แม้ว่าวัสดุที่ประดิษฐ์ขึ้นจะมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและชีวิตประจำวัน แต่ก็ยังไม่สามารถปฏิเสธการใช้โลหะได้ พวกมันมีคุณสมบัติที่ผสมผสานกันอย่างมีเอกลักษณ์ และโลหะผสมช่วยให้คุณเพิ่มศักยภาพสูงสุดได้ การผลิตและการใช้โลหะอยู่ในพื้นที่ใดบ้าง
ลักษณะของกลุ่มองค์ประกอบ
โลหะเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นชุดของสารเคมีอนินทรีย์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว โดยทั่วไปจะรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:
- การนำความร้อนสูง
- ความเหนียว ความสะดวกในการตัดเฉือน
- จุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง
- การนำไฟฟ้าที่ดี
- ลักษณะเป็นเงา "เมทัลลิก"
- บทบาทของตัวรีดิวซ์ในปฏิกิริยา
- ความหนาแน่นสูง
แน่นอน ไม่ใช่ทุกองค์ประกอบในกลุ่มนี้ที่มีคุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ เช่น ปรอทเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง แกลเลียมละลายจากความร้อนจากมือมนุษย์ และบิสมัทแทบจะเรียกได้ว่าเป็นพลาสติกไม่ได้เลย แต่โดยทั่วไปแล้ว คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้สามารถตรวจสอบได้ในจำนวนรวมของโลหะ
การจำแนกภายใน
โลหะแบ่งออกเป็นหลายประเภทตามเงื่อนไข โดยแต่ละประเภทจะรวมองค์ประกอบที่ใกล้เคียงกันในพารามิเตอร์ต่างๆ กลุ่มต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
- อัลคาไลน์ - 6;
- ดินอัลคาไลน์ - 4;
- เปลี่ยนผ่าน - 38;
- เบา - 7;
- กึ่งโลหะ - 7;
- แลนทาไนด์ - 14+1;
- actinides - 14+1;
นอกกลุ่มมีอีกสองกลุ่ม: เบริลเลียมและแมกนีเซียม ดังนั้น จากองค์ประกอบที่ค้นพบทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์ 94 คนระบุว่าเป็นโลหะ
นอกจากนี้ยังมีประเภทอื่น ๆ ที่ควรค่าแก่การกล่าวขวัญ โลหะมีตระกูล, โลหะกลุ่มแพลตตินั่ม, หลังการเปลี่ยนภาพ, โลหะทนไฟ, โลหะเหล็กและอโลหะ ฯลฯ ได้รับการพิจารณาแยกกัน วิธีนี้สมเหตุสมผลสำหรับวัตถุประสงค์บางอย่างเท่านั้น ดังนั้นจึงสะดวกกว่าที่จะใช้การจำแนกประเภทที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป.
ประวัติการรับ
มนุษยชาติตลอดการพัฒนามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการแปรรูปและการใช้โลหะ นอกจากจะเป็นองค์ประกอบทั่วไปแล้ว ยังสามารถนำไปทำเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้โดยใช้กระบวนการทางกลเท่านั้น เนื่องจากไม่มีทักษะในการทำงานกับแร่ ตอนแรกมันเกี่ยวกับการใช้นักเก็ตเท่านั้น ตอนแรกมันเป็นโลหะอ่อนซึ่งให้ชื่อแก่ยุคทองแดงซึ่งเข้ามาแทนที่หิน ในช่วงเวลานี้ได้มีการพัฒนาวิธีการตีขึ้นรูปเย็น การหลอมเป็นไปได้ในอารยธรรมบางแห่ง ผู้คนค่อยๆ เข้าใจการลงสีโลหะ เช่น ทอง เงิน ดีบุก
ต่อมายุคสำริดเข้ามาแทนที่ยุคทองแดง มันกินเวลาประมาณ 20 พันปีและกลายเป็นจุดเปลี่ยนสำหรับมนุษยชาติเนื่องจากในช่วงเวลานี้จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับโลหะผสม มีการพัฒนาโลหะวิทยาอย่างค่อยเป็นค่อยไปการปรับปรุงวิธีการรับโลหะ อย่างไรก็ตาม ในศตวรรษที่ 13-12 BC อี การล่มสลายที่เรียกว่าสำริดเกิดขึ้นซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของยุคเหล็ก น่าจะเป็นเพราะปริมาณสำรองของดีบุกหมดไป และตะกั่วและปรอทที่ค้นพบในเวลานั้นไม่สามารถทดแทนทองสัมฤทธิ์ได้ ผู้คนจึงต้องพัฒนาการผลิตโลหะจากแร่
ช่วงต่อไปไม่นาน - น้อยกว่าหนึ่งพันปี แต่ทิ้งร่องรอยที่สดใสไว้ในประวัติศาสตร์ แม้จะรู้จักเหล็กก่อนหน้านี้มาก แต่ก็แทบไม่เคยใช้เหล็กเลยเพราะมีข้อบกพร่องเมื่อเทียบกับทองแดง นอกจากนี้ แร่หลังนี้หาได้ง่ายกว่ามาก ในขณะที่การถลุงแร่นั้นใช้แรงงานมากกว่า ความจริงก็คือเหล็กพื้นเมืองนั้นค่อนข้างหายาก จึงไม่น่าแปลกใจที่การละทิ้งทองสัมฤทธิ์จะช้ามาก
ความหมายของทักษะการสกัดโลหะ
คล้ายกับที่บรรพบุรุษของมนุษย์ทำเครื่องมือด้วยการผูกหินคมๆ เข้ากับแท่งไม้ การเปลี่ยนไปใช้วัสดุใหม่ก็ดูยิ่งใหญ่ไม่แพ้กัน ข้อได้เปรียบหลักของผลิตภัณฑ์โลหะคือง่ายต่อการสร้างและซ่อมแซม หินไม่มีความเป็นพลาสติกและความอ่อนตัว ดังนั้นอาวุธใด ๆ จากมันสามารถสร้างใหม่ได้เท่านั้นไม่สามารถซ่อมแซมได้
ดังนั้น จึงเป็นการเปลี่ยนไปใช้โลหะที่นำไปสู่การปรับปรุงเครื่องมือ การเกิดขึ้นของของใช้ในครัวเรือนใหม่ ของประดับตกแต่ง ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้ ทั้งหมดนี้เป็นแรงผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและวางรากฐานสำหรับการพัฒนาโลหกรรม
วิธีสมัยใหม่
ถ้าในสมัยโบราณผู้คนคุ้นเคยกับการได้รับโลหะจากแร่เท่านั้น หรือพวกเขาอาจจะพอใจกับนักเก็ต ในปัจจุบันก็มีวิธีอื่นๆ พวกเขาเป็นไปได้ด้วยการพัฒนาเคมี ดังนั้น ทิศทางหลักสองทิศทางจึงปรากฏขึ้น:
- ไพโรโลหะวิทยา. เริ่มการพัฒนาก่อนหน้านี้และเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงที่จำเป็นในการประมวลผลวัสดุ เทคโนโลยีสมัยใหม่ในบริเวณนี้ยังช่วยให้สามารถใช้พลาสมาได้
- อุทกศาสตร์. ทิศทางนี้เกี่ยวข้องกับการสกัดธาตุจากแร่ ของเสีย สารเข้มข้น ฯลฯ โดยใช้น้ำและสารเคมี ตัวอย่างเช่น วิธีการที่เกี่ยวข้องกับการผลิตโลหะด้วยกระแสไฟฟ้าเป็นเรื่องธรรมดามาก และวิธีการคาร์บูไรซิ่งก็เป็นที่นิยมเช่นกัน
มีอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่น่าสนใจ การได้มาซึ่งโลหะมีค่าที่มีความบริสุทธิ์สูงและสูญเสียน้อยที่สุดก็เป็นไปได้ด้วยเหตุนี้ มันเกี่ยวกับการปรับแต่ง กระบวนการนี้เป็นหนึ่งในประเภทของการกลั่น กล่าวคือ การแยกสิ่งสกปรกออกทีละน้อย ตัวอย่างเช่น ในกรณีของทองคำ จะใช้ความอิ่มตัวของสีที่หลอมละลายด้วยคลอรีน และแพลตตินั่มจะละลายในกรดแร่ ตามด้วยการแยกสารด้วยรีเอเจนต์
อย่างไรก็ตาม การหาโลหะด้วยกระแสไฟฟ้ามักถูกใช้บ่อยที่สุด หากการถลุงหรือการนำกลับคืนสภาพไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับอะลูมิเนียมและโซเดียม นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ๆ ที่ทำให้สามารถรับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กได้แม้จะมาจากแร่ที่ค่อนข้างยากจนโดยไม่มีค่าใช้จ่ายจำนวนมาก แต่เราจะพูดถึงเรื่องนี้ในภายหลังเล็กน้อย
เกี่ยวกับโลหะผสม
โลหะส่วนใหญ่ที่รู้จักกันในสมัยโบราณไม่ได้ตอบสนองความต้องการบางอย่างเสมอไป การกัดกร่อน, ความแข็งไม่เพียงพอ, ความเปราะบาง, ความเปราะบาง, ความเปราะบาง - แต่ละองค์ประกอบในรูปแบบบริสุทธิ์มีข้อเสีย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาวัสดุใหม่ที่ผสมผสานข้อดีของวัสดุที่รู้จัก นั่นคือ หาวิธีเพื่อให้ได้โลหะผสม วันนี้มีสองวิธีหลัก:
- แคสติ้ง. การหลอมของส่วนประกอบผสมจะถูกทำให้เย็นลงและตกผลึก วิธีนี้ทำให้ได้ตัวอย่างโลหะผสมชุดแรก: ทองแดงและทองเหลือง
- กด. ส่วนผสมของผงต้องผ่านแรงดันสูงแล้วเผา
ปรับปรุงต่อไป
ในทศวรรษที่ผ่านมา สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือการผลิตโลหะโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้แบคทีเรียช่วย เป็นไปได้แล้วที่จะสกัดทองแดง นิกเกิล สังกะสี ทอง และยูเรเนียมจากวัตถุดิบซัลไฟด์ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะเชื่อมโยงจุลินทรีย์กับกระบวนการต่างๆ เช่น การชะล้าง ออกซิเดชัน การดูดซับ และการตกตะกอน นอกจากนี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งยวดปัญหาการบำบัดน้ำเสียลึก ในการนี้ พวกเขากำลังพยายามหาทางแก้ไขที่เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของแบคทีเรีย
แอปพลิเคชัน
หากปราศจากโลหะและโลหะผสม ชีวิตในรูปแบบที่มนุษย์รู้จักในปัจจุบันคงเป็นไปไม่ได้ อาคารสูง เครื่องบิน เครื่องใช้ในครัว กระจก เครื่องใช้ไฟฟ้า รถยนต์ และอื่นๆ เกิดขึ้นได้เพียงเพราะผู้คนเปลี่ยนผ่านจากหินเป็นทองแดง ทองแดง และเหล็ก
เนื่องจากการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ยอดเยี่ยม โลหะจึงถูกใช้ในสายไฟและสายเคเบิลเพื่อวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย ทองคำใช้ทำหน้าสัมผัสที่ไม่เกิดออกซิไดซ์ เนื่องจากความแข็งแรงและความแข็ง โลหะจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างและสำหรับโครงสร้างที่หลากหลาย ขอบเขตการใช้งานอื่นเป็นเครื่องมือ มักใช้ในการผลิตชิ้นงาน เช่น ชิ้นส่วนตัด โลหะผสมแข็ง และเหล็กชนิดพิเศษ ในที่สุด โลหะมีตระกูลก็มีมูลค่าสูงเป็นวัสดุสำหรับทำเครื่องประดับ แอปพลิเคชั่นมีมากมาย
น่าสนใจเกี่ยวกับโลหะและโลหะผสม
การใช้องค์ประกอบเหล่านี้แพร่หลายมากและมีประวัติอันยาวนานที่ไม่น่าแปลกใจที่มีสถานการณ์แปลก ๆ เกิดขึ้น พวกเขาและข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเพียงสองสามข้อควรนำมารวมกันในตอนท้าย:
- ก่อนนำไปใช้อย่างแพร่หลาย อลูมิเนียมมีมูลค่าสูง ช้อนส้อมที่นโปเลียนที่ 3 ใช้ตอนรับแขก ทำจากวัสดุนี้และเป็นเรื่องของความภาคภูมิใจของพระมหากษัตริย์
- ชื่อแพลตตินั่มในภาษาสเปนแปลว่า "เงิน" องค์ประกอบได้รับชื่อที่ไม่ยกยอดังกล่าวเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูงและดังนั้นจึงไม่สามารถใช้งานได้เป็นเวลานาน
- ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด ทองคำจะอ่อนนุ่มและขีดข่วนได้ง่ายด้วยเล็บมือ ด้วยเหตุนี้จึงนำเงินหรือทองแดงมาทำเครื่องประดับ
- มีโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเทอร์โมอิลาสติก (thermoelasticity) ที่น่าสนใจ นั่นคือ เอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่าง เมื่อบิดเบี้ยวแล้วถูกความร้อน ก็จะกลับสู่สภาพเดิม