Manusia modern dikelilingi oleh berbagai logam dalam kehidupan sehari-harinya. Sebagian besar barang yang kami gunakan mengandung bahan kimia ini. Ini semua terjadi karena orang menemukan berbagai cara untuk mendapatkan logam.
Apa itu logam
Kimia anorganik membahas zat-zat berharga ini bagi manusia. Memperoleh logam memungkinkan seseorang untuk menciptakan teknologi yang semakin sempurna yang meningkatkan kehidupan kita. Apakah mereka? Sebelum mempertimbangkan metode umum untuk memperoleh logam, perlu dipahami apa itu. Logam adalah sekelompok unsur kimia yang berbentuk zat sederhana dengan sifat-sifat yang khas:
• konduktivitas termal dan listrik;
• daktilitas tinggi;
• berkilau.
Seseorang dapat dengan mudah membedakannya dari zat lain. Ciri khas semua logam adalah adanya kecemerlangan khusus. Itu diperoleh dengan memantulkan sinar cahaya datang ke permukaan yang tidak mentransmisikannya. Kilau adalah sifat umum dari semua logam, tetapi paling menonjol dalam perak.
AktifHingga saat ini, para ilmuwan telah menemukan 96 unsur kimia semacam itu, meskipun tidak semuanya diakui oleh ilmu pengetahuan resmi. Mereka dibagi menjadi beberapa kelompok tergantung pada sifat karakteristik mereka. Logam-logam berikut diisolasi dengan cara ini:
• basa – 6;
• alkali tanah – 6;
• transisi – 38;
• ringan – 11;
• semimetal – 7;
• Lantanida – 14;
• aktinida – 14.
Mendapatkan logam
Untuk membuat paduan, Anda harus terlebih dahulu mendapatkan logam dari bijih alam. Unsur asli adalah zat-zat yang ditemukan di alam dalam keadaan bebas. Ini termasuk platinum, emas, timah, merkuri. Mereka dipisahkan dari kotoran secara mekanis atau dengan bantuan reagen kimia.
Logam lain ditambang dengan memproses senyawanya. Mereka ditemukan di berbagai fosil. Bijih adalah mineral dan batuan, yang meliputi senyawa logam berupa oksida, karbonat atau sulfida. Untuk mendapatkannya, digunakan proses kimia.
Metode untuk mendapatkan logam:
• reduksi oksida dengan batubara;
• mendapatkan timah dari batu timah;
• peleburan bijih besi;
• membakar senyawa belerang di tungku khusus.
Untuk memudahkan ekstraksi logam dari batuan bijih, berbagai zat yang disebut fluks ditambahkan ke dalamnya. Mereka membantu menghilangkan kotoran yang tidak diinginkan seperti tanah liat, batu kapur, pasir. Sebagai hasil dari proses ini, senyawa yang dapat melebur diperoleh,disebut sampah.
Dengan adanya sejumlah besar pengotor, bijih diperkaya sebelum peleburan logam dengan menghilangkan sebagian besar komponen yang tidak perlu. Metode yang paling banyak digunakan untuk perawatan ini adalah flotasi, magnet dan gravitasi.
Logam alkali
Produksi massal logam alkali adalah proses yang lebih kompleks. Ini disebabkan oleh fakta bahwa mereka ditemukan di alam hanya dalam bentuk senyawa kimia. Karena mereka adalah agen pereduksi, produksi mereka disertai dengan biaya energi yang tinggi. Ada beberapa cara untuk mengekstrak logam alkali:
• Litium dapat diperoleh dari oksidanya dalam ruang hampa atau dengan elektrolisis lelehan kloridanya, yang terbentuk selama pemrosesan spodumena.
• Natrium diekstraksi dengan soda kalsinasi dengan batu bara dalam cawan lebur tertutup rapat atau dengan elektrolisis lelehan klorida dengan penambahan kalsium. Metode pertama adalah yang paling memakan waktu.
• Kalium diperoleh dengan elektrolisis lelehan garamnya atau dengan melewatkan uap natrium melalui kloridanya. Itu juga dibentuk oleh interaksi kalium hidroksida cair dan natrium cair pada suhu 440 ° C.
• Cesium dan rubidium ditambang dengan mereduksi kloridanya dengan kalsium pada 700–800 °C atau zirkonium pada 650 °C. Memperoleh logam alkali dengan cara ini sangat menguras energi dan mahal.
Perbedaan antara logam dan paduan
Batas yang jelas secara fundamental antara logam dan paduannya praktis tidak ada, karena bahkan zat yang paling murni dan paling sederhana pun memilikibeberapa jumlah pengotor. Jadi apa perbedaan di antara mereka? Hampir semua logam yang digunakan dalam industri dan sektor lain dalam perekonomian nasional digunakan dalam bentuk paduan yang diperoleh dengan sengaja dengan menambahkan komponen lain pada unsur kimia utama.
Paduan
Teknologi membutuhkan berbagai material logam. Pada saat yang sama, elemen kimia murni praktis tidak digunakan, karena mereka tidak memiliki sifat yang diperlukan manusia. Untuk kebutuhan kami, kami telah menemukan berbagai cara untuk mendapatkan paduan. Istilah ini mengacu pada bahan yang homogen secara makroskopis yang terdiri dari 2 atau lebih unsur kimia. Dalam hal ini, komponen logam mendominasi paduan. Zat ini memiliki strukturnya sendiri. Dalam paduan, komponen berikut dibedakan:
• basa terdiri dari satu atau lebih logam;
• penambahan kecil elemen modifikasi dan paduan;
• kotoran yang tidak dihilangkan (teknologi, alami, acak).
Paduan logam adalah bahan struktural utama. Dalam teknologi, ada lebih dari 5000 dari mereka.
Jenis paduan
Meskipun paduannya begitu beragam, yang berbahan dasar besi dan aluminium sangat penting bagi manusia. Mereka adalah yang paling umum dalam kehidupan sehari-hari. Jenis paduannya berbeda. Selain itu, mereka dibagi menurut beberapa kriteria. Jadi berbagai metode pembuatan paduan digunakan. Menurut kriteria ini, mereka dibagi menjadi:
• Pemeran, yangdiperoleh dengan kristalisasi lelehan komponen campuran.
• Bubuk, dibuat dengan menekan campuran serbuk dan kemudian disinter pada suhu tinggi. Selain itu, seringkali komponen paduan tersebut tidak hanya unsur kimia sederhana, tetapi juga berbagai senyawanya, seperti titanium atau tungsten karbida dalam paduan keras. Penambahan mereka dalam jumlah tertentu mengubah sifat bahan logam.
Cara memperoleh paduan dalam bentuk produk jadi atau blanko dibagi menjadi:
• pengecoran (silumin, besi tuang);
• tempa (baja);
• bubuk (titanium, tungsten).
Jenis paduan
Metode untuk memperoleh logam berbeda, sedangkan bahan yang dihasilkan memiliki sifat yang berbeda. Dalam keadaan agregasi padat, paduan adalah:
• Homogen (seragam), terdiri dari kristal-kristal yang sejenis. Mereka sering disebut sebagai fase tunggal.
• Heterogen (heterogen), disebut multifase. Ketika diperoleh, larutan padat (fase matriks) diambil sebagai dasar paduan. Komposisi zat heterogen jenis ini tergantung pada komposisi unsur-unsur kimianya. Paduan tersebut dapat mengandung komponen berikut: larutan padat interstisial dan substitusi, senyawa kimia (karbida, intermetallida, nitrida), kristalit zat sederhana.
Properti paduan
Terlepas dari metode apa untuk memperoleh logam dan paduan yang digunakan, sifat mereka sepenuhnya ditentukan oleh kristalstruktur fasa dan struktur mikro dari bahan-bahan tersebut. Masing-masing berbeda. Sifat makroskopik paduan tergantung pada struktur mikronya. Bagaimanapun, mereka berbeda dari karakteristik fase mereka, yang hanya bergantung pada struktur kristal material. Homogenitas makroskopik paduan heterogen (multifase) diperoleh sebagai hasil dari distribusi fasa yang seragam dalam matriks logam.
Properti yang paling penting dari paduan adalah kemampuan las. Jika tidak, mereka identik dengan logam. Jadi, paduan memiliki konduktivitas termal dan listrik, daktilitas dan reflektifitas (kilau).
Varietas paduan
Metode yang berbeda untuk memperoleh paduan telah memungkinkan manusia untuk menemukan sejumlah besar bahan logam dengan sifat dan karakteristik yang berbeda. Menurut tujuannya, mereka dibagi menjadi beberapa kelompok berikut:
• Struktural (baja, duralumin, besi tuang). Kelompok ini juga termasuk paduan dengan sifat khusus. Jadi mereka dibedakan oleh keamanan intrinsik atau sifat anti-gesekan. Ini termasuk kuningan dan perunggu.
• Untuk bantalan tuang (babbit).
• Untuk pemanas listrik dan alat ukur (nikrom, manganin).
• Untuk produksi alat potong (win).
Dalam produksi, orang juga menggunakan jenis bahan logam lain, seperti paduan yang melebur, tahan panas, tahan korosi, dan amorf. Magnet dan termoelektrik (telurida dan selenida dari bismut, timbal, antimon, dan lain-lain) juga banyak digunakan.
Paduan besi
Hampir semua besi yang dilebur di Bumi diarahkan untuk produksi baja sederhana dan baja paduan. Ini juga digunakan dalam produksi besi. Paduan besi telah mendapatkan popularitas mereka karena fakta bahwa mereka memiliki sifat yang bermanfaat bagi manusia. Mereka diperoleh dengan menambahkan berbagai komponen ke elemen kimia sederhana. Jadi, terlepas dari kenyataan bahwa berbagai paduan besi dibuat berdasarkan satu zat, baja dan besi tuang memiliki sifat yang berbeda. Alhasil, mereka menemukan berbagai aplikasi. Kebanyakan baja lebih keras daripada besi tuang. Berbagai metode untuk memperoleh logam ini memungkinkan Anda untuk mendapatkan nilai (merek) yang berbeda dari paduan besi ini.
Meningkatkan sifat paduan
Dengan menggabungkan logam tertentu dan unsur kimia lainnya, bahan dengan karakteristik yang lebih baik dapat diperoleh. Misalnya, kekuatan luluh aluminium murni adalah 35 MPa. Saat memperoleh paduan logam ini dengan tembaga (1,6%), seng (5,6%), magnesium (2,5%), angka ini melebihi 500 MPa.
Dengan menggabungkan proporsi yang berbeda dari bahan kimia yang berbeda, bahan logam dengan sifat magnetik, termal atau listrik yang lebih baik dapat diperoleh. Peran utama dalam proses ini dimainkan oleh struktur paduan, yaitu distribusi kristal dan jenis ikatan antar atom.
Baja dan besi
Paduan ini diperoleh dengan menggabungkan besi dan karbon (2%). Dalam produksi bahan paduan, mereka ditambahkannikel, krom, vanadium. Semua baja biasa dibagi menjadi beberapa jenis:
• karbon rendah (0,25% karbon) digunakan untuk berbagai struktur;
• Karbon tinggi (lebih dari 0,55%) dirancang untuk alat pemotong.
Nilai baja paduan yang berbeda digunakan dalam teknik mesin dan produk lainnya.
Paduan besi dengan karbon, yang persentasenya 2-4%, disebut besi tuang. Bahan ini juga mengandung silikon. Berbagai produk dengan sifat mekanik yang baik dicetak dari besi tuang.
Logam non-ferrous
Selain besi, unsur kimia lain juga digunakan untuk membuat berbagai bahan logam. Sebagai hasil dari kombinasinya, paduan non-ferrous diperoleh. Dalam kehidupan manusia, materi berdasarkan:telah menemukan kegunaan terbesar
• Tembaga, disebut kuningan. Mereka mengandung 5-45% seng. Jika isinya 5-20%, maka kuningan disebut merah, dan jika 20-36% - kuning. Ada paduan tembaga dengan silikon, timah, berilium, aluminium. Mereka disebut perunggu. Ada beberapa jenis paduan ini.
• Timbal, yang merupakan solder biasa (tretnik). Dalam paduan ini, 2 bagian timah jatuh pada 1 bagian bahan kimia ini. Bantalan diproduksi menggunakan babbitt, yang merupakan paduan timbal, timah, arsenik dan antimon.
• Aluminium, titanium, magnesium dan berilium, yang merupakan paduan non-ferrous ringan dengan kekuatan tinggi dan mekanik yang sangat baikproperti.
Cara memperoleh
Metode utama untuk mendapatkan logam dan paduan:
• Pengecoran, di mana campuran homogen dari berbagai komponen cair membeku. Untuk mendapatkan paduan, metode pirometalurgi dan elektrometalurgi untuk memperoleh logam digunakan. Pada varian pertama, energi panas yang diperoleh dari proses pembakaran bahan bakar digunakan untuk memanaskan bahan baku. Metode pyrometallurgical menghasilkan baja di tungku perapian terbuka dan besi cor di tanur tinggi. Dengan metode elektrometalurgi, bahan baku dipanaskan dalam tungku induksi atau busur listrik. Pada saat yang sama, bahan mentahnya melunak dengan sangat cepat.
• Bubuk, di mana bubuk dari komponennya digunakan untuk membuat paduan. Berkat pengepresan, mereka diberi bentuk tertentu, dan kemudian disinter dalam oven khusus.
