Презентация по материаловедению для студентов НПО и СПО "Призентация Цветные металлы"

Цветные металлы

Золото

• Зо́лото  — элемент побочной подгруппы первой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 79. Обозначается символом Au ( лат.   Aurum [2] ). Простое вещество золото ( CAS-номер : 7440-57-5) — благородный металл жёлтого цвета .
• Физические свойства

• истое золото — мягкий металл жёлтого цвета . Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам , придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением .
• Золото — очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19 621 кг/м³ ( шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает шестое место: после осмия , иридия , рения , платины и плутония . Высокая плотность золота облегчает его добычу. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы.
• Золото — очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2.5 (сравнима с твёрдостью ногтя), по Бринеллю 220—250 МПа .
• Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм ( сусальное золото ); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 500 м/г.
• Физиологическое воздействие
• Некоторые соединения золота токсичны, накапливаются в почках , печени , селезёнке и гипоталамусе , что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам , стоматитам , тромбоцитопении . Органические соединения золота (препараты кризанол и ауранофин ) применяются в медицине при лечении аутоиммунных заболеваний , в частности ревматоидного артрита .

Геохимия золота

• Содержание золота в земной коре очень низкое — 0,5÷5 мкг/кг [6] [7] , но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. 1 л и морской, и речной воды несёт примерно 4×10 −9 г золота, что соответствует 4 килограммам золота в 1 кубическом километре воды.
• Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами. Золото образует промышленные концентрации в постмагматических, главным образом гидротермальных, месторождениях. В экзогенных условиях видимое золото является очень устойчивым элементом и легко накапливается в россыпях. Однако субмикроскопическое золото, входящее в состав сульфидов, при окислении последних приобретает способность мигрировать в зоне окисления. В результате золото иногда накапливается в зоне вторичного сульфидного обогащения, но максимальные его концентрации связаны с накоплением в зоне окисления, где оно ассоциирует с гидроокислами железа, марганца. Миграция золота в зоне окисления сульфидных месторождений, происходит в виде бромистого и йодистого соединений в ионной форме. Некоторыми учёными допускается растворение и перенос золота сульфатом окиси железа или в виде суспензионной взвеси.
• В природе известны 15 золотосодержащих минералов: самородное золото с примесями серебра, меди и др., электрум Au и 25 — 45 % Ag; порпесит AuPd; медистое золото, бисмутоаурит (Au, Bi); родистое золото, иридистое золото, платинистое золото. Остальные минералы представлены теллуридами золота: калаверит AuTe 2 , креннерит AuTe 2 , сильванит AuAgTe 4 , петцит Ag 3 AuTe 2 , мутманит (Ag, Au)Te, монтбрейит Au 2 Te 3 , нагиагит Pb 5 AuSbTe 3 S 6 .
• Для золота характерна самородная форма . Среди других его форм стоит отметить электрум , сплав золота с серебром , который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях оно зачастую заключено в сульфиды и арсениды .
• Различаются первичные месторождения золота, россыпи , в которые оно попадает в результате разрушения рудных месторождений и месторождения с комплексными рудами, в которых золото извлекается в качестве попутного компонента.

Серебро

• Серебро́  — элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 47. Обозначается символом Ag ( лат.   Argentum ).
• Простое вещество серебро ( CAS-номер : 7440-22-4) — ковкий, пластичный благородный металл серебристо-белого цвета . Кристаллическая решётка  — гранецентрированная кубическая . Температура плавления  — 960 °C, плотность  — 10,5 г/см³.
• Серебро известно человечеству с древнейших времён. Это связано с тем, что в своё время серебро, равно как и золото , часто встречалось в самородном виде — его не приходилось выплавлять из руд . Это предопределило довольно значительную роль серебра в культурных традициях различных народов . В Ассирии и Вавилоне серебро считалось священным металлом и являлось символом Луны . В Средние века серебро и его соединения были очень популярны среди алхимиков. С середины XIII века серебро становится традиционным материалом для изготовления посуды. Кроме того, серебро и по сей день используется для чеканки монет.

Физические и химические свойства

• Чистое серебро — довольно тяжёлый (легче свинца , но тяжелее меди ), необычайно пластичный серебристо-белый металл ( коэффициент отражения света близок к 100 %). Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. C течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе следами сероводорода и образуя налёт сульфида . Обладает высокой теплопроводностью . При комнатной температуре имеет самую высокую электропроводность среди всех известных металлов.
• Серебро, будучи благородным металлом, отличается относительно низкой реакционной способностью, оно не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Однако в окислительной среде (в азотной , горячей концентрированной серной кислоте, а также в соляной кислоте в присутствии свободного кислорода) серебро растворяется:
• Растворяется оно и в хлорном железе , что применяется для травления :
• Ag + FeCl 3 = AgCl + FeCl 2
• Серебро также легко растворяется в ртути , образуя амальгаму (жидкий сплав ртути и серебра).
• Серебро не окисляется кислородом даже при высоких температурах, однако в виде тонких плёнок может быть окислено кислородной плазмой или озоном при облучении ультрафиолетом. Во влажном воздухе в присутствии даже малейших следов двухвалентной серы ( сероводород , тиосульфаты , резина ) образуется налёт малорастворимого сульфида серебра , обуславливающего потемнение серебряных изделий:
• 4 Ag + 2 H 2 S + O 2 = 2 Ag 2 S + 2 H 2 O

Алюминий

• Алюми́ний  — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 13. Обозначается символом Al ( лат.   Aluminium ). Относится к группе лёгких металлов . Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния ).
• Простое вещество алюминий ( CAS-номер : 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета , легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.
• Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al 2 O 3 в расплаве криолита Na 3 AlF 6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов . Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке .
• Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма , 0,065 т криолита , 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока [2] .

Физические и химические свойства

• Металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2,7 г/см³, температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C, удельная теплота плавления  — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения  — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10…12 кг/мм², деформируемого — 18…25 кг/мм², сплавов — 38…42 кг/мм².
• Твёрдость по Бринеллю  — 24…32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу. Модуль Юнга  — 70 ГПа.
• Алюминий обладает высокой электропроводностью (0,0265 мкОм·м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди , обладает высокой светоотражательной способностью. Слабый парамагнетик . Температурный коэффициент линейного расширения 24,58×10 −6 К −1 (20…200 °C). Температурный коэффициент электрического сопротивления 2,7×10 −8 K −1 .
• Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием ( дюралюминий ) и кремнием ( силумин ).
• При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями : с H 2 O (t°);O 2 , HNO 3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH 4 + , горячими щелочами или в результате амальгамирования ), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.
• Легко реагирует с простыми веществами:
• с кислородом , образуя оксид алюминия : 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• с галогенами (кроме фтора ) [6] , образуя хлорид , бромид или иодид алюминия : 2Al + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (Hal = Cl, Br, I)

Медь

• Медь  — элемент побочной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 29. Обозначается символом Cu ( лат.   Cuprum ). Простое вещество медь ( CAS-номер : 7440-50-8) — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки ). C давних пор широко применяется человеком. Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век ).
• Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр , где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.
• У Страбона медь именуется халкосом, от названия города Халкиды на Эвбее . От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр, ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник. Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков производят русское слово медь (польск. miedz, чешск. med) от древненемецкого smida (металл) и Schmied (кузнец, англ. Smith). Конечно, родство корней в данном случае несомненно, однако, оба эти слова произведены от греч. рудник, копь независимо друг от друга. От этого слова произошли и родственные названия — медаль, медальон (франц. medaille). Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Алхимики именовали медь венера (Venus). В более древние времена встречается название марс (Mars).

Физические и химические свойства

• Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.
• Медь образует кубическую гранецентрированную решётку , пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.
• Медь обладает высокой тепло- [4] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра , удельная проводимость при 20 °C 55,5-58 МСм /м [5] ). Имеет два стабильных изотопа  — 63 Cu и 65 Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64 Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.
• Существует ряд сплавов меди: латуни  — с цинком , бронзы  — с оловом и другими элементами, мельхиор  — с никелем , баббиты  — со свинцом и другие.
• Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода . Является слабым восстановителем , не реагирует с водой , разбавленной соляной кислотой . Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода , цианидом калия . Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами , «царской водкой» , кислородом , галогенами , халькогенами , оксидами неметаллов . Реагирует при нагревании с галогеноводородами .

Титан

• Тита́н  ( лат.   Titanium ; обозначается символом Ti ) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 22. Простое вещество титан ( CAS-номер : 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета . Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой , β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой , температура полиморфного превращения α↔β 883 °C [1] . Температура плавления 1660±20 °C [2 ] .
• Открытие TiO 2 сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У.  Грегор и немецкий химик М. Г.  Клапрот . У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789 ), выделил новую «землю» (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л.  Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные окислы титана.

Физические и химические свойства

• Титан — легкий серебристо-белый металл . Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 Å; с=4,679 Å [9] ; z=2; пространственная группа C6mmc ), β-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 Å; z=2; пространственная группа Im3m ), температура перехода α↔β 883 °C, ΔH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1660±20 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³ [1] , атомная плотность 5,71×10 22 ат/см³ [ источник не указан 792 дня ] . Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Удельное сопротивление 0,42 мкОм·м при 20  °C
• Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок .
• При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO 2 , благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).
• Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.
• стойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен [10] .
• Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF , H 3 PO 4 и концентрированной H 2 SO 4 ).
• Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF 6 ] 2− .
• При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO x . Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH) 2 ·xH 2 O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO 2 . Гидроксид TiO(OH) 2 ·xH 2 O и диоксид TiO 2 амфотерны .
• TiO 2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na 2 CO 3 или поташом K 2 CO 3 оксид TiO 2 образует титанат: TiO 2 +K 2 CO 3 =K 2 TiO 3 +CO 2 .

Магний

• Ма́гний  — элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 12. Обозначается символом Mg ( лат.   Magnesium ). Простое вещество магний ( CAS-номер : 7439-95-4) — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета . Средне распространён в природе. При горении выделяется большое количество света и тепла. В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари называли её горькой солью, а также английской, или эпсомской солью . Минерал эпсомит имеет состав MgSO 4 · 7H 2 O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита.
• Впервые был выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году .

Физические и химические свойства

• Магний — металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой , пространственная группа P 6 3 / mmc , параметры решётки a  = 0,32029 нм, c  = 0,52000 нм, Z = 2. При обычных условиях поверхность магния покрыта прочной защитной плёнкой оксида магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600 °C, после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием оксида и нитрида магния Mg 3 N 2 . Плотность магния при 20 °C — 1,737 г/см³, температура плавления металла t пл = 651 °C, температура кипения — t кип = 1103 °C, теплопроводность при 20 °C — 156 Вт/(м·К). Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддаётся обработке резанием.
• Смесь порошкового магния с перманганатом калия KMnO 4  — взрывчатое вещество
• Раскаленный магний реагирует с водой: Mg (раск.) + Н 2 О = MgO + H 2 ↑; Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется легко с выделением водорода: Mg + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 ; При нагревании на воздухе магний сгорает, с образованием оксида, также с азотом может образовываться небольшое количество нитрида: 2Mg + О 2 = 2 MgO ; 3Mg + N 2 = Mg 3 N 2

Конец