Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель

§ 44. Сплави металів. Використання металів і сплавів

Чисті метали ми використовуємо дуже рідко. Більшість металевих виробів різноманітного призначення виготовляють зі сплавів — сумішей металів. Про те, чому перевагу надають саме металевим сплавам, а не металам, а також про важливість збирання і перероблення металовмісних відходів ви дізнаєтеся з матеріалу параграфа.

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

Який склад мають поширені металеві сплави?
Чим металеві сплави відрізняються від металів за фізичними властивостями і чим подібні до них?
У яких сферах використовують метали і металеві сплави?
Чому перероблення металевих відходів є актуальним у наш час?

Сплави металів. Твердість, пластичність, високі температури плавлення, корозійна стійкість, металічний блиск, електро- і теплопровідність — ці та інші властивості металів притаманні й металевим сплавам. Сплави виготовляють сплавлянням двох або більшої кількості металів.

Назви і склад найуживаніших металевих сплавів¹ наведено в таблиці 8.

¹ Компонентами деяких сплавів є неметали вуглець і силіцій.

Таблиця 8

Металеві сплави

Назва	Склад (масові частки, %)	Назва	Склад (масові частки, %)
Неіржавна сталь	*Fe ≈ 67; Сr — 16-18,5; Ni — 10-14; Мо — 2-3; С ≈ 2	Інструментальна сталь	*Fe ≈ 95; W — 1,2-1,6; Сr — 0,9-1,2; Мn — 0,8-1,1; Si — 0,1-0,4; С — 0,9-1,05
Бронза (звичайна)	Сu — 70-96; Sn — решта	Дюралюміній	Аl — 71-90; Сu — до 13; Zn, Si, Mg — решта
Латунь	Сu — 54-90; Zn — решта	Ніхром	Ni — 77-85; Сr — 15-20; Al — решта

* Одна з марок сплаву.

Металеві сплави відрізняються від своїх компонентів певними фізичними властивостями. Вони можуть мати нижчі температури плавлення, інші твердість і густину. Наприклад, сплав олова зі свинцем плавиться за температури 180 °С, тоді як температура плавлення олова 232 °С, а свинцю — 327 °С. Цим сплавом легше паяти, ніж оловом або свинцем.

Думаймо

Назвіть два поширених металевих сплави, які відрізняються за кольором від своїх компонентів.

Науковці/науковиці одержують і досліджують сплави з метою створення нових матеріалів з кращими механічними, фізичними та іншими властивостями, стійких до високих температур і агресивних середовищ. Про перевагу неіржавної сталі над залізом свідчить сама назва сплаву.

У хімічних реакціях сплави зазвичай поводяться як суміші відповідних металів. Якщо, наприклад, розігріту латунну дротинку опустити в колбу з газом хлором, відбуватимуться реакції за участю обох металів — міді та цинку. Якщо ж до порошку латуні додати хлоридну кислоту, то з нею реагуватиме лише один компонент сплаву (який?).

Виконаймо вправу

Напишіть рівняння реакцій. Візьміть до уваги, що складниками сполук металічних елементів, які утворюються, є двозарядні катіони.

Використання металів і сплавів. На практиці найчастіше використовують залізо, алюміній, мідь та їх сплави, а також цинк. Це зумовлено їхньою стійкістю в природних умовах і поширеністю відповідних металічних руд.

Думаймо

У яких сферах використовують алюміній і мідь?

За останні десятиліття перелік металів, які застосовують у різних сферах, розширився. У виробництві перспективних хімічних джерел струму — літій-йонних акумуляторів — використовують літій. Берилій виконує функцію уповільнювача нейтронів у ядерній техніці. З титану виготовляють різноманітне технологічне обладнання. Цей метал також використовують для протезування кісток. Літій, берилій і титан є компонентами сучасних металевих сплавів.

Відшукаймо

За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про берилієву бронзу та її використання в аерокосмічній техніці.

Сплави на основі заліза, міді та алюмінію (табл. 8, мал. 118) використовують значно ширше, ніж окремі метали. Чавун і сталь застосовують у промисловості, будівництві, виробництві транспортних засобів, військової техніки, зброї, верстатів, інструментів. Алюмінієві, магнієві й титанові сплави — в авіаційній і ракетно-космічній техніці, суднобудуванні.

Мал. 118. Вироби з неіржавної сталі (а), латуні (б) та дюралюмінію (в)

Ювелірні вироби виготовляють не із чистого золота, а з його твердіших сплавів з міддю і сріблом.

Відшукаймо

За інформацією з інтернету з’ясуйте склад цих сплавів. Про що інформує проба, яку нанесено на золотій обручці або сережці?

Проблема металовмісних відходів. Потреба в металах постійно зростає. Але металічні руди є вичерпним і невідновлюваним природним ресурсом. Згідно з прогнозами, розвіданих запасів залізних руд вистачить не більше ніж на 170 років, а руд кольорових металів — на 40 років. Тому актуальним для світової спільноти є вирішення таких завдань:

повне і комплексне перероблення металічних руд;
збирання і перероблення металовмісних відходів;
заміна металів і металевих сплавів іншими матеріалами.

Перероблення відходів металів і сплавів порівняно з одержанням металів із руд є економічно та енергетично вигіднішим. Найбільше із металовмісних відходів виробляють заліза й алюмінію. Приблизно 30 % використаного алюмінію спрямовується на переплавляння. Енергія, що витрачається в цьому процесі, становить лише 5 % від необхідної для одержання алюмінію з руди (бокситів). Показовими є такі факти: новий автомобіль містить у середньому 40 % регенерованих металів, літак — 60 % регенерованого алюмінію, а золота прикраса — 90 % регенерованого золота. Усі медалі Олімпіади-2020 (Токіо) були виготовлені із вторинних металів, вилучених з відпрацьованої побутової електроніки — ноутбуків, смартфонів, інших електронних пристроїв.

Відшукаймо

Знайдіть на виробі із заліза, сплаву заліза або алюмінію знак (мал. 119), який означає, що метал або сплав може бути використаний повторно.

Мал. 119. Знаки спрямування металів на перероблення

Метали як матеріали дедалі частіше замінюють пластмасами, які мають необхідні властивості. Це дає змогу заощадити метал, спростити процес виготовлення виробу, а сам виріб зробити дешевшим і стійкішим до речовин довкілля. Із пластмас виготовляють знаряддя праці, різноманітні труби (мал. 120), деталі до механізмів, обладнання для транспортних засобів, предмети побуту тощо.

Мал. 120. Пластик замінює метал

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про металеві сплави, їхній склад, а також використання металів і сплавів.

Думаймо

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірмо себе

1. Чому металеві сплави використовують частіше за метали?

2. Чим відрізняється латунь від бронзи?

3. Чому одержання металу з відходів вигідніше, ніж його видобування з руди?

Поміркуймо

4. Які фізичні та хімічні властивості, на вашу думку, повинні мати металеві сплави, що використовують у літакобудуванні?

Дізнаваймося

5. Перші монети незалежної України номіналом 2 копійки було виготовлено з алюмінію. Потім їх почали виготовляти зі сталі. Чому, на вашу думку, відбулася така заміна?

Розв’язуймо задачу

6. Для визначення густини сплаву учениця зважила його зразок. Маса сплаву становила 100 г. Потім учениця взяла мензурку з поділками ємністю в 1 л, налила в неї воду об’ємом 600 мл і обережно занурила зразок сплаву. Об’єм води разом зі сплавом становив 640 мл. За результатами експерименту обчисліть густину сплаву.

7. Масові частки металів у спеціальній бронзі такі (у відсотках): Сu — 85, Sn — 9, Zn — 6. Атомів якого хімічного елемента в бронзі найменша кількість? Скільки атомів Купруму припадає на кожні 10 атомів цього елемента?

8. Порошок силуміну (сплав алюмінію із силіцієм) масою 5 г із масовою часткою силіцію 14 % спалили в надлишку кисню. Обчисліть масові частки оксидів в утвореній суміші сполук.

У команді

9. Необхідно створити новий металевий сплав для виготовлення обладнання, яке працюватиме на зовнішній поверхні підводного човна. Які компоненти сплаву і його властивості ви закладете в програму ШІ (штучного інтелекту)?

Створюймо проєкт

10. Підготуйте за матеріалами з інтернету повідомлення на тему «Сплави металів у ювелірній справі (історія, сьогодення)».

Формуймо словничок

11. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

12. Складіть двомовний словничок із ключових слів і словосполучень, виписаних вами з параграфів 40—44. Отримаєте словничок до розділу 4 підручника.

Оцінюймо свої знання

13. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

14. Виконайте розміщені за QR-кодом або покликанням (https://learningapps.org/display?v=pqnfn7u6j24) завдання за матеріалом розділу 4.