Підручник з Хімії (рівень стандарту). 11 клас. Григорович - Нова програма

§ 32. Застосування металів і сплавів

Застосування металів

Із давніх-давен люди використовують метали в різних галузях своєї діяльності. Застосування металів, як і інших матеріалів, насамперед ґрунтується на їхніх фізичних властивостях. Завдяки великій міцності метали є поширеними конструкційними матеріалами. А здатність проводити електричний струм робить їх необхідним елементом різноманітних електротехнічних приладів: від величезних електрогенераторів до міні-комп'ютерів.

Чисті метали використовують досить рідко. З дуже чистої міді виготовляють дроти (наявність навіть десятих часток відсотка домішок суттєво зменшує електропровідність), а чисті залізо та нікель застосовують для виготовлення вакуумної техніки. У більшості випадків чисті метали або економічно не вигідні, або їхні властивості не відповідають певним вимогам. Наприклад, чисте залізо недостатньо міцне, а чисте золото занадто м'яке. Тому сьогодні застосовують переважно сплави металів, до того ж дуже часто для певного використання розробляють спеціальний сплав.

Поняття про сплави

У розплавленому стані метали зазвичай легко змішуються між собою, утворюючи однорідну суміш — розчин. Під час охолодження такої суміші утворюється сплав.

Властивості сплавів можуть значно відрізнятися від властивостей чистих металів. Температура плавлення сплаву здебільшого нижча за температуру плавлення його компонентів. Це дуже добре ілюструє сплав Вуда, який містить вісмут, свинець, олово і кадмій. Найбільш легкоплавкий із цих металів (олово) плавиться за 232 °С, а температура плавлення сплаву Вуда становить 69 °С, що нижче за температуру кипіння води (мал. 32.1).

Мал. 32.1. Сплав Вуда плавиться за значно нижчої температури, ніж його складові

Застосування сплавів

Банківські метали (золото, срібло тощо) для карбування обігових монет не використовують, а лише для пам'ятних (ювілейних). Білі монети в Україні карбують із сталі, алюмінію, мельхіору або нейзильберу (сплав міді, нікелю та цинку), а жовті — з мідно-нікелевого сплаву.

Золото, срібло, мідь, платину та паладій використовують для виготовлення ювелірних сплавів. Сплав золота з паладієм за кольором нагадує платину, тому його називають «білим золотом», домішки кадмію надають золотим виробам зеленуватого відтінку.

Бронза — твердий і стійкий до корозії сплав олова з міддю (75-90 % Сu). З неї виготовляють деталі машин, свічники, статуї. Під час удару бронза дзенькає сильніше, ніж мідь або олово. Тому саме з бронзи відливали дзвони.

Латунь — це сплав міді (до 50 %) із цинком. Вона набагато твердіша, ніж метали в її складі, тому цей сплав застосовують для виготовлення деталей машин та сантехнічних виробів. Латунь має гарний золотавий колір, тому з неї виробляють інтер'єрні прикраси, корпуси годинників, дверні ручки тощо.

Мельхіор — стійкий до корозії сплав міді з нікелем (до 30 % Ni). Із нього виготовляють деталі машин, високоякісні деталі морських човнів, посуд, столові прибори. Ще більшу корозійну стійкість і стійкість до стирання має сплав монель (33 % Cu і 66 % Ni), із нього виробляють частини двигунів, лопаті турбін, а також монети.

Радіолюбителям добре відомий припій — легкоплавкий сплав із двох частин олова та однієї частини свинцю. Оскільки в розплавленому стані припій легко прилипає до добре зачищеної металевої поверхні, його використовують для паяння металів.

Найвідоміший алюмінієвий сплав — дюралюміній, або дюраль (93,5 % Аl, 4,5 % Cu, 1,5 % Mg, 0,5 % Mn). Він трохи важчий за алюміній, але набагато твердіший за нього (від латин. duros — «твердий, міцний»). Із дюралюмінію виготовляють корпуси суден і літаків, балки для перекриття будинків, корпуси годинників тощо.

Ключова ідея

Застосування металів, як і інших матеріалів, насамперед ґрунтується на їхніх фізичних властивостях.

Контрольні запитання

457. Що називають сплавом? Наведіть приклади сплавів.

458. Чому здебільшого використовують не чисті метали, а їхні сплави?

459. Схарактеризуйте застосування чистих металів та їхніх сплавів.

Завдання для засвоєння матеріалу

460. Схарактеризуйте склад, властивості та застосування сплавів: бронза, латунь, мельхіор, монель, припій, дюралюміній.

Комплексні завдання

461. Зразок заліза масою 8,4 г занурили в хлоридну кислоту масою 200 г із масовою часткою HCl 6 %. Обчисліть масу солі в розчині після реакції.

462. Під час взаємодії сплаву міді з цинком масою 13 г із надлишком хлоридної кислоти виділився водень об'ємом 2,24 л (н. у.). Обчисліть масові частки металів у сплаві.

463. Зразок сталі масою 5 г спалили в струмені кисню. Під час реакції утворилися вуглекислий газ об'ємом 90 мл (н. у.) та силіцій(IV) оксид масою 0,12 г. Обчисліть масові частки карбону і Силіцію в цьому зразку сталі.

Завдання з розвитку критичного мислення

464. Чи правильно говорити, що сплав — це суміш різних металів? Відповідь обґрунтуйте.

465. Рідкоземельними елементами назвали групу металічних елементів, що, як вважалося раніше, дуже рідко трапляються в земній корі. Прокоментуйте вислів: «Рідкоземельними металами називають метали, які легше знайти на сміттєзвалищі, ніж у землі».