Какие физические свойства металлов используют в технике и как

Не секрет, что все вещества в природе делятся на три состояния: твердые, жидкие и газообразные. А твердые вещества в свою очередь делятся на металлы и неметаллы, разделение это нашло свое отображение и в таблице химических элементов великого химика Д. И. Менделеева. Наша сегодняшняя статья о металлах, занимающих важное место, как в химии, так и во многих других сферах нашей жизни.

Химические свойства металлов

Все мы, так или иначе, но сталкиваемся с химией в нашей повседневной жизни. Например, во время приготовления еды, растворение поваренной соли в воде является простейшей химической реакцией. Вступают в разнообразные химические реакции и металлы, а их способность реагировать с другими веществами это и есть их химические свойства.

Среди основных химических свойств или качеств металлов можно выделить их окисляемость и коррозийную стойкость. Реагируя с кислородом, металлы образуют пленку, то есть проявляют окисляемость.

Аналогичным образом происходит и коррозия металлов – их медленное разрушение по причине химического или электрохимического взаимодействия. Способность металлов противостоять коррозии называется их коррозийной стойкостью.

Физические свойства металлов

Среди основных общих физических свойств металлов можно выделить:

• Плавление.
• Плотность.
• Теплопроводность.
• Тепловое расширение.
• Электропроводность.

Важным физическим параметром металла является его плотность или удельный вес. Что это такое? Плотность металла – это количество вещества, которое содержится в единице объема материала. Чем меньше плотность, тем металл более легкий. Легкими металлами являются: алюминий, магний, титан, олово. К тяжелым относятся такие металлы как хром, марганец, железо, кобальт, олово, вольфрам и т. д. (в целом их имеется более 40 видов).

Способность металла переходить из твердого состояния в жидкое, именуется плавлением. Разные металлы имеют разные температуры плавления.

Скорость, с которой в металле проводится тепло при нагревании, называется теплопроводностью металла. И по сравнению с другими материалами все металлы отличаются высокой теплопроводностью, говоря по-простому, они быстро нагреваются.

Помимо теплопроводности все металлы проводят электрический ток, правда, некоторые делают это лучше, а некоторые хуже (это зависит от строения кристаллической решетки того или иного металла). Способность металла проводить электрический ток называется электропроводностью. Металлы, обладающие отличной электропроводностью, это золото, алюминий и железо, именно поэтому их часто используют в электротехнической промышленности и приборостроении.

Механические свойства металлов

Основными механическими свойствами металлов является их твердость, упругость, прочность, вязкость и пластичность.

При соприкосновении двух металлов могут образоваться микро вмятины, но более твердый металл способен сильнее противостоять ударам. Такая сопротивляемость поверхности металла ударам извне и есть его твердость.

Чем же твердость металла отличается от его прочности. Прочность, это способность металла противостоять разрушению под действием каких-либо других внешних сил.

Под упругостью металла понимается его способность возвращать первоначальную форму и размер, после того как нагрузка, вызвавшая деформацию металла устранена.

Способность металла менять форму под внешним воздействием называется пластичностью.

Технологические свойства металлов

Технологические свойства металлов и сплавов важны в первую очередь при их производстве, так как от них зависит способность подвергаться различным видам обработки с целью создания разнообразных изделий.

Среди основных технологических свойств можно выделить:

• Ковкость.
• Текучесть.
• Свариваемость.
• Прокаливаемость.
• Обработку резанием.

Под ковкостью понимается способность металла менять форму в нагретом и холодном состояниях. Ковкость метала, была открыта еще в глубокой древности, так кузнецы, занимающиеся обработкой металлических изделий, превращением их в мечи или орала (в зависимости от потребности) на протяжении многих веков и исторических эпох были одной из самых уважаемых и востребованных профессий.

Способность двух металлических сплавов при нагревании соединяться друг с другом называют свариваемостью.

Текучесть металла тоже очень важна, она определяет способность расплавленного метала растекаться по заготовленной форме.

Свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

Интересные факты о металлах

• Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубовато-белый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
• И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в разных областях, например, в электроаппаратостроении.
• Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной температуре (для этого его нужно нагреть до 100С), обладает высокой теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
• Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления -38С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 18С ртуть начинает испаряться.
• Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире, чтобы он начал плавиться нужна температура 3420С. Именно по этой причине в электрических лампочках нити накаливания, принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.

Металлы, видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Металлы применяются во всех отраслях промышленности  и хотя современная техника немыслима без использования не металлических материалов, всё равно металлы являются основной составляющей.    В обиходе считается, что есть чёрные металлы и цветные. К чёрным относятся железо и его сплавы.  Эти продукты являются важнейшими и основными конструкционными материалами в технике и  в промышленном производстве.  Остальные металлы относят к цветным.

Физические свойства металлов обуславливают применения их  в различных технических устройствах и оборудовании.   Металлы, обладающие высокой электропроводностью – серебро, медь, алюминий  используют в электротехнической промышленности. Лёгкие и прочные металлы  незаменимы в самолётостроении и авто строении.  Автомобили, самолёты и другая транспортная техника не мыслима без титана и алюминия.  Для улучшения потребительских свойств техники разрабатывают и применяют сплавы металлов.  В частности, дюралюминий – сплав алюминия с медью,  магнием и марганцем.  Современные самолёты на 75-80% состоят из дюралюминия.  Дюралюминий, обладающий лёгкостью алюминия и, благодаря добавкам, большой прочностью, сделал настоящею революцию в производстве самолётной технике. Строительство самолётов не обходится без других металлов и многие из них также представляют собой сплавы с улучшенными свойствам.

Чёрные металлы применяют в технике, подверженной длительным и тяжёлым нагрузкам.  Это в первую очередь железнодорожная и сельскохозяйственная техника.  Тяжёлая и постоянная нагрузка в железнодорожном транспорте требует использования самой прочных и недорогих материалов.  По этим показателям лучшим считается чугун.  Чугун используют при производстве вагонных колёс.  Чтобы повысить долговечность работы пары колесо-рельс, соприкасающиеся детали делают из металлов с различными свойствами.  Если колесо чугунное, с содержанием углерода не менее 2,14%, то рельсы – стальные с небольшим содержанием углерода, с добавками повышающими пластичность и вязкость металла.

Сельскохозяйственная техника работает не просто в полевых условиях, а в тяжёлых и напряжённых условиях.  Металлы, используемые в сельхозтехнике должны быть прочными и долговечными.  Здесь, конечно, незаменимы чугун и конструкционная сталь.

В чистом виде металлы, за исключением некоторых, в технике применяются редко.  Современная химия и металлургия делают сплавы с улучшенными, чем у основы, свойствами, а главное свойства имеют узконаправленное действие – большую прочность, лучшую защиту от коррозии, более высокую электропроводимость и т.д.

В строительстве, в подавляющем большинстве случаев , используют чёрный металл.  Несущий металлопрокат  — трубы, швеллер, балки, делают из конструкционной стали.  Этот материал применяют во всех сферах строительной индустрии.  Особую популярность, в первую очередь при строительстве малоэтажных сооружений,  приобрели в последнее время профильные трубы и оцинкованные лёгкие, тонкостенные конструкции.

Часто при  строительстве даже небольших объектов используют целый спектр различных материалов.  К примеру, при сооружении лестницы на металлокаркасе, сам каркас делают из конструкционной  стали.  Ограждения лестницы – из нержавеющей стали.  Стойки, опоры, столбы лестниц, а также элементы холодной ковки делают из чугуна. Крепёжные элементы лестниц защищают цинком.  Поручни и декоративные узлы лестниц хромируют и никелируют.  Как видно, даже для небольшого строения – лестница, применяют достаточно большую номенклатуру металла.