Fém

The Renaissance

a bányászat és a kohászat művészetéről szóló első szisztematikus szöveg a Vannoccio Biringuccio által készített de la Pirotechnia (1540) volt, amely a fémek vizsgálatát, fúzióját és megmunkálását kezeli.

tizenhat évvel később Georgius Agricola 1556-ban kiadta a De Re Metallica-t, a bányászat, a kohászat, valamint a kiegészítő művészetek és tudományok szakmájának világos és teljes beszámolóját, valamint a vegyipar legnagyobb értekezését a tizenhatodik században.,

a de Natura Fossilium (1546) egyik fémjének a következő leírását adta:

a fém ásványi test, természeténél fogva folyékony vagy kissé kemény. Ez utóbbit a tűz hője megolvaszthatja, de amikor újra lehűl, és minden hőt elveszít, újra kemény lesz, és folytatja a megfelelő formáját. Ebben a tekintetben különbözik a tűzben olvadó kőtől, mert bár ez utóbbi visszanyeri keménységét, mégis elveszíti eredeti formáját és tulajdonságait.,

hagyományosan hat különböző típusú fém létezik: arany, ezüst, réz, vas, ón és ólom. Vannak igazán mások, mert a quicksilver egy fém, bár az alkimisták nem értenek egyet velünk ebben a témában, és bizmut is. Úgy tűnik, hogy az ókori görög írók nem ismerik a bizmutot, ezért Ammonius helyesen állítja, hogy sok fém, Állat és növényfaj létezik, amelyek számunkra ismeretlenek. Stibium, amikor olvasztott a tégelyben, és finomított annyi joga van, hogy kell tekinteni, mint egy megfelelő fém, mint ahogy azt a vezető írók., Ha olvasztáskor egy bizonyos részt adnak az ónhoz, akkor egy könyvkereskedő ötvözetét állítják elő, amelyből a típus készül, amelyet azok használnak, akik papírra nyomtatják a könyveket.

minden fémnek megvan a saját formája, amelyet megőriz, amikor elválasztják azokat a fémeket, amelyeket összekevertek vele. Ezért sem az electrum, sem a Stannum nem önmagában valódi fém, hanem két fém ötvözete. Az Electrum arany-és ezüstötvözet, ólom-és ezüstötvözet. És ha az ezüst elválik az electrumtól, akkor az arany marad, nem pedig az electrum; ha az ezüst elveszik Stannumtól, akkor az ólom marad, nem pedig Stannum.,

az, hogy a sárgaréz natív fémként található-e vagy sem, semmilyen kezességgel nem állapítható meg. Csak a mesterséges sárgarézről tudunk, amely az ásványi Kalamin színével színezett rézből áll. És ha mégis ki kellene ásni, az egy rendes fém lenne. Úgy tűnik, hogy a fekete-fehér réz különbözik a vörös fajtától.

A fém tehát természeténél fogva szilárd, amint azt már említettem, vagy folyékony, mint a quicksilver egyedi esetében.

de elég most az egyszerű fajtákról.,

platina, az arany és ezüst után a harmadik nemesfém, 1736 és 1744 között Ecuadorban fedezte fel Antonio de Ulloa spanyol csillagász és kollégája, Jorge Juan y Santacilia matematikus. Ulloa volt az első, aki tudományos leírást írt a fémről, 1748-ban.

1789-ben Martin Heinrich Klaproth német kémikus képes volt izolálni egy urán-oxidot, amelyet maga a fémnek tartott. Klaproth-ot később urán felfedezőjének tekintették., A francia kémikus Eugène-Melchior Péligot csak 1841-ben tudta elkészíteni az uránfém első mintáját. Henri Becquerel ezt követően urán felhasználásával fedezte fel a radioaktivitást 1896-ban.

az 1790-es években Joseph Priestley és a Holland kémikus, Martinus van Marum megfigyelték a fémfelületek átalakító hatását az alkohol dehidrogenációjára, ami később, 1831-ben, a kénsav ipari szintű szintéziséhez vezetett platina katalizátorral.,

1803-ban a cérium volt az első olyan lantanid fémek közül, amelyeket a svédországi Bastnäsben fedeztek fel Jöns Jakob Berzelius és Wilhelm Hisinger, valamint a németországi Martin Heinrich Klaproth. A lantanid fémeket nagyrészt furcsaságoknak tekintették az 1960-as évekig, amikor módszereket fejlesztettek ki, hogy hatékonyabban elkülönítsék őket egymástól. Később mobiltelefonokban, mágnesekben, lézerekben, világításban, akkumulátorokban, katalizátorokban, valamint a modern technológiákat lehetővé tevő egyéb alkalmazásokban is találtak felhasználásokat.,

Az ebben az időben felfedezett és előállított egyéb fémek a kobalt, a nikkel, a mangán, a molibdén, a volfrám és a króm; valamint a platinacsoport fémek, a palládium, az ozmium, az irídium és a ródium.

könnyűfémek

az 1809-ig felfedezett Összes fém viszonylag nagy sűrűségű volt; súlyosságukat egyedülállóan megkülönböztető kritériumnak tekintették. 1809-től kezdve könnyűfémeket, például nátriumot, káliumot és stronciumot izoláltak. Alacsony sűrűségük megkérdőjelezte a hagyományos bölcsességet a fémek természetével kapcsolatban., Kémiailag azonban fémként viselkedtek,és ezt követően elismerték őket.

az alumíniumot 1824-ben fedezték fel, de csak 1886-ban fejlesztettek ki ipari nagyszabású gyártási módszert. Az alumínium ára csökkent, az alumínium az 1890-es években és a 20.század elején vált széles körben elterjedtté ékszerekben, mindennapi tárgyakban, szemüvegkeretekben, optikai eszközökben, evőeszközökben és fóliákban. Alumínium azon képességét, hogy kemény, mégis könnyű ötvözetek más fémek feltéve, hogy a fém sok felhasználási idején., Az első világháború alatt a nagyobb kormányok nagy mennyiségű alumíniumot követeltek a könnyű, erős légkeretekhez. Az elektromos erőátvitelhez használt leggyakoribb fém ma alumínium-vezető acélerősítésű. Szintén sok hasznát látja az alumíniumötvözet-vezető. Az alumíniumot azért használják, mert körülbelül fele a hasonló ellenállású rézkábel súlyának (bár nagyobb átmérő az alacsonyabb fajlagos vezetőképesség miatt), valamint olcsóbb. A réz a múltban népszerűbb volt, még mindig használatban van, különösen alacsonyabb feszültségeknél és földelésnél.

míg a tiszta fém titán (99.,9%) először 1910-ben állították elő, 1932-ig nem használták a laboratóriumon kívül. Az 1950-es és 1960-as években a Szovjetunió úttörő szerepet játszott a titán katonai és tengeralattjáró alkalmazásokban történő felhasználásában a hidegháborúhoz kapcsolódó programok részeként. Az 1950-es évek elején a titánt széles körben alkalmazták a katonai repülésben, különösen a nagy teljesítményű repülőgépekben, kezdve olyan repülőgépekkel, mint az F-100 Super Sabre, A Lockheed a-12 és az SR-71.

a Metallic scandiumot először 1937-ben állították elő. A 99% – os tisztaságú szkandium fém első fontját 1960-ban gyártották., Production of aluminum-scandium alloys began in 1971 following a U.S. patent. Aluminum-scandium alloys were also developed in the USSR.

• Sodium

• Potassium pearls under paraffin oil. Size of the largest pearl is 0.5 cm.

• Strontium crystals

• Aluminum chunk,
  2.,6 grams, 1 x 2 cm

• A bar of titanium crystals

• Scandium, including a 1 cm3 cube

The age of steel

az acélgyártás modern korszaka Henry Bessemer Bessemer-folyamatának 1855-ös bevezetésével kezdődött, amelynek nyersanyaga nyersvas volt. Módszere lehetővé tette számára, hogy nagy mennyiségben olcsó acélt állítson elő, így az enyhe acélt a legtöbb olyan célra használták fel, amelyre korábban kovácsoltvasat használtak. A Gilchrist-Thomas folyamat (vagy Bessemer alapfolyamat) a Bessemer-folyamat javulása volt, amelyet úgy készítettek, hogy az átalakítót egy alapanyaggal bélelték a foszfor eltávolítására.,

Köszönhető, hogy a magas szakítószilárdság, alacsony költségek, acél jött, hogy egy nagy alkatrész használt épületek, infrastruktúra, eszközök, hajók, autók, gépek, berendezések, valamint a fegyverek.

1872-ben az angol Clark and Woods szabadalmaztatott egy ötvözetet, amely ma rozsdamentes acélnak tekinthető. A vas-króm ötvözetek korrózióállóságát Pierre Berthier francia metallurgista 1821-ben ismerte fel. Megjegyezte, hogy ellenállnak bizonyos savak támadásainak, és azt javasolta, hogy evőeszközökben használják őket., A 19. századi metallurgisták nem tudták előállítani a legmodernebb rozsdamentes acélokban található alacsony szén-és magas krómkombinációt, és az általuk előállított magas krómötvözetek túl törékenyek voltak ahhoz, hogy praktikusak legyenek. A rozsdamentes acélötvözetek iparosítása csak 1912-ben történt Angliában, Németországban és az Egyesült Államokban.

az utolsó stabil fém elemek

1900-ra három, az ólomnál kisebb atomszámú fémet (#82), a legnehezebb stabil fémet fedeztek fel: a 71, 72, 75 elemeket.,

Von Welsbach 1906-ban bebizonyította, hogy a régi ytterbium tartalmaz egy új elemet (#71), amelyet cassiopeiumnak nevezett. Urbain ezt egyszerre bizonyította, de mintái nagyon tisztátalanok voltak, és csak nyomokban tartalmazták az új elemet. Ennek ellenére a választott lutécium nevet elfogadták.

1908-ban Ogawa megtalálta a 75-ös elemet a thorianitban, de 75 helyett 43-as elemként rendelte hozzá, és nipponiumnak nevezte el. 1925-ben Walter Noddack, Ida Eva Tacke és Otto Berg bejelentették a gadolinittól való elszakadását, és megadták a jelenlegi nevet, a réniumot.,

Georges Urbain azt állította, hogy a 72-es elemet ritka földi maradványokban találta meg, míg Vladimir Vernadsky önállóan találta meg az ortitban. Egyik állítást sem erősítették meg az első világháború miatt, és később sem lehetett megerősíteni, mivel az általuk jelentett kémia nem egyezik meg a hafniumról ismert kémiával. A háború után, 1922-ben Coster és Hevesy a norvég cirkon röntgen-spektroszkópiai elemzésével találták meg. A Hafnium volt tehát az utolsó stabil elem, amelyet felfedeztek.,

• Lutetium, beleértve egy 1 cm3 kocka

• Rénium, többek között egy 1 cm3 kocka

• Hafnium formájában 1,7 kg bar

a végére a második világháború tudósok szintetizált négy utáni urán elemek, amelyek mind a radioaktív (instabil) fémek: neptúnium (1940-ben), plutónium (1940-41), majd kűrium, valamint americium (1944), ami elemek 93 96., Ezek közül az első kettőt végül a természetben is megtalálták. A Curium és az americium a Manhattan projekt melléktermékei voltak, amely 1945-ben készítette el a világ első atombombáját. A bomba az urán maghasadásán alapult, amelyről először azt hitték, hogy közel 150 évvel korábban fedezték fel.,

A második világháború utáni fejlesztések

Superalloys

Superalloys álló kombinációi Fe, Ni, Co, és Cr, és kisebb mennyiségű W, Mo, Ta, Nb, Ti, és Al fejlesztettek röviddel a második világháború után használható nagy teljesítményű motorok, működő magas hőmérsékleten (1200 °C felett). Ilyen körülmények között, hosszabb ideig megtartják erejük nagy részét, és a jó alacsony hőmérsékletű hajlékonyságot a korrózióval vagy az oxidációval szembeni ellenállással kombinálják., A szuperötvözetek ma már számos alkalmazásban megtalálhatók, beleértve a szárazföldi, tengeri és Repülőgép-turbinákat, valamint a vegyi és kőolajüzemeket.

Transzkuriumfémek

az atombomba sikeres kifejlesztése a második világháború végén további erőfeszítéseket tett új elemek szintetizálására, amelyek szinte mindegyike fém, vagy várhatóan fém, és amelyek mindegyike radioaktív. Csak 1949-ben szintetizálták a 97-es elemet (berkélium), a 96-os elem (curium) után, az alfa-részecskék americium célpontra történő égetésével., 1952-ben a 100-as elemet (fermium) találták az első hidrogénbomba-robbanás törmelékében; a nemfémes hidrogént közel 200 évvel korábban elemként azonosították. 1952 óta szintetizálták a 101 (mendelevium) – 118 (oganesson) elemeket.

ömlesztett fémüveg

a fémüveg (más néven amorf vagy üveges fém) szilárd fém anyag, általában ötvözet, rendezetlen atomméretű szerkezettel. A legtöbb tiszta és ötvözött fém szilárd állapotban erősen rendezett kristályszerkezetben van elrendezve., Az amorf fémek nem kristályos üvegszerű szerkezetűek. De ellentétben a közönséges szemüvegekkel, például az ablaküveggel, amelyek általában elektromos szigetelők, az amorf fémek jó elektromos vezetőképességgel rendelkeznek. Az amorf fémeket többféle módon állítják elő, beleértve a rendkívül gyors hűtést, a fizikai gőzlerakódást, a szilárdtest-reakciót, az ion besugárzást és a mechanikai ötvözést. Az első bejelentett fémüveg ötvözet volt (Au75si25), amelyet 1960-ban gyártottak a Caltech-nél. Újabban a hagyományos acélötvözetek szilárdságának háromszorosával rendelkező amorf acél tételeket állítottak elő., Jelenleg a legfontosabb alkalmazások néhány ferromágneses fémüveg speciális mágneses tulajdonságaira támaszkodnak. Az alacsony mágnesezési veszteséget nagy hatékonyságú transzformátorokban használják. A lopásellenőrző azonosító címkék és más cikkmegfigyelő rendszerek gyakran fémes szemüveget használnak ezen mágneses tulajdonságok miatt.

Shape-memory ötvözetek

a shape-memory alloy (SMA) olyan ötvözet, amely “emlékszik” eredeti alakjára, és amikor deformálódik, fűtött állapotban visszatér előre deformált alakjához., Míg az alakmemória hatást először 1932-ben figyelték meg, egy Au-Cd ötvözetben, csak 1962-ben, a hatás véletlen felfedezésével egy Ni-Ti ötvözetben, a kutatás komolyan kezdődött, és még tíz évvel a kereskedelmi alkalmazások megjelenése előtt. Az SMA alkalmazásai a robotika, az autóipar, a repülőgépipar és az orvosbiológiai iparágakban. Van egy másik típusú SMA, az úgynevezett ferromágneses forma-memória ötvözet (FSMA), amely megváltoztatja alakját alatt erős mágneses mezők., Ezek az anyagok különösen érdekesek, mivel a mágneses válasz általában gyorsabb és hatékonyabb, mint a hőmérséklet által kiváltott válaszok.,

Quasicyrstalline ötvözetek

1984-Ben, az Izraeli kémikus Dan Shechtman találtam egy alumínium-mangán ötvözetű, hogy ötszörös szimmetria, sérti a kristályos egyezmény abban az időben, amely azt mondta, hogy a kristályos szerkezetek is csak két-, három-, négy-vagy hat-szeres szimmetria., A tudományos közösség reakciójától való félelem miatt két évbe telt, hogy közzétegye azokat az eredményeket, amelyekért 2011-ben kémiai Nobel-díjat kapott. Azóta több száz kvazikristályt jelentettek be és erősítettek meg. Számos fémötvözetben (és néhány polimerben) léteznek. A kvazikristályok leggyakrabban alumíniumötvözetekben találhatók (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V stb.), de számos más kompozíció is ismert (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, in-Ag-Yb, Pd-U-Si stb.). A kvazikristályok hatékonyan végtelenül nagy egységcellákkal rendelkeznek., Az al63cu24fe13 icosahedritet, a természetben található első kvazikristályt 2009-ben fedezték fel. A legtöbb kvazikristály kerámia-szerű tulajdonságokkal rendelkezik, beleértve az alacsony elektromos vezetőképességet (a szigetelőkben látható közelítő értékek) és az alacsony hővezető képességet, a nagy keménységet, a törékenységet, valamint a korrózióval szembeni ellenállást, valamint a tapadásmentes tulajdonságokat. A kvázikristályokat hőszigetelés, LED-ek, dízelmotorok és új anyagok kifejlesztésére használták, amelyek a hőt villamos energiává alakítják., Az új alkalmazások kihasználhatják az alacsony súrlódási együtthatót és egyes kvázikristályos anyagok keménységét, például részecskék beágyazása műanyagba, hogy erős, kemény kopású, alacsony súrlódású műanyag fogaskerekeket készítsenek. Egyéb lehetséges alkalmazások közé tartozik a szelektív napelnyelő energia átalakítás, széles hullámhosszú reflektorok, valamint csont javítás és protézis alkalmazások, ahol biokompatibilitás, alacsony súrlódás és korrózióállóság van szükség.,

Komplex fém ötvözet

Komplex fém ötvözet (CMAs) vagy intermetallikus vegyületek jellemző a nagy egység sejtek, amely egy több tízezer, akár százezer atomok; a jelenléte jól meghatározott klaszterek atomok (gyakran emberek szimmetria); valamint részleges zavar belül a kristályos lattices. Két vagy több fémes elemből állnak, néha metalloidokkal vagy kalkogenidekkel. Ezek közé tartozik például a NaCd2, 348 nátriumatommal és 768 kadmiumatommal az egységcellában., Linus Pauling 1923-ban megpróbálta leírni a NaCd2 szerkezetét, de 1955-ig nem sikerült. Először az úgynevezett “óriás egység sejtkristályok”, a CMAs iránti érdeklődés, amint hívták őket, 2002-ig nem vette fel, a” szerkezetileg összetett Ötvözetfázisok ” című papír közzétételével, amelyet a Kvázikristályokról szóló 8.nemzetközi konferencián adtak meg. A CMAs lehetséges alkalmazásai közé tartozik a hőszigetelés, a napfűtés, a mágneses hűtőgépek használata, a hulladékhő felhasználása villamos energia előállításához, valamint a katonai motorok turbinalapátjainak bevonata.,

magas entrópia ötvözetek

magas entrópia ötvözetek (HEAs), mint például AlLiMgScTi állnak egyenlő vagy közel azonos mennyiségű öt vagy több fém. Összehasonlítva a hagyományos ötvözetek csak egy vagy két nemesfémek, HEAs lényegesen jobb szilárdság-to-tömeg arányok, nagyobb szakítószilárdság, és nagyobb ellenállás törés, korrózió, oxidáció. Bár A HEAs-t már 1981-ben leírták, jelentős érdeklődés csak a 2010-es években alakult ki; továbbra is az anyagtudomány és a mérnöki kutatás középpontjában állnak, mivel kívánatos tulajdonságokkal rendelkeznek.,tr>

Hf2SnC Hf Sn C Ti4AlN3 Ti Al N Ti3SiC2 Ti Si C Ti2AlC Ti Al C Cr2AlC2 Cr Al C Ti3AlC2 Ti Al C

In a MAX phase alloy, M is an early transition metal, A is an A group element (mostly group IIIA and IVA, or groups 13 and 14), and X is either carbon or nitrogen., Ilyenek például a Hf2SnC és a Ti4AlN3. Az ilyen ötvözetek néhány, a legjobb tulajdonságait a fémek, Kerámiák. Ezek a tulajdonságok közé tartozik a magas elektromos és hővezető képesség, hőütésállóság, kár tolerancia, megmunkálhatóság, magas rugalmas merevség, alacsony hőtágulási együtthatók.</ref> kiváló elektromos vezetőképességük miatt fémes csillogásra polírozhatók., A mechanikai vizsgálatok során megállapították, hogy a polikristályos Ti3SiC2 hengerek szobahőmérsékleten, 1 GPa feszültségig ismételten összenyomhatók, és a terhelés eltávolítása után teljesen visszanyerhetők. Egyes MAX fázisok szintén erősen ellenállnak a kémiai támadásoknak (pl. Ti3SiC2) és a magas hőmérsékletű oxidációnak a levegőben (Ti2AlC, Cr2AlC2 és Ti3AlC2). A maximális fázisú ötvözetek lehetséges alkalmazásai a következők: kemény, megmunkálható, hőütésálló tűzálló anyagok; magas hőmérsékletű fűtőelemek; elektromos érintkezők bevonata; valamint neutron besugárzásálló alkatrészek nukleáris alkalmazásokhoz., Míg a MAX fázisötvözeteket az 1960-as években fedezték fel, a témáról szóló első tanulmányt csak 1996-ban tették közzé.