Минерал– это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии

Тема: Основные металлы и неметаллы

Урок: Общие способы получения металлов. Коррозия

1. Нахождение металлов в природе

Металлы присутствуют в природе как в самородном состоянии (самородные металлы), так и в виде различных соединений. В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро. Реже – медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших количествах в виде зерен или вкраплений в различных минералах. Лишь изредка они образуют большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг. Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.

Минерал– это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.

Очень часто это оксиды. Например, оксид железа (III) Fe₂O₃ – гематит, или красный железняк. Рис. 1.

Fe₃O₄ – магнетит, или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные соединения: галенит ZnS, киноварь HgS.

Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты).

Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называются природные образования, содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы. Обычно перед получением металла из руды руду обогащают, удаляя пустую породу и различные примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для металлургической промышленности.

2. Способы получения металлов

Существуют различные способы обогащения руды. Один из них – флотация.

Для получения металлов из руд необходимо перевести металлы из руд в какую-нибудь единую форму, чаще всего в форму оксидов.

2CuS +3 O₂ 2CuO + 2SO₂

4FeS₂ +11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Полученные оксиды можно восстанавливать несколькими способами.

1. Один из основных – это металлотермия.

- Алюмотермия (алюминотермия)

Cr₂O₃ +2 Al 2Al₂O₃ + 2Cr

- Магниетермия.

Fe₂O₃ +3Mg 3MgO + 2Fe

Можно проводить восстановление и другими веществами.

CuO + C → Cu + CO↑

NiO + H₂ → Ni + H₂O

2. Термическое разложение соединений металлов.

2AlH₃ 2Al + 3H₂↑

Fe(CO)₅ Fe + 5 CO ↑

TiI₄ Ti + 2I₂

Этот метод применяется для получения высокочистых металлов.

3. Электролитическое получение металлов.

Металлы, особенно активные, можно получить при электролизе расплавов электролитов. Для щелочных металлов – это единственный способ их получения. Возможно получение металлов при электролизе водных растворов солей. Катионы металлов, расположенных в электрохимическом ряду напряжений до водорода, разряжаются на катоде в той или иной степени одновременно с молекулами воды. А в случае солей металлов, расположенных правее водорода, на катоде получается только соответствующий металл.

4. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.

CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu

В таких реакциях нельзя использовать щелочные и щелочноземельные металлы, потому что они реагируют с водой.

3. Коррозия металлов и сплавов

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под воздействием окружающей среды. Коррозию металлов и сплавов вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, морская вода и грунтовые воды.

По типу агрессивных сред, в которых протекает коррозия, она может быть следующих видов:

- Газовая коррозия

- Атмосферная коррозия

- Коррозия в неэлектролитах

- Коррозия в электролитах

- Подземная коррозия

- Биокоррозия

Рис. 2

Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа. Рис. 2.

Особенно сильно корродируют металлы во влажном воздухе и в воде. В повседневной жизни для сплавов железа чаще всего использую термин «ржавление». Химически чистое железо ржавеет медленно, техническое железо, содержащее различные примеси, ржавеет быстро. Коррозия зависит не только от химического состава объекта, но и от того, какие примеси и в каком количестве этот объект содержит.