თანამედროვე ადამიანი ყოველდღიურ ცხოვრებაში გარშემორტყმულია სხვადასხვა ლითონებით. ჩვენს მიერ გამოყენებული ნივთების უმეტესობა შეიცავს ამ ქიმიკატებს. ეს ყველაფერი იმიტომ მოხდა, რომ ადამიანებმა ლითონების მოპოვების სხვადასხვა გზა იპოვეს.
რა არის ლითონები
არაორგანული ქიმია ეხება ამ ძვირფას ნივთიერებებს ადამიანებისთვის. ლითონების მიღება საშუალებას აძლევს ადამიანს შექმნას უფრო და უფრო სრულყოფილი ტექნოლოგია, რომელიც აუმჯობესებს ჩვენს ცხოვრებას. Რა არიან ისინი? სანამ ლითონების მოპოვების ზოგად მეთოდებს განვიხილავთ, აუცილებელია იმის გაგება, თუ რა არის ისინი. ლითონები არის ქიმიური ელემენტების ჯგუფი მარტივი ნივთიერებების სახით დამახასიათებელი თვისებებით:
• თერმული და ელექტრული გამტარობა;
• მაღალი ელასტიურობა;
• ბრჭყვიალა.
ადამიანი ადვილად განასხვავებს მათ სხვა ნივთიერებებისგან. ყველა ლითონის დამახასიათებელი თვისებაა განსაკუთრებული ბრწყინვალების არსებობა. იგი მიიღება შემხვედრი სინათლის სხივების არეკვით ზედაპირზე, რომელიც მათ არ გადასცემს. ბზინვარება ყველა ლითონის საერთო თვისებაა, მაგრამ ის ყველაზე მეტად ვერცხლისფერია.
ჩართულიადღეისათვის მეცნიერებმა აღმოაჩინეს 96 ასეთი ქიმიური ელემენტი, თუმცა ყველა მათგანი არ არის აღიარებული ოფიციალური მეცნიერების მიერ. ისინი იყოფა ჯგუფებად მათი დამახასიათებელი თვისებების მიხედვით. შემდეგი ლითონები იზოლირებულია ამ გზით:
• ტუტე – 6;
• ტუტე დედამიწა – 6;
• გარდამავალი – 38;
• სინათლე – 11;
• ნახევრადმეტალები – 7;
• ლანთანიდები – 14;
• აქტინიდები – 14.
მეტალების მიღება
შენადნობის დასამზადებლად, ჯერ ლითონი უნდა მიიღოთ ბუნებრივი მადნიდან. მშობლიური ელემენტები არის ის ნივთიერებები, რომლებიც ბუნებაში გვხვდება თავისუფალ მდგომარეობაში. მათ შორისაა პლატინი, ოქრო, კალა, ვერცხლისწყალი. ისინი გამოიყოფა მინარევებისაგან მექანიკურად ან ქიმიური რეაგენტების დახმარებით.
სხვა ლითონები მოიპოვება მათი ნაერთების დამუშავებით. ისინი გვხვდება სხვადასხვა ნამარხებში. მადნები არის მინერალები და ქანები, რომლებიც შეიცავს ლითონის ნაერთებს ოქსიდების, კარბონატების ან სულფიდების სახით. მათ მისაღებად გამოიყენება ქიმიური დამუშავება.
მეტალების მიღების მეთოდები:
• ოქსიდების შემცირება ნახშირით;
• კალის მიღება თუნუქის ქვისგან;
• რკინის მადნის დნობა;
• გოგირდის ნაერთების წვა სპეციალურ ღუმელებში.
მადნიანი ქანებიდან ლითონების მოპოვების გასაადვილებლად მათ ემატება სხვადასხვა ნივთიერებები, რომლებსაც ნაკადები ეწოდება. ისინი ხელს უწყობენ არასასურველი მინარევების მოცილებას, როგორიცაა თიხა, კირქვა, ქვიშა. ამ პროცესის შედეგად მიიღება დნობადი ნაერთები,ე.წ. წვეთი.
მნიშვნელოვანი რაოდენობის მინარევების არსებობისას, მადანი მდიდრდება ლითონის დნობამდე, ზედმეტი კომპონენტების დიდი ნაწილის მოცილებით. ამ მკურნალობის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მეთოდებია ფლოტაცია, მაგნიტური და გრავიტაცია.
ტუტე ლითონები
ტუტე ლითონების მასობრივი წარმოება უფრო რთული პროცესია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ისინი ბუნებაში მხოლოდ ქიმიური ნაერთების სახით გვხვდება. ვინაიდან ისინი შემცირების აგენტებია, მათ წარმოებას თან ახლავს ენერგიის მაღალი ხარჯები. ტუტე ლითონების მოპოვების რამდენიმე გზა არსებობს:
• ლითიუმის მიღება შესაძლებელია მისი ოქსიდიდან ვაკუუმში ან მისი ქლორიდის დნობის ელექტროლიზით, რომელიც წარმოიქმნება სპოდუმენის დამუშავების დროს.
• ნატრიუმი ამოღებულია სოდის კალცინით ნახშირით მჭიდროდ დახურულ ჭურჭელში ან ქლორიდის დნობის ელექტროლიზით კალციუმის დამატებით. პირველი მეთოდი ყველაზე შრომატევადია.
• კალიუმი მიიღება მისი მარილების დნობის ელექტროლიზით ან ნატრიუმის ორთქლის ქლორიდის გავლით. იგი ასევე წარმოიქმნება გამდნარი კალიუმის ჰიდროქსიდის და თხევადი ნატრიუმის ურთიერთქმედებით 440 ° C ტემპერატურაზე.
• ცეზიუმი და რუბიდიუმი მოიპოვება მათი ქლორიდების შემცირებით კალციუმით 700-800 °C-ზე ან ცირკონიუმით 650 °C-ზე. ტუტე ლითონების ამ გზით მოპოვება ძალზე ენერგო ინტენსიური და ძვირია.
განსხვავებები ლითონებსა და შენადნობებს შორის
მეტალებსა და მათ შენადნობებს შორის ფუნდამენტურად მკაფიო საზღვარი პრაქტიკულად არ არსებობს, რადგან ყველაზე სუფთა, უმარტივეს ნივთიერებებსაც კი აქვთგარკვეული რაოდენობის მინარევები. მაშ რა განსხვავებაა მათ შორის? მრეწველობაში და ეროვნული ეკონომიკის სხვა სექტორებში გამოყენებული თითქმის ყველა ლითონი გამოიყენება შენადნობების სახით, რომლებიც მიზანმიმართულად მიიღება ძირითად ქიმიურ ელემენტზე სხვა კომპონენტების დამატებით.
შენადნობები
ტექნოლოგიას სჭირდება სხვადასხვა ლითონის მასალები. ამავდროულად, სუფთა ქიმიური ელემენტები პრაქტიკულად არ გამოიყენება, რადგან მათ არ აქვთ ადამიანებისთვის აუცილებელი თვისებები. ჩვენი საჭიროებისთვის, ჩვენ გამოვიგონეთ შენადნობების მისაღებად სხვადასხვა გზა. ეს ტერმინი ეხება მაკროსკოპულად ერთგვაროვან მასალას, რომელიც შედგება 2 ან მეტი ქიმიური ელემენტისგან. ამ შემთხვევაში შენადნობაში ჭარბობს ლითონის კომპონენტები. ამ ნივთიერებას აქვს საკუთარი სტრუქტურა. შენადნობებში განასხვავებენ შემდეგ კომპონენტებს:
• ერთი ან მეტი ლითონისგან შემდგარი ფუძე;
• მოდიფიკაცია და შენადნობი ელემენტების მცირე დამატებები;
• მოუცილებელი მინარევები (ტექნოლოგიური, ბუნებრივი, შემთხვევითი).
მეტალის შენადნობები არის ძირითადი სტრუქტურული მასალა. ტექნოლოგიაში 5000-ზე მეტი მათგანია.
შენადნობების ტიპები
მიუხედავად ასეთი მრავალფეროვნებისა, რკინასა და ალუმინზე დაფუძნებულ შენადნობებს ადამიანებისთვის უდიდესი მნიშვნელობა აქვთ. ისინი ყველაზე გავრცელებულია ყოველდღიურ ცხოვრებაში. შენადნობების ტიპები განსხვავებულია. უფრო მეტიც, ისინი იყოფა რამდენიმე კრიტერიუმის მიხედვით. ასე რომ, შენადნობების წარმოების სხვადასხვა მეთოდი გამოიყენება. ამ კრიტერიუმის მიხედვით ისინი იყოფა:
• მსახიობი, რომელიცმიღებული შერეული კომპონენტების დნობის კრისტალიზაციით.
• ფხვნილი, შექმნილი ფხვნილების ნარევის დაჭერით და შემდეგ მაღალ ტემპერატურაზე შედუღებით. უფრო მეტიც, ხშირად ასეთი შენადნობების კომპონენტებია არა მხოლოდ მარტივი ქიმიური ელემენტები, არამედ მათი სხვადასხვა ნაერთები, როგორიცაა ტიტანის ან ვოლფრამის კარბიდები მყარ შენადნობებში. მათი გარკვეული რაოდენობით დამატება ცვლის მეტალის მასალების თვისებებს.
შენადნობების მიღების მეთოდები მზა პროდუქტის ან ბლანკის სახით იყოფა:
• სამსხმელო (სილუმინი, თუჯის);
• დამუშავებული (ფოლადი);
• ფხვნილი (ტიტანი, ვოლფრამი).
შენადნობების ტიპები
მეტალების მიღების მეთოდები განსხვავებულია, მათი წყალობით დამზადებულ მასალებს კი განსხვავებული თვისებები აქვთ. აგრეგაციის მყარ მდგომარეობაში შენადნობებია:
• ერთგვაროვანი (ერთგვაროვანი), რომელიც შედგება იმავე ტიპის კრისტალებისაგან. მათ ხშირად მოიხსენიებენ როგორც ერთფაზიან.
• ჰეტეროგენული (ჰეტეროგენული), რომელსაც ეწოდება მრავალფაზა. როდესაც ისინი მიიღება, მყარი ხსნარი (მატრიცის ფაზა) მიიღება შენადნობის საფუძვლად. ამ ტიპის ჰეტეროგენული ნივთიერებების შემადგენლობა დამოკიდებულია მისი ქიმიური ელემენტების შემადგენლობაზე. ასეთი შენადნობები შეიძლება შეიცავდეს შემდეგ კომპონენტებს: ინტერსტიციული და შემცვლელის მყარი ხსნარები, ქიმიური ნაერთები (კარბიდები, ინტერმეტალიდები, ნიტრიდები), მარტივი ნივთიერებების კრისტალები.
შენადნობის თვისებები
მიუხედავად იმისა, თუ რა მეთოდებია გამოყენებული ლითონებისა და შენადნობების მიღებისას, მათი თვისებები მთლიანად განისაზღვრება კრისტალურით.ამ მასალების ფაზური სტრუქტურა და მიკროსტრუქტურა. თითოეული მათგანი განსხვავებულია. შენადნობების მაკროსკოპული თვისებები დამოკიდებულია მათ მიკროსტრუქტურაზე. ნებისმიერ შემთხვევაში, ისინი განსხვავდებიან მათი ფაზების მახასიათებლებისგან, რაც დამოკიდებულია მხოლოდ მასალის კრისტალურ სტრუქტურაზე. ჰეტეროგენული (მრავალფაზური) შენადნობების მაკროსკოპული ჰომოგენურობა მიიღება ლითონის მატრიცაში ფაზების ერთგვაროვანი განაწილების შედეგად.
შენადნობების ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა შედუღება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ისინი ლითონების იდენტურია. ასე რომ, შენადნობებს აქვთ თერმული და ელექტრული გამტარობა, ელასტიურობა და არეკვლა (ბზინვარება).
შენადნობების ჯიშები
შენადნობების მოპოვების სხვადასხვა მეთოდებმა საშუალება მისცა ადამიანს გამოეგონა დიდი რაოდენობით მეტალის მასალები სხვადასხვა თვისებებითა და მახასიათებლებით. დანიშნულების მიხედვით ისინი იყოფა შემდეგ ჯგუფებად:
• კონსტრუქციული (ფოლადი, დურალუმინი, თუჯი). ამ ჯგუფში ასევე შედის სპეციალური თვისებების მქონე შენადნობები. ასე რომ, ისინი გამოირჩევიან შინაგანი უსაფრთხოების ან ხახუნის საწინააღმდეგო თვისებებით. მათ შორისაა სპილენძი და ბრინჯაო.
• საკისრების ჩამოსასხმელად (ბაბიტი).
• ელექტრო გათბობისა და საზომი მოწყობილობებისთვის (ნიკრომი, მანგანინი).
• საჭრელი ხელსაწყოების წარმოებისთვის (გამარჯვება).
წარმოებაში ხალხი ასევე იყენებს სხვა ტიპის ლითონის მასალებს, როგორიცაა დნობადი, სითბოს მდგრადი, კოროზიისადმი მდგრადი და ამორფული შენადნობები. ასევე ფართოდ გამოიყენება მაგნიტები და თერმოელექტროები (ბისმუტის, ტყვიის, ანტიმონის და სხვა ტელურიდები და სელენიდები).
რკინის შენადნობები
დედამიწაზე დნობის თითქმის მთელი რკინა მიმართულია მარტივი და შენადნობი ფოლადების წარმოებაზე. იგი ასევე გამოიყენება რკინის წარმოებაში. რკინის შენადნობებმა პოპულარობა მოიპოვეს იმის გამო, რომ მათ აქვთ ადამიანებისთვის სასარგებლო თვისებები. ისინი მიიღეს მარტივი ქიმიური ელემენტის სხვადასხვა კომპონენტის დამატებით. ამრიგად, იმისდა მიუხედავად, რომ სხვადასხვა რკინის შენადნობები მზადდება ერთი ნივთიერების საფუძველზე, ფოლადებსა და თუჯებს განსხვავებული თვისებები აქვთ. შედეგად, ისინი პოულობენ მრავალფეროვან აპლიკაციებს. ფოლადების უმეტესობა უფრო მყარია ვიდრე თუჯის. ამ ლითონების მიღების სხვადასხვა მეთოდი საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ამ რკინის შენადნობების სხვადასხვა კლასის (ბრენდების).
შენადნობის თვისებების გაუმჯობესება
გარკვეული ლითონებისა და სხვა ქიმიური ელემენტების შერწყმით, შესაძლებელია გაუმჯობესებული მახასიათებლების მასალების მიღება. მაგალითად, სუფთა ალუმინის გამოსავლიანობა არის 35 მპა. ამ ლითონის შენადნობის მიღებისას სპილენძით (1,6%), თუთიით (5,6%), მაგნიუმით (2,5%), ეს მაჩვენებელი აღემატება 500 მპა-ს.
სხვადასხვა ქიმიკატების სხვადასხვა პროპორციების შერწყმით შეიძლება მიღებულ იქნას ლითონის მასალები გაუმჯობესებული მაგნიტური, თერმული ან ელექტრული თვისებებით. ამ პროცესში მთავარ როლს ასრულებს შენადნობის სტრუქტურა, რომელიც არის მისი კრისტალების განაწილება და ატომებს შორის კავშირის ტიპი.
ფოლადები და უთოები
ეს შენადნობები მიიღება რკინისა და ნახშირბადის შერწყმით (2%). შენადნობი მასალების წარმოებაში მათ ემატებანიკელი, ქრომი, ვანადიუმი. ყველა ჩვეულებრივი ფოლადი იყოფა ტიპებად:
• დაბალი ნახშირბადი (0,25% ნახშირბადი) გამოიყენება სხვადასხვა სტრუქტურებისთვის;
• ნახშირბადის მაღალი შემცველობა (0,55%-ზე მეტი) განკუთვნილია საჭრელი ხელსაწყოებისთვის.
სხვადასხვა კლასის შენადნობის ფოლადები გამოიყენება მექანიკურ ინჟინერიაში და სხვა პროდუქტებში.
რკინის შენადნობს ნახშირბადთან, რომლის პროცენტული მაჩვენებელია 2-4%, თუჯს უწოდებენ. ეს მასალა ასევე შეიცავს სილიკონს. კარგი მექანიკური თვისებების მქონე სხვადასხვა პროდუქტი ჩამოსხმულია თუჯისგან.
ფერადი ლითონები
რკინის გარდა, სხვა ქიმიური ელემენტებიც გამოიყენება სხვადასხვა მეტალის მასალის დასამზადებლად. მათი შერწყმის შედეგად მიიღება ფერადი შენადნობები. ადამიანების ცხოვრებაში ყველაზე დიდი გამოყენება ჰპოვა მასალებმა, რომლებიც დაფუძნებულია: -ზე
• სპილენძი, რომელსაც უწოდებენ სპილენძს. ისინი შეიცავს 5-45% თუთიას. თუ მისი შემცველობა 5-20%-ია, მაშინ სპილენძს წითელს უწოდებენ, ხოლო თუ 20-36%-ს - ყვითელს. არსებობს სპილენძის შენადნობები სილიციუმის, კალის, ბერილიუმის, ალუმინის. მათ ბრინჯაოს უწოდებენ. ამ შენადნობების რამდენიმე ტიპი არსებობს.
• ტყვია, რომელიც არის ჩვეულებრივი შედუღება (ტრეტნიკი). ამ შენადნობში კალის 2 ნაწილი ეცემა ამ ქიმიური ნივთიერების 1 ნაწილს. საკისრები იწარმოება ბაბიტის გამოყენებით, რომელიც არის ტყვიის, კალის, დარიშხანისა და ანტიმონის შენადნობი.
• ალუმინი, ტიტანი, მაგნიუმი და ბერილიუმი, რომლებიც მსუბუქი ფერადი შენადნობებია მაღალი სიმტკიცით და შესანიშნავი მექანიკითთვისებები.
მოპოვების მეთოდები
მეტალების და შენადნობების მიღების ძირითადი მეთოდები:
• სამსხმელო, რომელშიც მყარდება სხვადასხვა გამდნარი კომპონენტის ერთგვაროვანი ნარევი. შენადნობების მისაღებად გამოიყენება ლითონების მიღების პირომეტალურგიული და ელექტრომეტალურგიული მეთოდები. პირველ ვარიანტში საწვავის წვის პროცესში მიღებული თერმული ენერგია გამოიყენება ნედლეულის გასათბობად. პირომეტალურგიული მეთოდი აწარმოებს ფოლადს ღია ღუმელში და თუჯს აფეთქებულ ღუმელებში. ელექტრომეტალურგიული მეთოდით ნედლეულის გაცხელება ხდება ინდუქციურ ან ელექტრული რკალის ღუმელში. ამასთან ნედლეული ძალიან სწრაფად რბილდება.
• ფხვნილი, რომელშიც მისი კომპონენტების ფხვნილები გამოიყენება შენადნობის დასამზადებლად. დაწნეხვის წყალობით მათ აძლევენ გარკვეულ ფორმას და შემდეგ ადუღებენ სპეციალურ ღუმელებში.
