Цветные, драгоценные и черные виды металлов и их характеристика

Металлы – это большая группа простых элементов с характерными особенностями, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент и другое. Чтобы правильно классифицировать и понять, что к чему, необходимо разобраться со всеми нюансами. Давайте постараемся с вами рассмотреть такие основные виды металлов, как черные, цветные, драгоценные, а также сплавы. Это достаточно обширная и сложная тема, но мы постараемся разложить все по полочкам.

Что должен знать каждый?

Прежде чем классифицировать металлы по группам, необходимо разобраться с основными признаками. К первостепенным относят отрицательный коэффициент проводимости электричества. Это говорит о том, что с понижением температуры проводимость повышается, и некоторые проводники становятся сверхпроводниками. В это же время повышение температуры приводит к частичной или полной потере пропускной способности. К второстепенным признакам необходимо отнести металлический блеск, а также высокую температуру плавления. Помимо этого, некоторые металлы в виде соединений играют роль восстановителя при окислительно-восстановительных реакциях. Обратите внимание на то, что в природе чистые металлы практически не встречаются, поэтому забывать о руде и самородках тоже не нужно.

О черных металлах

К данной группе относят железо, а также его сплавы (чугун, ферросплавы). По сути, черные металлы – это сплав железа с углеродом, но помимо этого в составе есть и другие химические элементы, например сера, фосфор, кремний и др. Если нужно придать сплаву специфические свойства, необходимые для выполнения определенных целей, добавляются легирующие вещества, в качестве которых чаще всего выступает медь, хром или никель. Классифицируются все виды черных металлов по содержанию углерода. Так, существуют следующие сплавы:

• Чугун – количество углерода колеблется от 2 до 4,3%, в некоторых случаях достигает критической отметки в 5%. Различные химические элементы прямым образом влияют на свойства изделия. Так, сера с фосфором повышают хрупкость, а хромовые и никелевые присадки делают чугун более жаростойким и устойчивым к коррозии.
• Сталь – содержание углерода до 2%. Отличается от чугуна высокой пластичностью, а также высокими технологическими показателями (проще поддается обработке).

Особенности чугуна и стали в подробностях

В настоящее время существует несколько видов чугуна, которые используются в быту, а также промышленности: литейный (серый) и передельный (белый). Последний отличается от первого вида тем, что углерод находится в связанном состоянии в виде цемента, в первом же случае - в свободном состоянии в виде графита. Понижение прочности данного материала обусловлено тем, что пластинки графита нарушают металлическую структуру, тем самым ослабляя ее. Существует модифицированный серый чугун. Его особенности в том, что графит находится в шаровидной форме, что повышает механические свойства изделия.

Вы наверняка уже успели понять, что стали более универсальны, что обусловлено не таким большим количеством углерода в составе. Так, конструкционные стали содержат от 0,02 до 0,85% углерода и используются для строительства. Основное их преимущество заключается в хорошей пластичности. Степень хрупкости низкая. Есть еще инструментальные, в которых содержание углерода несколько больше – от 0,65 до 1,4%, следовательно, это более прочный сплав, но хрупкий. Используется, как можно понять из названия, в качестве заготовки для создания инструментов (режущих, пилящих рабочих органов машин и агрегатов). Вот мы рассмотрели виды черных металлов, поэтому давайте пойдем дальше.

Благородные металлы

К данной группе относятся химически устойчивые, не окисляющиеся в воде и воздухе сплавы. Стоит отметить, что количество таких металлов на всей планете относительно невелико, а процесс добычи и обработки исключительно сложный и трудоемкий. Если издавна человечество знало всего о 7 группах, то сегодня их несколько больше. Так, наиболее известные виды драгоценных металлов: золото, серебро, платина, осмий, родий, палладий, иридий и др. Все они встречаются в природе. Также существуют так называемые изотопы. Их получают в лабораториях путем сложных химических реакций. Самый дорогостоящий такой металл – калифорний-252 стоимостью 500 тысяч долларов за грамм. К наиболее же востребованным относится осмий-187, получаемый в современных лабораториях.

О серебре и золоте

Еще с эпохи каменного века люди знакомы с таким металлом, как золото. Можно с уверенностью сказать о том, что это самый главный драгметалл во всем мире. В природе чаще всего встречается в качестве самородков с небольшим количеством примесей или в сплаве с серебром. К исключительным особенностям стоит отнести теплопроводность и очень низкое сопротивление. Конечно, нельзя не отметить ковкость золота, из-за чего оно является крайне популярным материалом для изготовления ювелирных изделий. Интересный факт: самый большой золотой самородок нашли в Австралии. Весил он порядка 90 килограммов.

Если рассматривать основные виды драгоценных металлов, то нельзя не сказать о серебре. В природе данный материал встречается в самородном виде (серебряная руда). Но стоит отметить, что основная добыча осуществляется из комплексных руд, где серебра относительно немного, но залежи таких ископаемых встречаются чаще. Это очень мягкий и пластичный металл, который обладает исключительной электро- и теплопроводностью.

Родий и платина

Родий – металл, не имеющий собственных минералов, поэтому является одним из самых дорогостоящих. За грамм придется отдать более 220 долларов. Данный благородный металл имеет серебристый цвет с голубоватым отливом. Отличается своей устойчивостью к химическим и температурным воздействиям, но крайне уязвим к механическим повреждениям ввиду своей хрупкости. Так как стоит достаточно дорого, то используется лишь там, где нельзя подобрать аналог.

Если рассматривать типы и виды металлов, то нельзя не сказать о платине, открытой в 1952 году шведским химиком. Это достаточно редкий материал и в природе встречается только в сочетании сплавов с другими металлами. Процесс добычи крайне трудоемкий и требует больших вложений, но оно того стоит, ведь на платину не действует ни одна известная на сегодняшний день кислота. При нагревании не изменяет свой цвет и не окисляется.

Виды цветных металлов

Данная группа является наиболее востребованной, так как большинство материалов является сырьем для получения металлопроката. Если говорить о сфере применения, то она достаточно обширна, это: машиностроение, металлургия, радиоэлектроника, сфера высоких технологий и т. д. По физическим свойствам бывают следующие виды цветных металлов:

• тяжелые (свинец, цинк, олово, никель и др.);
• легкие (алюминий, титан, магний и др.).

Согласно данной классификации, существует металлургия легких и тяжелых металлов. Не секрет, что из данной группы можно изготовить совершенно любую технику. Обратите внимание, что к цветным относятся все виды сплавов металлов, кроме железа. А сейчас давайте пойдем дальше.

Основные виды тяжелых металлов

На сегодняшний день существует примерно 40 определений понятия данной группы материалов. Среди отличительных особенностей - внушительный атомный вес, как правило, более 50. Из этого можно сделать вывод о том, что в список стоит включить все, что идет после ванадия (независимо от плотности). Но если использовать другое определение, то определяющим параметром может быть плотность, которая должна быть более, чем у железа (8 г/см³). В этом случае в список попадут: свинец, ртуть, медь, а вот олово окажется за списком. Сегодня крайне остро стоит вопрос загрязнения окружающей среды данной группой. Это обусловлено тем, что многие металлы используются в тяжелой промышленности и попадают в океан вместе со сточными водами. Основная проблема – это высокая токсичность ртути, свинца, кадмия. Кроме того, некоторые виды тяжелых металлов имеют особенность накапливаться в живых организмах. Так, из-за отравления ртутью в 1977 году насчитывалось более 2300 жертв.

Ртуть, свинец и кадмий

Это самые опасные цветные металлы, относящиеся к тяжелым. Являются основными загрязнителями окружающей среды. Ртуть – высокотоксичный металл для человека, в океан попадает через атмосферу и со сточными водами. Когда на электростанциях сжигают уголь, то соединения ртути попадают в атмосферу, а затем выпадают в океан в виде осадков. Кроме того, многие пресноводные и морские обитатели накапливают в своем организме значительное количество ртути, что не один раз приводило к отравлению человека, и даже смерти.

Кадмий – рассеянный и достаточно редкий элемент, который попадает в океан вместе со сточными водами металлургических и рудообогатительных производств. Следует отметить, что кадмий присутствует в организме человека, но его очень мало. При хроническом отравлении разрушаются кости, и начинается анемия. Что касается свинца, то этот металл в рассеянном состоянии есть практически везде. Такие виды металлов, фото которых мы привели выше, выводятся из организма, но достаточно медленно, поэтому их избыточное количество вызывает серьезные проблемы со здоровьем. Наряду с континентальной пылью в океан вместе с атмосферными осадками попадает примерно 25 тысяч тонн свинца.

На заметку

Как вы видите, существуют самые различные виды и свойства металлов. Что-то вовсе не опасно, и каждый день мы носим серебряный крестик и золотое кольцо на руке. Радиоактивные вещества могут убить человека, поэтому экологи всего мира пытаются отчасти решить вопрос выброса опасных металлов в океан и атмосферу. Конечно, решать такие проблемы очень сложно, особенно учитывая то, что большинство предпринимателей вообще не идут на контакт. Тем не менее, не стоит забывать о том, что без проводников, которые состоят тоже из металла, невозможны электрические схемы, а без железа не будет машин и других привычных для нас вещей.

Нами не была затронута группа так называемых радиоактивных металлов периодической таблицы Менделеева. Сюда относятся: технеций, полоний, прометий и др. Основное назначение – использование в ядерных реакторах и оружии, что делает их очень опасными.

Заключение

Вы наверняка заметили, что есть самые различные виды металлов. В природе большинство их присутствует в виде руд и образует различные сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения используют современные технологические очистные и обогатительные линии. Наверняка вам будет интересно узнать, что организм человека тоже содержит в себе небольшое количество металлических соединений - примерно 3%. Так, в костях у нас есть кальций, в крови железо, в мышцах постоянно накапливается магний, а в печени есть медь.

Ну, вот, в принципе, и все, что можно сказать о том, какие существуют виды сплавов металлов. Несмотря на то что это достаточно сложная тема, она может быть интересна тем, кто увлекается металлургией.