вос­ста­нов­ле­ния
ме­тал­ла из его ок­си­да с по­мо­щью дру­го­го ме­тал­ла на­зы­ва­ет­ся ме­тал­ло­тер­ми­ей.
Ес­ли, в ча­ст­но­сти, в ка­че­ст­ве вос­ста­но­ви­те­ля при­ме­ня­ет­ся алю­ми­ний,
то про­цесс но­сит на­зва­ние алю­ми­но­тер­мии.

Очень важ­ным спо­со­бом по­лу­че­ния
ме­тал­лов яв­ля­ет­ся так­же элек­тро­лиз. Не­ко­то­рые наи­бо­лее ак­тив­ные
ме­тал­лы по­лу­ча­ют­ся ис­клю­чи­тель­но пу­тем элек­тро­ли­за, так как все
дру­гие сред­ст­ва ока­зы­ва­ют­ся не­дос­та­точ­но энер­гич­ны­ми для вос­ста­нов­ле­ния
их ио­нов.   

Рассмотрим электролиз
раствора сульфата меди(II) на нерастворимом аноде:

CuSO₄ = Cu² SO₄^2-

Катод (–): Cu² 2e^–
= Cu⁰            Анод
( ): 2H₂O – 4e^– = O₂
4H

Cu² 2e^–
= Cu⁰                   2

2H₂O – 4e^–
= O₂ 4H         1

Суммарное ионное уравнение: 2Cu² 2H₂O = 2Cu⁰
O₂ 4H

Суммарное молекулярное
уравнение с учетом присутствия анионов SO₄^2- в растворе: 2CuSO₄ 2H₂O =(электролиз)= 2Cu⁰ O₂ 4H₂SO₄

VII. Применение металлов.

Сре­ди свойств спла­вов наи­бо­лее
важ­ны­ми для прак­ти­че­ско­го при­ме­не­ния яв­ля­ют­ся жа­ро­проч­ность, кор­ро­зи­он­ная
стой­кость, ме­ха­ни­че­ская проч­ность и др. Для авиа­ции боль­шое зна­че­ние
име­ют лег­кие спла­вы на ос­но­ве маг­ния, ти­та­на или алю­ми­ния, для ме­тал­ло­об­ра­ба­ты­ваю­щей
про­мыш­лен­но­сти – спе­ци­аль­ные спла­вы, со­дер­жа­щие вольф­рам, ко­бальт,
ни­кель. В элек­трон­ной тех­ни­ке при­ме­ня­ют спла­вы, ос­нов­ным ком­по­нен­том
ко­то­рых яв­ля­ет­ся медь. Сверх­мощ­ные маг­ни­ты уда­лось по­лу­чить, ис­поль­зуя
про­дук­ты взаи­мо­дей­ст­вия ко­баль­та, са­ма­рия и дру­гих ред­ко­зе­мель­ных
эле­мен­тов, а сверх­про­во­дя­щие при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах спла­вы – на ос­но­ве
ин­тер­ме­тал­ли­дов, об­ра­зуе­мых нио­би­ем с оло­вом и др.

Со­вре­мен­ная тех­ни­ка ис­поль­зу­ет
ог­ром­ное чис­ло спла­вов, при­чем в по­дав­ляю­щем боль­шин­ст­ве слу­ча­ев
они со­сто­ят не из двух, а из трех, че­ты­рех и боль­ше­го чис­ла ме­тал­лов.
Ин­те­рес­но, что свой­ст­ва спла­вов час­то рез­ко от­ли­ча­ют­ся от свойств
ин­ди­ви­ду­аль­ных ме­тал­лов, ко­то­ры­ми они об­ра­зо­ва­ны. Так, сплав, со­дер­жа­щий
50% вис­му­та, 25% свин­ца, 12,5% оло­ва и 12,5% кад­мия, пла­вит­ся все­го при
60,5 гра­ду­сах Цель­сия, в то вре­мя как ком­по­нен­ты спла­ва име­ют со­от­вет­ст­вен­но
тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния 271, 327, 232 и 321 гра­дус Цель­сия. Твер­дость
оло­вян­ной брон­зы (90% ме­ди и 10% оло­ва) втрое боль­ше, чем у чис­той ме­ди,
а ко­эф­фи­ци­ент ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния спла­вов же­ле­за и ни­ке­ля в 10
раз мень­ше, чем у чис­тых ком­по­нен­тов.

Na₂CO₃ – карбонат натрия, образует
кристаллогидрат  Na₂CO₃
* 10H₂O,
известный под названием кристаллическая сода, которая применяется в
производстве стекла, бумаги, мыла. Это средняя соль.

В быту более известна кислая
соль – гидрокарбонат натрия NaHCO3, она применяется в пищевой
промышленности (пищевая сода) и в медицине (питьевая сода).

K₂CO₃ – карбонат калия, техническое
название – поташ, и используется в производстве жидкого мыла и для
приготовления тугоплавкого стекла, а также в качестве удобрения.

Магний и кальций применяют
для производства редких металлов и легких сплавов. Например, магний входит в
состав дюралюминия, а кальций – одним из компонентов свинцовых сплавов,
необходимых для изготовления подшипников и оболочек  кабелей.

В технике оксид кальция CaO
называют негашеной известью, а MgO – жженой магнезией. Оба эти
оксида используются в производстве строительных материалов.

Если порошок алюминия или
тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают
ослепительным пламенем:

4Al⁰ 3O₂⁰ = 2Al₂ ³O₃^-2

Это реакция используется для
изготовления бенгальских огней и фейерверков.

Алюминий широко используется
в металлургии для получения металлов – хрома, марганца, ванадия, титана,
циркония из их оксидов. Этот способ носит название алюминотермии. На практике
часто применяется термит – смесь Fe₃O₄ с порошком алюминия. Если
эту смесь поджечь, например, с помощью магниевой ленты, то происходит
энергичная реакция с выделением большого количества теплоты:

8Al 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ 9Fe

Же­ле­зо – это ос­но­ва со­вре­мен­ной
тех­ни­ки и сель­ско­хо­зяй­ст­вен­но­го ма­ши­но­строе­ния, транс­пор­та и средств
свя­зи, кос­ми­че­ских ко­раб­лей и во­об­ще всей со­вре­мен­ной про­мыш­лен­но­сти
и ци­ви­ли­за­ции. Боль­шин­ст­во из­де­лий, на­чи­ная от швей­ной иг­лы и кон­чая
кос­ми­че­ски­ми ап­па­ра­та­ми, не мо­жет быть из­го­тов­ле­но без при­ме­не­ния
же­ле­за.

Суль­фи­ды ще­лоч­но­зе­мель­ных
ме­тал­лов, со­дер­жа­щие в ма­лых ко­ли­че­ст­вах при­ме­сей тя­же­лых ме­тал­лов,
по­сле пред­ва­ри­тель­но­го ос­ве­ще­ния на­чи­на­ют све­тить­ся раз­лич­ным
цве­том – крас­ным, оран­же­вым, го­лу­бым, зе­ле­ным. Они вхо­дят в со­став
спе­ци­аль­ных све­тя­щих­ся кра­сок, ко­то­рые на­зы­ва­ют фос­фо­ра­ми. Их
используют для изготовления светящихся дорожных знаков, циферблатов и т.п.

CaCO₃ – карбонат кальция – одно
из самых распространенных на Земле соединений. Нам ши­ро­ко из­вест­ны та­кие
со­дер­жа­щие его ми­не­ра­лы, как мел, мра­мор, из­вест­няк. Так­же  его при­ме­ня­ют для из­го­тов­ле­ния по­бел­ки.

Са­мый важ­ный из этих ми­не­ра­лов
– из­вест­няк, без ко­то­ро­го не об­хо­дит­ся ни од­но строи­тель­ст­во.
Во-пер­вых, он сам яв­ля­ет­ся пре­крас­ным строи­тель­ным кам­нем (вспом­ним
зна­ме­ни­тые одес­ские ка­та­ком­бы – быв­шие ка­ме­но­лом­ни, в ко­то­рых  до­бы­ва­ли ка­мень для строи­тель­ст­ва го­ро­да),
во-вто­рых, это сы­рье для по­лу­че­ния дру­гих ма­те­риа­лов: це­мен­та, га­ше­ной
и не­га­ше­ной из­вес­ти, стек­ла и др.

Известняковой щебенкой
укрепляют дороги, а порошком – уменьшают кислотность почв.

Природный мел представляет
собой остатки раковин древних животных (рисунок на странице 15 (слева)[5]).
Один из примеров использования мела мы хорошо знаем – это школьные мелки,
зубные пасты. Мел используют в производстве бумаги, а также резины.

Мрамор – это минерал
скульпторов, архитекторов и облицовщиков. Из мрамора создавал свои прекрасные
творения Микеланджело (рисунок на странице 15(справа)[6]),
стены всемирно- известного индийского мавзолея Тадж-Махал выложены из мрамора,
мрамором облицованы многие станции московского метро.

MgCO₃ – карбонат магния, широко
применяется в производстве стекла, цемента, кирпича, а также в металлургии для
перевода пустой породы, т.е. не содержащей соединения металла, в шлак.

CaSO₄ – сульфат кальция,
встречается в природе в виде минерала гипса CaSO₄ * 2H₂O,
представляющего собой кристаллогидрат. Используется в строительстве, в медицине
для наложения неподвижных  гипсовых
повязок, для получения слепков. Для этого применяют полуводный гипс 2CaSO₄ * H₂O –
алебастр, который при взаимодействии с водой образует двуводный гипс:

2CaSO₄ * H₂O H₂O = 2CaSO₄ * H₂O

Эта реакция идет с
выделением теплоты.

MgSO₄ – сульфат магния, известный
под названием горькая  или английская
соль, используемый в медицине в качестве слабительно средства. Содержится в
морской воде и придает ей горький вкус.

BaSO₄ – сульфат бария благодаря
нерастворимости и способности задерживать рентгеновские лучи применяется в
рентгенодиагностике («баритовая каша») при заболеваниях желудочно-кишечного
тракта.

Ca₃(PO₄)₂ – фосфат
кальция, входит в состав фосфоритов (горная порода) и апатитов (минералов), а
также в состав костей и зубов в организме взрослого человека содержится более 1
кг. кальция в виде соединения Ca₃(PO₄)₂.

Корунд – минерал состава Al₂O₃, обладает очень высокой
твердостью, его мелкозернистая разновидность, содержащая примеси, – наждак,
применяется как  абразивный (шлифовочный)
материал.

Хо­ро­шо из­вест­ны про­зрач­ные
ок­ра­шен­ные при­ме­ся­ми кри­стал­лы ко­рун­да: крас­ный – ру­би­ны и си­ние
– сап­фи­ры, ко­то­рые ис­поль­зу­ют как дра­го­цен­ные кам­ни. В на­стоя­щее
вре­мя их по­лу­ча­ют ис­кус­ст­вен­но и при­ме­ня­ют не толь­ко для ук­ра­ше­ний,
но и для тех­ни­че­ских це­лей, на­при­мер, для из­го­тов­ле­ния де­та­лей ча­сов
и дру­гих точ­ных при­бо­ров. Кри­стал­лы ру­би­нов при­ме­ня­ют в ла­зе­рах.

FeS₂ – не служит железной рудой
для получения металлов, но применяется для производства серной кислоты.

Кристаллогидрат сульфата
железа(II)  FeSO * 7H₂O,
известны под названием железный купорос, применяют для борьбы с вредителями
растений, для приготовления минеральных красок и в других целях.

Хлорид железа(III) FeCl₃ используют в качестве
протравы при крашении тканей.

Сульфат железа(III)  Fe₂(SO₄)₃ * 9H₂O
применяется для очистки воды и в других целях.

Нитрат серебра AgNO₃, называемый также ляписом.
Образует бесцветные прозрачные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Применяется
в производстве фотоматериалов, при изготовлении зеркал, в гальванотехнике и в
медицине.

VIII. Биологическая роль металлов.

Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, мышьяк, ртуть, кадмий, хром, алюминий и др.) в
микроколичествах необходимы организму и в основном они находятся в активных
центрах коферментов (Л.Р. Ноздрюхина,1977, J.R.Glaister,1986).

При превышении допустимых
концентраций они нарушают многие процессы в организме, начиная с клеточных
мембран, т.к. многовалентные ионы металлов могут связываться со специфическими
участками фосфолипидных полярных частей (В.А.Тутельян и др.,1987,
F.W.Oehme,1978, L.J.Casaret et al.,1975). В результате этого взаимодействия
происходит расширение или сжатие поверхности мембраны и, следовательно,
изменение её обычных свойств (В.Калоус, З.Павличек,1985). Особенно опасны
металлорганические соединения, т.к. они гораздо лучше проходят барьеры внутри
организма. Некоторые металлы, например- свинец, стронций, иттрий, кадмий замещают в
организме кальций, а это приводит к хрупкости костей.

Количество биологически
активных химических элементов в организмах животных и тканях в основном зависит
от их места обитания и особенностей потребления кормов (С.Ф. Тютиков и др.,
1997). В большинстве случаях сельскохозяйственные животные страдают от дефицита
и несбалансированности микроэлементов (К.К.Заневский, 1992). При содержании
тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления
указанных металлов в рационы и соответственно в продукцию животноводства,
ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Например, в пригородных
хозяйствах при содержании в рационе тяжелых металлов- свинца, никеля, хрома и фтора в 2-7 раз
выше ПДК содержание их в молоке оказалось в 1,25-2 раза выше допустимых
(Н.И.Морозова, 1998). В Вологодской области из-за нехватки селена при избытке
железа, марганца, кадмия
отмечено поступление молока на молокозаводы с низкой титруемой кислотностью
(В.И.Иванов,1995). Основной причиной являются выбросы предприятий Череповецкой
промышленной зоны. Наличие тяжелых металлов влияет на качество сыра, при этом
нарушается технология производства. В частности, ухудшается его вкус и запах
становится нечистым, сыр легко крошится, творог становится мажущим
(О.Ф.Сорокина и др., 1995). У овец, разводимых в промышленной зоне Ирака,
отмечается депонирование в организме ртути, кадмия и свинца (Аббас,1991). У
пятилетних овец содержание ртути и кадмия в мускулатуре выше
МДУ (максимально допустимого уровня). На ингаляционное поступление этих тяжелых
металлов указывали повышенные содержания кадмия и свинца в легких. Этот же
автор указывает, что у овец, разводимых в сельскохозяйственных районах Ирака,
содержание тяжелых металлов в тканях и органах оказались в 2-7 раз меньше, чем
у животных, разводимых в промышленной зоне.

Авторы указывают, что
поступление тяжелых металлов из почвы в растения возрастает параллельно с
увлечением кислотности почвы. Это происходит потому, что их соединения лучше
растворяются в кислой среде (Ge Y., Murray P., Hendershot W.H, 2000, Planquart
P., Bonin G., Prone A., Massiani C., 1999). Доказано, что всасывание тяжелых
металлов из тонкого отдела кишечника зависит от их растворимости в воде (C.A.Kan,1994).
Известно, что длительное использование высоких доз азотных удобрений приводит к
снижению микроэлементов в рационе (В.Т.Самохин и др., 1996). При техногенном
загрязнении почвы тяжелыми металлами одновременно в ней возрастает доля их
подвижных форм (В.А.Вострокнутов и др., 1998). Однако, с ростом доз азотных
удобрений в почве отмечено небольшое увеличение концентрации Hg, Mn, Zn (А.А.Григорьев,
В.В.Окороков, 1995). Почвенные микроорганизмы могут переводить нерастворимые
формы солей в растворимые.

Таким образом, ещё многие и
многие годы человечество будет использовать металлы, которые продолжают играть
ведущую роль в развитии всех  областей
его жизнедеятельности.

Начавшаяся примерно 100 лет
назад научно-техническая революция, затронувшая и промышленность, и социальную
сферу, также тесно связана с производством металлов. На основе вольфрама,
молибдена, титана и других металлов начали создавать коррозионно-стойкие,
сверхтвердые, тугоплавкие сплавы, применение которых сильно расширило
возможности машиностроения. В ядерной и космической технике из сплавов
вольфрама и рения делают детали, работающие при температурах до 3000°С, в
медицине используют хирургические инструменты из сплавов тантала и платины,
уникальной керамики на основе оксидов титана и циркония.

IX. Спи­сок ис­поль­зо­ван­ной
ли­те­ра­ту­ры.

1.     «Общая
химия»; Н.Л. Глинка; из­да­тель­ст­во
«Интеграл-Пресс»; 2007 год.

2.     «Не­обыч­ные
свой­ст­ва обыч­ных ме­тал­лов»; В.А.
Зай­мов­ский, Т.Л. Ко­лу­пае­ва; биб­лио­те­ка «Квант»; 1997 год.

3.     «Маг­ни­ты
из спла­вов ред­ко­зе­мель­ных ме­тал­лов с ко­баль­том»;
перевод Р.С.
Торчиновой, Э.М. Лазарева; из­да­тель­ст­во
«Москва»;1995 год.

4.     «Уни­вер­саль­ный
спра­воч­ник по хи­мии школь­ни­кам и аби­ту­ри­ен­там»; А.А. Пет­ров; из­да­тель­ст­во «Лист Нью»; 2003 год.

5.     «Открой для
себя мир химии. Часть 1»; Р.М.
Голубева, Е.А. Алферова, Е.Ю. Раткевич, В. Шефер, П. Бенеш, Г.Н. Мансуров;
издательство «Экомир»; Москва; 2004 год.

6.     «Открой для
себя мир химии. Часть 3»; Р.М.
Голубева, Е.А. Алферова, Е.Ю. Раткевич, В. Шефер, П. Бенеш, Г.Н. Мансуров;
издательство «Экомир»; Москва; 2004 год.

7.      «Хи­мия. 10 класс»; О.С. Габ­рие­лян; Ф. М. Маскаев; из­да­тель­ст­во
«Дро­фа»; Москва; 2005 год.

8.     «Хи­мия. 11
класс»; О.С. Габ­рие­лян; Г. Г.
Лысова; из­да­тель­ст­во «Дро­фа»; Москва; 2006 год.

9.     «На­столь­ная
кни­га для учи­те­ля по хи­мии. 9 класс»;
О.С. Габ­рие­лян,
И.Г. Ост­ро­умов; из­да­тель­ст­во «Дро­фа»;
Москва; 2005 год.

10.                       
«На­столь­ная кни­га для учи­те­ля по хи­мии. 11 класс
(часть II)»; О.С. Габ­рие­лян, Г.Г. Лысова; из­да­тель­ст­во «Дро­фа»;
Москва; 2006 год.

11.                       
«Общая и неорганическая химия»; Н.С. Ахметов; из­да­тель­ст­во «Высшая школа»; Москва;
2005 год.

[1] Германий проявляет и
некоторые неметаллические свойства, занимая промежуточное положение между
металлами и неметаллами.

[2] Взаимодействие натрия
с водой.

[3] Препятствует защитная
плёнка на его поверхности.

[4] Обелиск «Покорителям
космоса» (облицовка из титана).

[5] Мел под микроскопом.

[6] Скульптуры
Микеланджело (мрамор): «Раб, рвущий путы» (справа), «Давид» (слева).

Оглавление:

I. По­ло­же­ние ме­тал­лов в пе­рио­ди­че­ской сис­те­ме.
Строе­ние ато­мов ме­тал­лов (см. прил. №1).
Груп­пы ме­тал­лов.

II. Фи­зи­че­ские свой­ст­ва
ме­тал­лов.

III. По­ня­тие о спла­вах.

IV. Хи­ми­че­ские свой­ст­ва
ме