الطرق الرئيسية للحصول على المعادن

درس في الصف الحادي عشر

طرق الحصول على المعادن

تنقسم عادة إلى ثلاثة أنواع:

ميتالورجيا حراري - الانتعاش في درجات حرارة عالية ؛

معالجة المعادن - الاسترداد من الأملاح في المحاليل ؛

كهرومعادن - التحليل الكهربائي للمحلول أو الذوبان.

ميتالورجيا حراريا

تلقى : الحديد الزهر والصلب والنحاس والرصاص والنيكل والكروم والمعادن الأخرى.

عملية المجال -

إنتاج الصلب والحديد

تلقي المعالجة بالميتالورجيا : الذهب والزنك والنيكل وبعض المعادن الأخرى.

المعادن المستلمة: Cd ، Ag ، Au ، Cu ، Zn ، Mo ، إلخ.

تلقي كهربائيا : المعادن الأرضية القلوية والقلوية والألمنيوم والمغنيسيوم والمعادن الأخرى.

1. استعادة المعادن من الأكاسيد فحم أو أول أكسيد الكربون

فمثلا،

أنا x ا ذ + ج = كو 2 + أنا ،

1. ZnO ذ + ج ر = CO + Zn

أنا x ا ذ + ج = كو + أنا ،

2. Fe 3 ا 4 + 4CO ر = 4CO 2 + 3 ه

3. MgO + C. ر = Mg + CO

أنا x ا ذ + كو = كو 2 + أنا

غير مناسب للمعادن التي تشكل الكربيدات مع الكربون.

تلقى: Fe ، Cu ، Pb ، Sn ، Cd ، Zn

الطرق العامة للحصول على المعادن

2. تحميص كبريتيد متبوعًا بالاختزال (إذا كان المعدن في شكل ملح أو قاعدة ، فيتم تحويل الأخير أولاً إلى أكسيد)

فمثلا،

المرحلة الأولى –

أنا x س ذ + س 2 = أنا x ا ذ + هكذا 2

1. 2ZnS + 3O 2 ر = 2ZnO + 2SO 2

2 المرحلة –

أنا x ا ذ + C = CO 2 + أنا أو

2. MgCO 3 ر = MgO + CO 2

أنا x ا ذ + CO = CO 2 + أنا

الطرق العامة للحصول على المعادن

3 ألومينوثرمي (في الحالات التي لا يمكن فيها اختزاله بالفحم أو أول أكسيد الكربون بسبب تكوين الكربيد أو الهيدريد)

فمثلا،

1. 4SrO + 2Al ر = الأب (AlO 2 ) 2 + 3 ص

أنا x ا ذ + Al = Al 2 ا 3 + أنا

تلقى: Mn ، Cr ، Ti ، Mo ، W ، V وإلخ

2. 3MnO 2 + 4Al ر = 3Mn + 2Al 2 ا 3

3. 2Al + 3BaO ر = 3Ba + Al 2 ا 3 (الحصول على باريوم عالي النقاء)

الطرق العامة للحصول على المعادن

4. الحرارة المائية - للحصول على معادن عالية النقاء

فمثلا،

1. WO 3 + 3 ح 2 ر = W + 3H 2 ا

أنا x ا ذ + ح 2 = ح 2 يا + أنا

2. MoO 3 + 3 ح 2 ر = مو + 3 ح 2 ا

الحصول على معادن عالية النقاء: النحاس ، النيكل ، دبليو ، الحديد ، مو ، الكادميوم ، الرصاص

لكن) الفلزات القلوية والقلوية الترابية تم الحصول عليها في الصناعة بالتحليل الكهربائي يذوب الملح(كلوريدات):

2NaCl تذوب ، كهربائي. تيار. 2 Na + Cl 2

ذوبان CaCl 2 ، كهربائي. تيار. كاليفورنيا + Cl2

يذوب هيدروكسيد :

4NaOH تذوب ، كهربائي. تيار. 4Na + O 2 + 2H 2 O

(!!! تستخدم من حين لآخر لـ Na)

استرجاع المعادن بالتيار الكهربائي (التحليل الكهربائي)

ب) الألومنيومينتج صناعيا عن طريق التحليل الكهربائي ذوبان أكسيد الألومنيومفي الكرايوليت بعلم المعادن Na 3 AlF6 (من البوكسيت):

2Al 2 O 3 تذوب في الكريوليت ، كهربائي. تيار. 4Al + 3 O 2

في) التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاحتستخدم للحصول على معادن ذات نشاط متوسط ​​وخامل:

محلول 2CuSO 4 + 2H 2 O ، كهربائي. تيار. 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4

المعدن الذي يتم استلامه

كيفية الحصول على

الفلزات القلوية ، الكالسيوم ، الأب

الحديد على شكل سبائك

للحصول على معادن ذات نشاط متوسط ​​وخامل:

أمثلة على التخصيصات حول الموضوع : "الطرق العامة للحصول على المعادن"

المهام مع اختيار الإجابات (A10 ، A24 ، A29).

أ 1. رد الفعل ممكن بين

1) Ag و K 2 SO 4 (محلول)

2) Zn و KCl (محلول)

3) Mg و SnCl 2 (محلول)

4) Ag و CuSO 4 (محلول)

أ 2. أي معدن يزيح الحديد من كبريتات الحديد (II)؟

1) النحاس 2) الزنك 3) القصدير 4) الزئبق

A3. ما المعدن الذي يزيح النحاس من كبريتات النحاس (II)؟

1) Zn 2) Ag 3) Hg 4) Au

A4. صيغة المادة التي تقلل من أكسيد النحاس (II) هي

1) ثاني أكسيد الكربون 2 2) H 2 3) HNO 3 4) Cl 2

A5. صيغة مادة لا تقلل من أكسيد الحديد (III) -

1) حمض الهيدروكلوريك 2) آل 3) ح 2 4) ج

أ 6. لإجراء التحولات وفقًا للمخطط:

يجب استخدام Al (OH) 3 → AlCl 3 → Al بالتتابع

1) الكلور والهيدروجين

2) كلوريد الصوديوم والهيدروجين

3) كلوريد الهيدروجين والزنك

4) حمض الهيدروكلوريك والبوتاسيوم

أ 7. تعكس طريقة استخلاص المعادن بالحرارة للحصول على المعادن التفاعل:

1) HgS + O 2 → Hg + SO 2

2) CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Cu

3) 2NaCl (تيار) → 2Na + Cl 2

4) CuSO 4 + Zn → ZnSO 4 + Cu

أ 8. تعكس طريقة المعالجة المائية للحصول على المعادن التفاعل:

1) HgS + O 2 → Hg + SO 2

2) CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Cu

3) 2NaCl (تيار) → 2Na + Cl 2

4) AlCl 3 + 3K → Al + 3KCl

أ 9. كعامل مختزل في صهر الحديد في الصناعة

الأكثر استخداما

1) الهيدروجين

2) الألمنيوم

أ 10. يعرض أول أكسيد الكربون (II) خصائص مختزلة عند تسخينه

1) N 2 2) H 2 S 3) Fe 4) Fe 2 O 3

مهام الإجابة القصيرة (B3)

في 1. أثناء التحليل الكهربائي لمحلول AgNO 3 على الكاثود ،

1) الفضة

2) الهيدروجين

3) الفضة والهيدروجين

4) الأكسجين والهيدروجين

في 2. إنشاء تطابق بين صيغة المادة ومنتج التحليل الكهربائي لمحلولها المائي

ماء المحلول

أ) AgF 1) Ag ، F 2

ب) NaNO 3 2) Ag ، O 2 ، HF

ب) الرصاص (رقم 3) 2 3) H 2 ، O 2

د) NaF 4) الرصاص ، O 2 ، HNO 3

5) H 2 ، NO 2 ، O 2

6) هيدروكسيد الصوديوم ، H 2 ، و 2

على الساعة 3. إنشاء تطابق بين صيغة المادة ومنتج التحليل الكهربائي لمحلولها المائي

تركيبة منتجات التحليل الكهربائي للمواد محلول الماء محلول الماء

أ) HgCl 2 1) معدن ، كلور

ب) AlCl 3 2) الهيدروجين ، الكلور ، الهيدروكسيد

ج) Hg (ClO 4) 2 معدن

د) Na 2 SO 3 3) الهيدروجين والأكسجين

4) معدن ، أكسجين ، حامض

5) المعادن وثاني أكسيد الكبريت

6) الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت

في 4. إنشاء تطابق بين صيغة المادة ومنتج التحليل الكهربائي لمحلولها المائي

تركيبة منتجات التحليل الكهربائي للمواد

المحلول المائي

أ) نترات الزنك 1) الزنك والأكسجين وحمض النيتريك

ب) بروميد الزنك 2) الهيدروجين والأكسجين

ج) بروميد البوتاسيوم 3) الهيدروجين وأكسيد النيتريك (IV)

د) نترات البوتاسيوم 4) الزنك والبروم

5) الهيدروجين والبروم وهيدروكسيد البوتاسيوم

6) البوتاسيوم والبروم

7) البوتاسيوم وأكسيد النيتريك (IV)

ال 5. إنشاء تطابق بين صيغة المادة ومنتج التحليل الكهربائي لمحلولها المائي المتكون على الكاثود

تركيبة منتجات التحليل الكهربائي للمواد

المحلول المائي

أ) Li 2 SO 4 1) H 2

ب) با (أوه) 2 2) س 2

ج) MgCl 2 3) Cl 2

د) SnCl 2 4) Li

ال 6. هل الأحكام التالية حول الطرق الصناعية لإنتاج المعادن صحيحة؟

ج: تعتمد عملية استخلاص المعادن بالحرارة على عملية استخلاص المعادن من الخامات عند درجات حرارة عالية.

ب. في الصناعة ، يتم استخدام أول أكسيد الكربون (II) وفحم الكوك كعوامل اختزال.

1) فقط A هو الصحيح

2) فقط B هو الصحيح

3) كلتا العبارتين صحيحة

4) كلا الحكمين خاطئين

ال 7. إنشاء تطابق بين المعدن وطريقته

إنتاج كهربائيا.

التحليل الكهربائي للمعادن

أ) الصوديوم 1) محلول ملح مائي

ب) الفضة 3) الملح المذاب

د) النحاس 4) أكسيد مصهور

5) محلول أكسيد في الذوبان

كرايوليت الكتان

6) النترات المنصهرة

ال 8. إنشاء تطابق بين المعدن وطريقة إنتاجه الإلكتروليتي.

التحليل الكهربائي للمعادن

أ) البوتاسيوم 1) نترات منصهرة

ب) المغنيسيوم 2) محلول هيدروكسيد مائي

ج) النحاس 3) ذوبان الكلوريد

د) الرصاص 4) أكسيد مصهور

5) محلول أكسيد في الكريوليت المنصهر

6) محلول ملح مائي

في 9. إنشاء تطابق بين المعدن وطريقة إنتاجه الإلكتروليتي.

التحليل الكهربائي للمعادن

أ) الكروم 1) محلول ملح مائي

ب) الألومنيوم 2) محلول هيدروكسيد مائي

ب) الليثيوم 3) الملح المصهور

د) الباريوم 4) أكسيد مصهور

5) محلول أكسيد في الذوبان

كرايوليت الكتان

6) النترات المنصهرة

المهام مع إجابة مفصلة (C2)

C1. اكتب معادلات التفاعل التي يمكنك من خلالها إجراء التحولات:

Cu → Cu (NO 3) 2 → Cu (OH) 2 → X → Сu → CuSO 4

حدد شروط التفاعل.

C2. يتم إعطاء المواد: الألومنيوم ، أكسيد المنغنيز (IV) ، محلول مائي من كبريتات النحاس وحمض الهيدروكلوريك المركز.

اكتب معادلات لأربع تفاعلات محتملة بين هذه المواد.

وعلى شكل مركبات مختلفة. في حالة الطبيعة الحرة ، توجد معادن يصعب أكسدة الأكسجين الجوي ، على سبيل المثال ، البلاتين والذهب والفضة ، وغالبًا ما يكون الزئبق والنحاس وما إلى ذلك.

عادة ما توجد المعادن الأصلية بكميات صغيرة على شكل حبيبات أو شوائب في الصخور. من حين لآخر ، توجد أيضًا قطع كبيرة جدًا من المعادن - شذرات. وبالتالي ، فإن أكبر كتلة صلبة من النحاس وجدت تزن 420 طنًا ، والفضة - 13.5 طنًا ، والذهب - 112 كجم.

توجد معظم المعادن في الطبيعة في حالة ملزمة في شكل مركبات طبيعية كيميائية مختلفة - معادن. غالبًا ما تكون هذه أكاسيد ، على سبيل المثال معادن الحديد: خام الحديد الأحمر ، خام الحديد البني ، خام الحديد المغناطيسي Fe3O4. غالبًا ما تكون المعادن عبارة عن مركبات كبريتيد ، مثل لمعان الرصاص PbS أو الزنك blende أو galena ZnS أو cinnabar HgS.

المعادن هي جزء من الصخور والخامات. تسمى الخامات بالتكوينات الطبيعية التي تحتوي على معادن ، تكون فيها المعادن بكميات مناسبة تقنيًا واقتصاديًا للحصول على المعادن في الصناعة.

وفقًا للتركيب الكيميائي للمعادن الموجودة في الركاز ، يتم تمييز أكسيد وكبريتيد وخامات أخرى.

عادة ، قبل الحصول على المعادن من الخام ، يتم تخصيبها مسبقًا - يتم فصل نفايات الصخور ، والشوائب ، وما إلى ذلك ، ونتيجة لذلك ، يتم تكوين مركز يستخدم كمواد خام لإنتاج المعادن.

علم المعادن هو علم طرق وعمليات إنتاج المعادن من الخامات والمنتجات الأخرى المحتوية على معادن ، وإنتاج السبائك ومعالجة المعادن. يحمل نفس الاسم أهم فرع من فروع الصناعة الثقيلة ، والذي يعمل في إنتاج المعادن والسبائك.

اعتمادًا على طريقة الحصول على المعدن من الركاز (المركز) ، هناك عدة أنواع من الصناعات المعدنية.

معالجة المعادن بالحرارة - طرق معالجة الخامات بناءً على التفاعلات الكيميائية التي تحدث عند درجات حرارة عالية (الحرائق اليونانية - النار).

تشمل العمليات المعدنية الحرارية التحميص ، في حين يتم تحويل المركبات المعدنية الموجودة في الخامات ، وخاصة الكبريتيدات ، إلى أكاسيد ، ويتم إزالة الكبريت في شكل أكسيد الكبريت (1V) SO2 ، على سبيل المثال:

2CuS + 3O2 = 2СuО + 2SO2

والصهر ، بينما يتم استرجاع المعادن من أكاسيدها بمساعدة الفحم ، والهيدروجين ، وأول أكسيد الكربون (II) ، وهو معدن أكثر نشاطًا ، على سبيل المثال:

2СuО + С = 2Сu + СO2

Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr

إذا تم استخدام الألومنيوم كمعدن مختزل ، فإن عملية الاختزال المقابلة تسمى aluminothermy. تم اقتراح طريقة الحصول على المعادن من قبل العالم الروسي ن. ن. بيكيتوف.

نيكولاي نيكولايفيتش بيكيتوف

الكيميائي الفيزيائي الروسي. ساهم في تطوير الكيمياء الفيزيائية كمجال علمي مستقل. اكتشف العملية الكيميائية لإزاحة المعادن من محاليل أملاحها تحت تأثير المعادن الأخرى والهيدروجين.

المعالجة المائية- طرق الحصول على المعادن بناءً على التفاعلات الكيميائية التي تحدث في المحاليل.

تشمل العمليات المعدنية المائية مرحلة تحويل المركبات المعدنية غير القابلة للذوبان من الخامات إلى المحاليل ، على سبيل المثال ، عن طريق عمل حامض الكبريتيك ، يتم نقلها إلى محلول من أملاح النحاس والزنك واليورانيوم ، وعن طريق المعالجة بمحلول من الصودا - مركبات من الموليبدينوم والتنغستن ، متبوعين بالعزل الاختزالي للمعادن من المحاليل الناتجة باستخدام معادن أخرى أو تيار كهربائي.

علم المعادن- طرق الحصول على المعادن بالاعتماد على التحليل الكهربائي ، أي عزل المعادن من المحاليل أو ذوبان مركباتها بتمرير تيار كهربائي مباشر من خلالها. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي للحصول على معادن نشطة للغاية - القلوية والأتربة القلوية والألمنيوم ، وكذلك لإنتاج سبائك الفولاذ. بهذه الطريقة حصل الكيميائي الإنجليزي جي ديفي على البوتاسيوم والصوديوم والباريوم والكالسيوم.

همفري ديفي

(1778-1829)

الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي. أحد مؤسسي الكيمياء الكهربائية. عن طريق التحليل الكهربائي للأملاح والقلويات ، حصل على البوتاسيوم والصوديوم والباريوم والكالسيوم وملغم (محلول من معدن في الزئبق) من السترونشيوم والمغنيسيوم.

الأساليب الميكروبيولوجية للحصول على المعادن ، والتي تستخدم النشاط الحيوي لأنواع معينة من البكتيريا ، تستحق اهتماما كبيرا. على سبيل المثال ، فإن ما يسمى ببكتيريا thionic قادرة على تحويل الكبريتيدات غير القابلة للذوبان إلى كبريتات قابلة للذوبان. على وجه الخصوص ، يتم استخدام هذه الطريقة البكتيرية لاستخراج النحاس من خامات الكبريتيد مباشرة في مكان حدوثها. علاوة على ذلك ، يتم تغذية محلول العمل المخصب بكبريتات النحاس (II) للمعالجة المعدنية المائية.

1. المعادن الأصلية.

محتوى الدرس ملخص الدرسدعم إطار عرض الدرس بأساليب متسارعة تقنيات تفاعلية يمارس مهام وتمارين امتحان ذاتي ورش عمل ، تدريبات ، حالات ، أسئلة ، واجبات منزلية ، أسئلة مناقشة أسئلة بلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية ، صور رسومات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نوادر ، نكت ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، ألغاز كلمات متقاطعة ، اقتباسات الإضافات الملخصاترقائق المقالات لأوراق الغش الفضولي والكتب المدرسية الأساسية والإضافية معجم مصطلحات أخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثاليةخطة التقويم للسنة التوصيات المنهجية لبرنامج المناقشة دروس متكاملة

توجد المعادن في الطبيعة بشكل رئيسي في شكل مركبات. توجد فقط المعادن ذات النشاط الكيميائي المنخفض (المعادن النبيلة) في الطبيعة في حالة حرة (معادن البلاتين والذهب والنحاس والفضة والزئبق). من المعادن الهيكلية ، يوجد فقط الحديد والألمنيوم والمغنيسيوم في الطبيعة في شكل مركبات بكميات كافية. أنها تشكل رواسب قوية من رواسب من الخامات الغنية نسبيا. هذا يجعل من السهل حصادها على نطاق واسع.

نظرًا لأن المعادن الموجودة في المركبات في حالة مؤكسدة (لها حالة أكسدة إيجابية) ، فإن الحصول عليها في حالة حرة يتم تقليله إلى عملية اختزال:

يمكن إجراء هذه العملية كيميائيا أو كهروكيميائيا.

في الاختزال الكيميائي ، غالبًا ما يستخدم الفحم أو أول أكسيد الكربون (II) ، وكذلك الهيدروجين ، والمعادن النشطة ، والسيليكون كعامل اختزال. بمساعدة أول أكسيد الكربون (II) ، يتم الحصول على الحديد (في عملية الفرن العالي) ، والعديد من المعادن غير الحديدية (القصدير ، والرصاص ، والزنك ، وما إلى ذلك):

يستخدم الاختزال الهيدروجين ، على سبيل المثال ، لإنتاج التنغستن من أكسيد التنغستن (VI):

يضمن استخدام الهيدروجين كعامل اختزال أعلى درجة نقاء للمعدن الناتج. يستخدم الهيدروجين لإنتاج الحديد والنحاس والنيكل ومعادن أخرى نقية للغاية.

تسمى طريقة الحصول على المعادن التي تستخدم فيها المعادن كعامل اختزال ميتالوثرميك . في هذه الطريقة ، يتم استخدام المعادن النشطة كعامل اختزال. أمثلة على التفاعلات المعدنية:

الألمنيوم:

المغنيسيوم

تم إجراء تجارب المعادن الحرارية للحصول على المعادن لأول مرة من قبل العالم الروسي ن. ن. بيكيتوف في القرن التاسع عشر.

غالبًا ما يتم الحصول على المعادن عن طريق تقليل أكاسيدها ، والتي يتم عزلها بدورها من الخام الطبيعي المقابل. إذا كان الخام الأصلي عبارة عن معادن كبريتيد ، فإن الأخير يخضع لتحميص مؤكسد ، على سبيل المثال:

يتم إنتاج المعادن الكهروكيميائية أثناء التحليل الكهربائي للذوبان للمركبات المقابلة. بهذه الطريقة ، يتم الحصول على المعادن الأكثر نشاطًا ، الفلزات القلوية والقلوية الأرضية ، والألمنيوم ، والمغنيسيوم.

كما يستخدم الاختزال الكهروكيميائي ل تكرير (تنقية) المعادن "الخام" (النحاس والنيكل والزنك ، إلخ) التي يتم الحصول عليها بطرق أخرى. في التكرير الإلكتروليتي ، يتم استخدام معدن "خشن" (مع شوائب) كقطب موجب ، ويستخدم محلول من مركبات هذا المعدن كإلكتروليت.

تسمى طرق الحصول على المعادن ، التي تتم في درجات حرارة عالية ميتالورجيا حراري (في اليونانية pyr - حريق). العديد من هذه الأساليب معروفة منذ العصور القديمة. في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين. تبدأ في التطور معالجة المعادن طرق الحصول على المعادن (في الماء اليوناني). بهذه الطرق ، يتم نقل مكونات الخام إلى محلول مائي ثم يتم عزل المعدن عن طريق الاختزال الإلكتروليتي أو الكيميائي. لذا احصل ، على سبيل المثال ، على النحاس. يتم معالجة خام النحاس المحتوي على أكسيد النحاس (II) CuO بحمض الكبريتيك المخفف:

لتقليل النحاس ، يتم إخضاع المحلول الناتج من كبريتات النحاس (II) إما للتحليل الكهربائي ، أو يتم معالجة المحلول بمسحوق الحديد.

تتمتع طريقة المعالجة بالمياه المعدنية بمستقبل عظيم ، حيث تتيح الحصول على منتج دون استخراج الخام من الأرض. (قارن مزايا طريقة المعالجة بالمياه المعدنية للحصول على المعادن بتغويز الفحم تحت الأرض.)

في حياته اليومية محاط بمعادن مختلفة. تحتوي معظم العناصر التي نستخدمها على هذه المواد الكيميائية. حدث كل هذا لأن الناس وجدوا طرقًا متنوعة للحصول على المعادن.

ما هي المعادن

تتعامل الكيمياء غير العضوية مع هذه المواد القيمة للناس. يتيح الحصول على المعادن للفرد إنشاء تقنية مثالية أكثر فأكثر تعمل على تحسين حياتنا. ما هم؟ قبل التفكير في الطرق العامة للحصول على المعادن ، من الضروري فهم ماهيتها. المعادن هي مجموعة من العناصر الكيميائية على شكل مواد بسيطة ذات خصائص مميزة:

الموصلية الحرارية والكهربائية.

اللدونة العالية

القصب مادة للتزيين.

يمكن لأي شخص أن يميزها بسهولة عن غيرها من المواد. السمة المميزة لجميع المعادن هي وجود تألق خاص. يتم الحصول عليها عن طريق عكس أشعة الضوء الساقط على سطح لا ينقلها. اللمعان خاصية مشتركة لجميع المعادن ، لكنها أكثر وضوحًا في الفضة.

حتى الآن ، اكتشف العلماء 96 عنصرًا كيميائيًا من هذا القبيل ، على الرغم من عدم التعرف عليهم جميعًا من قبل العلم الرسمي. وهي مقسمة إلى مجموعات حسب خصائصها المميزة. لذلك تتميز المعادن التالية:

قلوي - 6 ؛

الأرض القلوية - 6 ؛

انتقالي - 38 ؛

الرئة - 11 ؛

نصف معادن - 7 ؛

اللانثانيدات - 14 ؛

الأكتينيدات - 14.

الحصول على المعادن

من أجل صنع سبيكة ، من الضروري أولاً وقبل كل شيء الحصول على المعدن من الخام الطبيعي. العناصر الأصلية هي تلك المواد الموجودة في الطبيعة في حالة حرة. وتشمل هذه البلاتين والذهب والقصدير والزئبق. يتم فصلها عن الشوائب ميكانيكياً أو بمساعدة الكواشف الكيميائية.

يتم استخراج المعادن الأخرى عن طريق معالجة مركباتها. تم العثور عليها في الحفريات المختلفة. الخامات هي المعادن والصخور ، والتي تشمل المركبات المعدنية على شكل أكاسيد أو كربونات أو كبريتيدات. للحصول عليها ، يتم استخدام المعالجة الكيميائية.

استعادة الأكاسيد بالفحم ؛

الحصول على القصدير من حجر القصدير.

حرق مركبات الكبريت في أفران خاصة.

لتسهيل استخراج المعادن من صخور الركاز ، يتم إضافة مواد مختلفة تسمى التدفقات إليها. أنها تساعد على إزالة الشوائب غير المرغوب فيها مثل الطين والحجر الجيري والرمل. نتيجة لهذه العملية ، يتم الحصول على مركبات منخفضة الذوبان تسمى الخبث.

في حالة وجود كمية كبيرة من الشوائب ، يتم تخصيب الخام قبل صهر المعدن عن طريق إزالة جزء كبير من المكونات غير الضرورية. الطرق الأكثر استخدامًا لهذا العلاج هي طرق التعويم والمغناطيسية والجاذبية.

الفلزات القلوية

يعتبر الإنتاج الضخم للمعادن القلوية عملية أكثر تعقيدًا. هذا يرجع إلى حقيقة أنها توجد في الطبيعة فقط في شكل مركبات كيميائية. نظرًا لأنهم يقومون باختزال العوامل ، فإن إنتاجهم يكون مصحوبًا بتكاليف طاقة عالية. هناك عدة طرق لاستخراج الفلزات القلوية:

يمكن الحصول على الليثيوم من أكسيده في فراغ أو عن طريق التحليل الكهربائي لمادة الكلوريد المنصهرة ، والتي تتشكل أثناء معالجة الإسبودومين.

يتم استخلاص الصوديوم عن طريق تكليس الصودا بالفحم في بوتقات محكمة الإغلاق أو بالتحليل الكهربائي لمادة الكلوريد المنصهرة مع إضافة الكالسيوم. الطريقة الأولى هي الأكثر شاقة.

يتم الحصول على البوتاسيوم عن طريق التحليل الكهربائي لذوبان أملاحه أو عن طريق تمرير بخار الصوديوم عبر كلوريده. يتكون أيضًا من تفاعل هيدروكسيد البوتاسيوم المنصهر والصوديوم السائل عند درجة حرارة 440 درجة مئوية.

يتم استخراج السيزيوم والروبيديوم عن طريق اختزال كلوريداتهما بالكالسيوم عند 700-800 درجة مئوية أو الزركونيوم عند 650 درجة مئوية. الحصول على المعادن القلوية بهذه الطريقة هو أمر مكلف للغاية ومكلف للطاقة.

الاختلافات بين المعادن والسبائك

لا يوجد عمليا أي حد واضح بين المعادن وسبائكها ، لأنه حتى أنقى وأبسط المواد تحتوي على نسبة من الشوائب. إذن ما هو الفرق بينهما؟ تُستخدم جميع المعادن المستخدمة في الصناعة وفي قطاعات أخرى من الاقتصاد الوطني تقريبًا في شكل سبائك ، يتم الحصول عليها بشكل هادف عن طريق إضافة مكونات أخرى إلى العنصر الكيميائي الرئيسي.

سبائك

تتطلب هذه التقنية مجموعة متنوعة من المواد المعدنية. في الوقت نفسه ، لا يتم استخدام العناصر الكيميائية النقية عمليًا ، حيث لا تحتوي على الخصائص اللازمة للناس. لتلبية احتياجاتنا ، اخترعنا طرقًا مختلفة للحصول على السبائك. يشير هذا المصطلح إلى مادة متجانسة ظاهريًا تتكون من عنصرين كيميائيين أو أكثر. في هذه الحالة ، تسود المكونات المعدنية في السبيكة. هذه المادة لها هيكلها الخاص. في السبائك ، يتم تمييز المكونات التالية:

قاعدة تتكون من معدن واحد أو أكثر ؛

إضافات صغيرة من عناصر التعديل وسبائك ؛

الشوائب غير المزالة (التكنولوجية ، الطبيعية ، العشوائية).

السبائك المعدنية هي المادة الهيكلية الرئيسية. هناك أكثر من 5000 منهم في مجال التكنولوجيا.

على الرغم من هذه المجموعة المتنوعة من السبائك ، فإن تلك التي تعتمد على الحديد والألمنيوم لها أهمية قصوى بالنسبة للناس. هم الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية. أنواع السبائك مختلفة. علاوة على ذلك ، يتم تقسيمهم وفقًا لعدة معايير. لذلك يتم استخدام طرق مختلفة لتصنيع السبائك. وفقًا لهذا المعيار ، يتم تقسيمهم إلى:

الصب ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق بلورة ذوبان المكونات المختلطة.

مسحوق ، يتم إنشاؤه عن طريق الضغط على خليط من المساحيق والتلبيد اللاحق عند درجة حرارة عالية. علاوة على ذلك ، غالبًا ما تكون مكونات هذه السبائك ليست فقط عناصر كيميائية بسيطة ، ولكن أيضًا مركباتها المختلفة ، مثل التيتانيوم أو كربيدات التنجستن في السبائك الصلبة. إضافتهم بكميات معينة تغير المواد.

تنقسم طرق الحصول على السبائك في شكل منتج نهائي أو فارغ إلى:

مسبك (سيلومين ، حديد زهر) ؛

قابل للتشوه (فولاذ) ؛

مسحوق (تيتانيوم ، تنجستن).

أنواع السبائك

تختلف طرق الحصول على المعادن ، في حين أن المواد المصنوعة بفضلها لها خصائص مختلفة. في الحالة الصلبة للتجميع ، السبائك هي:

متجانسة (متجانسة) تتكون من بلورات من نفس النوع. غالبًا ما يشار إليها على أنها مرحلة واحدة.

غير متجانسة (غير متجانسة) ، تسمى متعددة الأطوار. عندما يتم الحصول عليها ، يتم أخذ محلول صلب (مرحلة المصفوفة) كقاعدة للسبيكة. يعتمد تكوين المواد غير المتجانسة من هذا النوع على تكوين عناصرها الكيميائية. قد تحتوي هذه السبائك على المكونات التالية: محاليل صلبة من الخلالي والاستبدال ، المركبات الكيميائية (الكربيدات ، المعادن البينية ، النيتريد) ، بلورات المواد البسيطة.

خصائص السبائك

بغض النظر عن الطرق المستخدمة للحصول على المعادن والسبائك ، يتم تحديد خصائصها تمامًا من خلال التركيب البلوري للمراحل والبنية المجهرية لهذه المواد. كل واحد منهم مختلف. تعتمد الخصائص المجهرية للسبائك على بنيتها المجهرية. على أي حال ، فهي تختلف عن خصائص مراحلها ، والتي تعتمد فقط على التركيب البلوري للمادة. يتم الحصول على التجانس العياني للسبائك غير المتجانسة (متعددة الأطوار) نتيجة للتوزيع المنتظم للمراحل في المصفوفة المعدنية.

أهم خصائص السبائك هي قابلية اللحام. خلاف ذلك ، فهي متطابقة مع المعادن. لذلك ، تحتوي السبائك على موصلية حرارية وكهربائية وليونة وانعكاسية (لمعان).

أنواع مختلفة من السبائك

سمحت الطرق المختلفة للحصول على السبائك للإنسان باختراع عدد كبير من المواد المعدنية ذات الخصائص والخصائص المختلفة. وفقًا لغرضهم ، يتم تقسيمهم إلى المجموعات التالية:

الهيكلية (الصلب ، دورالومين ، الحديد الزهر). تشمل هذه المجموعة أيضًا السبائك ذات الخصائص الخاصة. لذلك فهي تتميز بالسلامة الجوهرية أو خصائص مضادة للاحتكاك. وتشمل هذه النحاس والبرونز.

لصب المحامل (babbitt).

لمعدات التسخين والقياس الكهربائية (نيتشروم ، مانجانين).

لإنتاج أدوات القطع (سيفوز).

في الإنتاج ، يستخدم الناس أيضًا أنواعًا أخرى من المواد المعدنية ، مثل السبائك منخفضة الانصهار والمقاومة للحرارة والمقاومة للتآكل وغير المتبلورة. كما يتم استخدام المغناطيسات والكهرباء الحرارية (تيلورايد وسيلينيدات البزموت والرصاص والأنتيمون وغيرها) على نطاق واسع.

سبائك الحديد

يتم توجيه كل الحديد المصهور على الأرض تقريبًا لإنتاج الحديد البسيط ، كما يستخدم أيضًا في إنتاج الحديد الخام. اكتسبت سبائك الحديد شعبيتها بسبب حقيقة أن لها خصائص مفيدة للبشر. تم الحصول عليها عن طريق إضافة مكونات مختلفة إلى عنصر كيميائي بسيط. لذلك ، على الرغم من حقيقة أن سبائك الحديد المختلفة مصنوعة على أساس مادة واحدة ، فإن الفولاذ والمكاوي المصبوبة لها خصائص مختلفة. نتيجة لذلك ، وجدوا مجموعة متنوعة من التطبيقات. معظم أنواع الفولاذ أصلب من الحديد الزهر. تتيح الطرق المختلفة للحصول على هذه المعادن الحصول على درجات (ماركات) مختلفة من سبائك الحديد هذه.

تحسين خصائص السبائك

من خلال دمج معادن معينة وعناصر كيميائية أخرى ، يمكن الحصول على مواد ذات خصائص محسنة. على سبيل المثال ، الألومنيوم النقي هو 35 ميجا باسكال. عند استلام سبيكة من هذا المعدن مع النحاس (1.6٪) والزنك (5.6٪) والمغنيسيوم (2.5٪) ، فإن هذا الرقم يتجاوز 500 ميجا باسكال.

من خلال الجمع بين المواد الكيميائية المختلفة بنسب مختلفة ، يمكن الحصول على مواد معدنية ذات خصائص مغناطيسية أو حرارية أو كهربائية محسنة. الدور الرئيسي في هذه العملية يلعبه هيكل السبيكة ، وهو توزيع بلوراتها ونوع الروابط بين الذرات.

الفولاذ وحديد الصب

يتم الحصول على هذه السبائك بواسطة الكربون (2٪). في إنتاج مواد السبائك ، يضاف إليها النيكل والكروم والفاناديوم. جميع أنواع الفولاذ العادي مقسمة إلى أنواع:

يستخدم منخفض الكربون (0.25٪ كربون) لتصنيع الهياكل المختلفة ؛

نسبة عالية من الكربون (أكثر من 0.55٪) مخصصة لإنتاج أدوات القطع.

تُستخدم درجات مختلفة من الفولاذ المخلوط في الهندسة الميكانيكية ومنتجات أخرى.

سبيكة من الحديد بالكربون ، نسبتها 2-4٪ ، تسمى الحديد الزهر. تحتوي هذه المادة أيضًا على السيليكون. يتم صب العديد من المنتجات ذات الخصائص الميكانيكية الجيدة من الحديد الزهر.

المعادن غير الحديدية

بالإضافة إلى الحديد ، يتم استخدام عناصر كيميائية أخرى لصنع مواد معدنية مختلفة. نتيجة لتوليفها ، يتم الحصول على سبائك غير حديدية. في حياة الناس ، تعتمد المواد على:

النحاس يسمى النحاس. تحتوي على 5-45٪ زنك. إذا كان محتواها 5-20 ٪ ، يسمى النحاس الأحمر ، وإذا كان 20-36 ٪ - أصفر. هناك سبائك من النحاس مع السيليكون والقصدير والبريليوم والألمنيوم. يطلق عليهم البرونز. هناك عدة أنواع من هذه السبائك.

الرصاص ، وهو لحام شائع (tretnik). في هذه السبيكة ، يسقط جزءان من القصدير على جزء واحد من هذه المادة الكيميائية. في إنتاج المحامل ، يتم استخدام babbitt ، وهي سبيكة من الرصاص والقصدير والزرنيخ والأنتيمون.

الألمنيوم والتيتانيوم والمغنيسيوم والبريليوم ، وهي سبائك خفيفة غير حديدية ذات قوة عالية وخصائص ميكانيكية ممتازة.

كيف تحصل على

الطرق الرئيسية للحصول على المعادن والسبائك:

المسبك ، حيث يحدث تصلب مختلف المكونات المنصهرة. للحصول على السبائك ، يتم استخدام طرق استخراج المعادن بالحرارة والكهرباء المعدنية للحصول على المعادن. في المتغير الأول ، يتم استخدام الطاقة الحرارية التي يتم الحصول عليها في عملية احتراق الوقود لتسخين المواد الخام. تنتج طريقة المعالجة المعدنية الحرارية الفولاذ في أفران ذات مواقد مفتوحة والحديد الزهر في أفران الصهر. باستخدام طريقة المعالجة الكهربية المعدنية ، يتم تسخين المواد الخام في أفران الحث أو أفران القوس الكهربائي. في الوقت نفسه ، تتفكك المواد الخام بسرعة كبيرة.

المسحوق ، حيث تستخدم مساحيق مكوناته في صنع السبيكة. بفضل الضغط ، يتم إعطاؤهم شكلًا معينًا ، ثم يتم تلبيدهم في أفران خاصة.

يمكن أن تكون المعادن في الطبيعة في شكل معادن وصخور ومحاليل مائية. فقط عدد قليل (Au ، Pt ، جزئيًا Ag ، Cu ، Hg) يحدث في الحالة الحرة.

المعدنية- مادة فردية ذات بنية بلورية محددة (على سبيل المثال ، الطباشير ، الرخام عبارة عن كربونات الكالسيوم). صخر - خليط من المعادن. يسمى الصخر الذي يحتوي على كمية كبيرة من المعادن خام. محاليل مائية - مياه المحيطات والبحر ؛ المياه المعدنية (في المحاليل ، المعادن في شكل أملاح).

علم المعادنهو علم يدرس ويطور الطرق الصناعية للحصول على المعادن من الخامات.

قبل تلقي المعادن ، يتم تخصيب الخام (مركّز) ، أي فصله عن نفايات الصخور.

هناك طرق مختلفة لإثراء الخامات. طرق التعويم والجاذبية والمغناطيسية الأكثر استخدامًا.

على سبيل المثال ، عادةً لا يتجاوز محتوى النحاس في الخامات المستغلة 1٪ ، لذا فإن التخصيب الأولي ضروري. يتم تحقيق ذلك باستخدام طريقة تعويم الخامات ، بناءً على خصائص الامتزاز المختلفة لأسطح جزيئات المعادن الكبريتية والصخور المتبقية من نوع السيليكات. إذا قمنا ، في الماء الذي يحتوي على خليط صغير من مادة عضوية منخفضة القطبية (على سبيل المثال ، زيت الصنوبر) ، بهز مسحوق خام النحاس المطحون ناعماً ونفث الهواء عبر النظام بأكمله ، ثم جزيئات كبريتيد النحاس ، جنبًا إلى جنب مع سوف ترتفع فقاعات الهواء وتتدفق على حافة الوعاء على شكل رغوة ، وتستقر جزيئات السيليكات في القاع. هذا هو أساس طريقة التخصيب بالتعويم ، حيث تتم معالجة أكثر من 100 مليون طن من خامات الكبريت من معادن مختلفة سنويًا. خام غني - مركز - يحتوي عادة من 20 إلى 30٪ نحاس. بمساعدة التعويم الانتقائي (الانتقائي) ، من الممكن ليس فقط فصل الخام عن صخور النفايات ، ولكن أيضًا فصل المعادن الفردية للخامات المتعددة الفلزات.

تنقسم العمليات الميتالورجية إلى عمليات استخلاص المعادن من فلزاتها الحرارية وعملية استخلاص المعادن من المعادن.

ميتالورجيا- اختزال المعادن من مركباتها (أكاسيد ، كبريتيدات ، إلخ) تحت ظروف اللامائية عند درجات حرارة عالية.

عند معالجة خامات الكبريتيد ، يتم تحويل الكبريتيدات أولاً إلى أكاسيد عن طريق التحميص ، ثم يتم تقليل الأكاسيد بالفحم أو ثاني أكسيد الكربون:

ZnS + 3O 2 \ u003d 2 ZnO + 2SO 2 ؛ 2PbS + 3O 2 \ u003d 2 PbO + 2SO 2 ؛

ZnO + C = Zn + CO ؛ PbO + C = Pb + CO

تنتج طريقة المعالجة المعدنية الحرارية ، على سبيل المثال ، الحديد الزهر والصلب.

ومع ذلك ، لا يمكن الحصول على جميع المعادن عن طريق تقليل أكاسيدها بالكربون أو ثاني أكسيد الكربون ، لذلك يتم استخدام عوامل اختزال أقوى: الهيدروجين والمغنيسيوم والألمنيوم والسيليكون. على سبيل المثال ، المعادن مثل الكروم والموليبدينوم والحديد الألمنيوم :

3Fe 3 O 4 + 8Al \ u003d 9Fe + 4Al 2 O 3.

المعالجة المائية -استخراج المعادن من الخامات باستخدام المحاليل المائية لبعض الكواشف.

على سبيل المثال ، يتم معالجة خام يحتوي على ملح أساسي (CuOH) 2 CO 3 بمحلول حمض الكبريتيك:

(CuOH) 2 CO 3 + 2H 2 SO 4 \ u003d 2CuSO 4 + 3H 2 O + CO 2.

من محلول الكبريتات الناتج ، يتم عزل النحاس إما عن طريق التحليل الكهربائي أو بفعل الحديد المعدني:

Fe + CuSO 4 \ u003d Cu + FeSO 4.

يسمى إزاحة معدن بآخر من محلول ملح في التكنولوجيا تدعيم.

يتم الحصول على النحاس والزنك والكادميوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز والمعادن الأخرى التحليل الكهربائي محاليل الملح. يحدث تصريف أيونات المعادن من المحاليل عند الكاثود:

النحاس + 2 + 2 ه -= النحاس 0.

تستخدم هذه العمليات أنودات غير قابلة للذوبان ، والتي عادة ما تطلق الأكسجين:

2H2O-4 ه -→ O 2 + 4H +.

يتم الحصول على المعادن النشطة (الأرض القلوية والقلوية) عن طريق التحليل الكهربائي للذوبان ، لأن هذه المعادن قابلة للذوبان في الماء:

(الكاثود ، -): Mg +2 + 2 ه -= ملغ 0 ؛ (الأنود ، +): 2Cl - - 2 ه -= Cl 2 0.

طرق تنظيف المعادن

تعتمد خصائص المعادن على محتوى الشوائب فيها. على سبيل المثال ، لم يتم استخدام التيتانيوم لفترة طويلة بسبب هشاشته بسبب وجود الشوائب. بعد تطوير طرق التنقية ، زاد استخدام التيتانيوم بشكل كبير. من الأهمية بمكان نقاوة المواد في التكنولوجيا الإلكترونية والحاسوبية والطاقة النووية.

التكرير- عملية تنظيف المعادن بالاعتماد على اختلاف الخواص الفيزيائية والكيميائية للمعدن والشوائب.

يمكن تقسيم جميع طرق تنظيف المعادن إلى مواد كيميائية وفيزيائية كيميائية.

الطرق الكيميائيةتتكون التنقية من تفاعل المعادن مع الكواشف المختلفة التي تشكل رواسب أو منتجات غازية مع معادن أساسية أو شوائب. للحصول على النيكل والحديد والتيتانيوم عالية النقاء ، يتم استخدام التحلل الحراري للمركبات المعدنية المتطايرة (عملية الكربوكسيل ، عملية اليوديد).

ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، إنتاج الزركونيوم. في نظام مغلق يوجد بخار اليود والزركونيوم الخام. درجة الحرارة في وعاء التفاعل 300 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، يتشكل رباعي يوديد الزركونيوم المتطاير على سطح الزركونيوم:

Zr (tv) + 2I 2 (g) ↔ ZrI 4 (g).

يحتوي وعاء التفاعل على خيوط من التنجستن يتم تسخينها إلى 1500 درجة مئوية. بسبب قابلية الانعكاس العالية لهذا التفاعل ، يترسب يوديد الزركونيوم على خيوط التنجستن ويتحلل ليشكل الزركونيوم.

الطرق الفيزيائية والكيميائيةتشمل الكهروكيميائية والتقطير والتبلور وطرق التنقية الأخرى.

يستخدم التحليل الكهربائي على نطاق واسع في تعدين المعادن الخفيفة وغير الحديدية. تستخدم هذه الطريقة لتنقية العديد من المعادن: النحاس ، الفضة ، الذهب ، الرصاص ، القصدير ، إلخ.

ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، تكرير النيكل الأسود ، الذي يحتوي على شوائب من الزنك والنحاس ويعمل كأنود في خلية التحليل الكهربائي:

ه 0 Zn 2+ / Zn = - 0.76 فولت ؛ ه 0 نحاس 2+ / نحاس = .34 فولت ؛ ه 0 ني 2+ / نيكل = - 0.25 فولت.

في القطب الموجب ، يذوب المعدن ذو الإمكانات الأكثر سلبية أولاً. لان

ه 0 زن 2+ / زد< ه 0 ني 2+ / ني< ه 0 نحاس 2+ / نحاس ،

ثم يذوب الزنك أولاً ، ثم المعدن الأساسي - النيكل:

الزنك -2 هـ-→ Zn 2 + ، Ni - 2 ه- → ني 2 +.

شوائب النحاس ، التي لها إمكانات أكثر إيجابية ، لا تذوب ولا تترسب (الحمأة) في شكل جزيئات معدنية. سيحتوي المحلول على أيونات Zn 2+ و Ni 2+. على الكاثود ، يتم ترسيب المعدن ذو الإمكانات الأكثر إيجابية ، أي النيكل ، أولاً. وهكذا ، نتيجة للتكرير ، يترسب النيكل على القطب السالب ، ويترسب النحاس في الحمأة ، ويذهب الزنك إلى المحلول.

ينتج التحليل الكهربائي لمصهور المركبات الألمنيوم والمغنيسيوم والصوديوم والليثيوم والبريليوم والكالسيوم وكذلك سبائك من بعض المعادن. أكبر عملية التحليل الكهربائي في الصناعة الكيميائية هي التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم مع إنتاج الكلور الغازي في الأنود ، والهيدروجين في الكاثود ، ومحلول قلوي في مساحة الكاثود. بالإضافة إلى ذلك ، ينتج التحليل الكهربائي الفلور من خليط ذائب من HF و NaF والهيدروجين والأكسجين من الماء (لتقليل الخسائر الأومية ، يتم إجراء التحليل الكهربائي في محلول NaOH) ، وثاني أكسيد المنغنيز من محلول MnSO4 ، إلخ.

تستخدم على نطاق واسع ذوبان المنطقة ، والذي يتكون من حقيقة أن منطقة التسخين ، وبالتالي منطقة المعدن المنصهر تتحرك ببطء على طول السبيكة (قضيب). تتركز بعض الشوائب في المصهور ويتم جمعها في نهاية السبيكة ، والبعض الآخر - في بداية السبيكة. بعد عدة دورات ، يتم قطع الأجزاء الأولية والأخيرة من السبيكة ، تاركًا الجزء الأوسط النظيف من المعدن.

سبائك معدنية

سبيكة – هو نظام ذو خواص معدنية ، ويتكون من معادن أو أكثر (قد يكون أحد المكونات غير فلز).

تتم دراسة أسئلة التفاعل الكيميائي للمعادن مع بعضها البعض ، وكذلك مع غير المعادن ، إذا احتفظت منتجات تفاعلها بخصائص معدنية ، بواسطة أحد أقسام الكيمياء غير العضوية - كيمياء المعادن .

إذا قمت بترتيب المعادن بالترتيب لزيادة تفاعلها الكيميائي مع بعضها البعض ، تحصل على السلسلة التالية:

- لا تتفاعل المكونات مع بعضها البعض سواء في الحالة السائلة أو في الحالة الصلبة ؛

- تذوب المكونات بشكل متبادل في الحالة السائلة ، وتشكل سهل الانصهار في الحالة الصلبة (خليط ميكانيكي);

- تتشكل المكونات مع بعضها البعض في المحاليل السائلة والصلبة من أي تركيبة (أنظمة ذات قابلية غير محدودة للذوبان);

- تشكل المكونات واحدًا أو أكثر من المركبات المعدنية مع بعضها البعض ، تسمى بين المعادن (نظام مع تكوين مركب كيميائي).

لدراسة الخصائص الفيزيائية للسبائك ، اعتمادًا على تركيبها ، يستخدم التحليل الفيزيائي الكيميائي على نطاق واسع. هذا يجعل من الممكن اكتشاف ودراسة التغيرات الكيميائية التي تحدث في النظام.

يمكن الحكم على التحولات الكيميائية في النظام من خلال طبيعة التغيير في الخصائص الفيزيائية المختلفة - درجات حرارة الانصهار والتبلور ، وضغط البخار ، واللزوجة ، والكثافة ، والصلابة ، والخصائص المغناطيسية ، والتوصيل الكهربائي للنظام ، اعتمادًا على تركيبته. من الأنواع المختلفة للتحليل الفيزيائي الكيميائي الأكثر استخدامًا التحليل الحراري . أثناء التحليل ، يبنون ويدرسون ذوبان الرسوم البيانية ،التي هي قطعة من نقطة انصهار النظام مقابل تكوينه.

لبناء مخطط ذوبان ، يتم أخذ مادتين نقيتين ويتم تحضير خليط من تركيبات مختلفة منها. يتم صهر كل خليط ثم تبريده ببطء ، مع ملاحظة درجة حرارة سبيكة التبريد على فترات منتظمة. بهذه الطريقة يتم الحصول على منحنى التبريد. على التين. 1. يوضح منحنيات التبريد لمادة نقية (1) وسبائك ( 2 ). يصاحب انتقال المادة النقية من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة إطلاق حرارة التبلور ، لذلك ، حتى يتبلور السائل بأكمله ، تظل درجة الحرارة ثابتة (المقطع العرضي) قبل الميلاد،منحنى 1 ). علاوة على ذلك ، يستمر تبريد المادة الصلبة بالتساوي.

عندما يتم تبريد المصهور (المحلول) ، يكون لمنحنى التبريد شكل أكثر تعقيدًا (الشكل 1 ، منحنى 2). في أبسط حالات تبريد ذوبان مادتين ، في البداية ، يحدث انخفاض منتظم في درجة الحرارة حتى تبدأ بلورات إحدى المواد في الانفصال عن المحلول. نظرًا لأن درجة حرارة التبلور للمحلول أقل من درجة حرارة المذيب النقي ، يبدأ تبلور إحدى المواد من المحلول فوق درجة حرارة التبلور للمحلول. عندما يتم عزل بلورات إحدى المواد ، يتغير تكوين السائل المنصهر ، وتنخفض درجة حرارة التصلب باستمرار كلما تبلور. الحرارة المنبعثة أثناء التبلور تبطئ إلى حد ما مسار التبريد ، وبالتالي تبدأ من النقطة لعلى المنحنى 2, ينخفض ​​انحدار خط منحنى التبريد. أخيرًا ، عندما يصبح الذوبان مشبعًا فيما يتعلق بكلتا المادتين , يبدأ تبلور كلتا المادتين في وقت واحد. هذا يتوافق مع مظهر المقطع الأفقي على منحنى التبريد ب "ج".عندما ينتهي التبلور ، لوحظ انخفاض إضافي في درجة الحرارة.

بناءً على منحنيات التبريد لخلائط من تركيبات مختلفة ، يتم إنشاء مخطط ذوبان. دعونا ننظر في أكثرها نموذجية.

معلومات مماثلة.