Реферат: Метали та їх властивості

При розчиненні золота в царській горілці створюється жовтий розчин, із якого можна виділити гарно розчинні у воді кристали тетрагідрату тетрахлороаурату (III) водню (тетрахлорзолота, або золотохлористоводнева кислота) H[AuCl₄ ]4H₂ O.

Au + HNO₃ + 3HCl —> AuCl₃ + NO­ + 2H₂ O

Кислота створює солі, котрі, наприклад K[AuCl₄ ], використовуються в фотографії, золоченні, в тому числі скла та фарфору, в отриманні золотих покрттів та рубінового скла. Ці сполуки реагують із тіолами, створюючи меркаптиди Au(I), що застосовуються як золота фарба і в медицині.

Відомі два ряди сполук золота, які відповідають степеням окислення +1 та +3. Так, золото створює два оксиди – оксид золота (I), або закис золота, - Au₂ O, - і оксид золота (III), або окис золота - Au₂ O₃ . Більш стійкими є сполуки, в яких золото має степень окислення +3.

При нагріванні будь-якої сполуки золота виділяється елементарне золото, всі метали також витискують золото із його сполук у розчині.

ОЛОВО

Олово – один з небагатьох металів, відомих людині ще з доісторичних часів. Олово і мідь були відкриті раніше заліза, а їхній сплав, бронза, – це, очевидно, найперший «штучний» матеріал, перший матеріал, виготовлений людиною.

Результати археологічних розкопок дозволяють вважати, що ще за п'ять тисячоліть до нашої ери люди уміли виплавляти й чисте олово. Відомо, що древні єгиптяни олово для виробництва бронзи возили з Персії.

За назвою «трапові» цей метал описаний у давньоіндійській літературі. Латинська назва олова stannum походить від санскритського «ста», що означає «твердий».

Згадування про олово зустрічається й у Гомера. Майже за десять століть до нової ери фінікійці доставляли олов'яну руду з Британських островів, що називалися тоді Касситеридами. Звідси назва каситериту – найважливішого з мінералів олова; сполука його SnО₂ . Інший важливий мінерал – станин, або олов'яний колчедан: Cu₂ FeSn₄ . Інші 14 мінералів елементу № 50 зустрічаються набагато рідше і промислового значення не мають.

Між іншим, наші предки мали у своєму розпорядженні багатші олов'яні руди, ніж ми. Можна було виплавляти метал безпосередньо з руд, що знаходяться на поверхні Землі і збагачених у ході природних процесів вивітрювання і вимивання. У наш час таких руд уже немає. У сучасних умовах процес одержання олова багатоступінчастий і трудомісткий. Руди, з яких виплавляють олово тепер, складні за складом, окрім елемента № 50 (у виді окислу або сульфіду) у них звичайно присутні кремній, залізо, свинець, мідь, цинк, миш'як, алюміній, кальцій, вольфрам та інші елементи. Нинішні олов'яні руди рідко містять більше 1 % Sn. Це значить, що для одержання кілограму олова необхідно добути і переробити щонайменше центнер руди.

Як одержують олово з руд

Виробництво елементу № 50 з руд і розсипів завжди починається зі збагачення. Методи збагачення олов'яних руд досить різноманітні. Застосовують, зокрема, гравітаційний метод, заснований на розходженні густини основного і супутнього мінералів. При цьому не можна забувати, що супутні далеко не завжди бувають порожньою породою. Часто вони містять коштовні метали, наприклад вольфрам, титан, лантаноїди. У таких випадках з олов'яної руди намагаються витягти усі цінні компоненти.

Сполука отриманого олов'яного концентрату залежить від сировини й від того, яким способом цей концентрат одержували. Вміст олова в ньому коливається від 40 до 70 %. Концентрат направляють у печі для випалу (при 600– 700° С), де з нього віддаляються відносно леткі домішки миш'яку та сірки. А велику частину заліза, сурми, вісмуту і деяких інших металів уже після випалу виділяють соляною кислотою. Після того як це зроблено, залишається відокремити олово від кисню і кремнію. Тому остання стадія виробництва чорнового олова – плавка з вугіллям і флюсами у відбивних або електричних печах. З фізико-хімічної точки зору цей процес аналогічний доменному: вуглець «віднімає» в олова кисень, а флюси перетворюють двоокис кремнію в легкий у порівнянні з металом шлак.

У чорновому олові домішок ще досить багато: 5– 8 %. Щоб одержати метал сортових марок (96,5–99,9 % Sn), використовують вогневе або рідше електролітичне рафінування. А потрібне напівпровідниковій промисловості олово чистотою майже шість дев'яток – 99,99985 % Sn – одержують переважно методом зонної плавки.

Ще одне джерело

Для того, щоб одержати кілограм олова, не обов'язково переробляти центнер руди. Можна вчинити інакше: «обдерти» 2000 старих консервних банок.

Усього лише півграма олова приходиться на кожну банку. Але помножені на масштаби виробництва ці «півграми» перетворюються в десятки тонн… Частка «вторинного» олова в промисловості капіталістичних країн становить приблизно третину загального виробництва. У нашій країні працюють десятки промислових установок по регенерації олова.

Як же знімають олово з білої жерсті? Механічними способами зробити це майже неможливо, тому використовують розходження в хімічних властивостях заліза й олова. Найчастіше жерсть обробляють газоподібним хлором. Залізо під час відсутності вологи з ним не реагує. Олово ж з'єднується з хлором дуже легко. Утвориться паруюча рідина – хлорне олово SnCl₄ , що застосовують у хімічній і текстильній промисловості або відправляють у електролізер, щоб одержати там з нього металічне олово. І знову почнеться «круговерть»: цим оловом покриють сталеві аркуші, одержать білу жерсть. З неї зроблять банки, банки заповнять їжею й закриють. Потім їх розкриють, консерви з'їдять, банки викинуть. А потім вони (не всі, на жаль) знову потраплять на заводи «вторинного» олова.

Інші елементи роблять круговорот у природі за участю рослин, мікроорганізмів і т. д. Круговорот олова – справа рук людських.

Олово у сплавах

На консервні банки йде приблизно половина світового виробництва олова. Інша половина – у металургію, для одержання різних сплавів. Є безолов'яні бронзи, але немає «безмідних». Одна з головних причин – створення безолов'яних бронз – дефіцитність елементу № 50. Проте бронза, що містить олово, як і раніше залишається важливим матеріалом і для машинобудування, і для мистецтва.

Техніка бідує й в інших олов'яних сплавах. Їх, щоправда, майже не застосовують як конструкційні матеріали: вони недостатньо міцні і занадто дорогі. Зате в них є інші властивості, що дозволяють вирішувати важливі технічні задачі при порівняно невеликих витратах матеріалу.

Найчастіше олов'яні сплави застосовують як антифрикційні матеріали або припої. Перші дозволяють зберігати машини й механізми, зменшуючи втрати на тертя; другі з'єднують металеві деталі.

З усіх антифрикційних сплавів найкращими властивості мають олов'яні бабіти, у складі яких до 90 % олова. М'які і легкоплавкі свинцевоолов’яні припої добре змочують поверхню більшості металів, мають високу пластичність. Однак область їхнього застосування обмежується через недостатню механічну міцність самих припоїв.

Олово входить також до складу типографського сплаву гарту. Нарешті, сплави на основі олова дуже потрібні електротехніці. Найважливіший матеріал для електроконденсаторів – станіоль; це майже чисте олово, перетворене в тонкі аркуші (частка інших металів у станіолі не перевищує 5 %).

Між іншим, багато сплавів олова – справжні хімічні сполуки елемента № 50 з іншими металами. Сплавляючись, олово взаємодіє з кальцієм, магнієм, цирконієм, титаном, багатьма рідкоземельними елементами. Сполуки, що утворюються при цьому, відрізняються досить великою тугоплавкістю. Так, станід цирконію Zr₃ Sn₂ плавиться лише при 1985° С. І «винна» тут не тільки тугоплавкість цирконію, але і характер сплаву, хімічний зв'язок між утворюючими його речовинами. Або інший приклад. Магній до числа тугоплавких металів не віднесеш, 651° С – далеко не рекордна температура плавлення. Олово плавиться при ще більш низькій температурі – 232° С. А їхній сплав – сполука Mg₂ Sn – має температуру плавлення 778° С.

Той факт, що елемент № 50 утворює досить численні сплави такого роду, змушує критично поставитися до твердження, що лише 7 % виробленого у світі олова витрачається у вигляді хімічних сполук. Певно, мова тут йде тільки про сполуки з неметалами.ї

Сполуки з неметалами