Какой металл в наибольшем количестве содержится в земной коре в
Первые пять мест в земной коре (по массе вещества) занимают следующие элементы: кислород, кремний, алюминий, железо и кальций. На 1 тонну земной коры приходится кислорода 466 кг,
кремния 277,2 кг, алюминия 81,3 кг, железа 50 кг и кальция 36,3 кг. Общая масса этих пяти элементов в одной тонне земной коры составляют около 92% в массе земной коры. На остальные 101 элемент приходится чуть больше 8% ее массы.
Примечательно, что из этих пяти элементов два, занимающих оба первые места, вовсе не являются металлами, а их суммарное количество составляет почти три четверти массы земной коры. Таким образом, на долю алюминия, железа и всех остальных 77 металлов приходится меньше одной четвертой части массы земной коры.
Итак, из восьми десятков металлов, наибольшее количество в земной коре алюминия (более 8%). Парадоксально, но факт, что металл, которого больше всего в земной коре, был открыт намного позже большинства других.
Содержащие алюминий квасцы были известны в древности. О них упоминается в сочинениях древнеримского историка Плиния Старшего. Кстати, квасцы по латыни и назывались «алумен». Средневековый ученый, врач и естествоиспытатель Парацельс нашел, что квасцы представляют собой «соль некоей квасцовой земли». Через девять лет после смерти Парацельса химик Маркграф сумел выделить «квасцовую землю» — глинозем (окись алюминия Al2O3). Во времена Ломоносова было высказано предположение о том, что в составе квасцов должен быть неизвестный химический элемент. Поисками его и занялся в 1808 году молодой английский ученый Гемфри Деви. Он даже назвал этот элемент алюминием, но получить алюминий так и не смог. 17 лет алюминий существовал лишь в названии. В 1825 году датчанин Эрстед и в 18127 году немец Велер сумели получить первые крупицы этого металла. И только в 1864 году французскому химику Сент-Клер-Девилю удалось получить первый промышленный алюминий. Через 11 лет русский химик Н. Н. Бекетов создал более экономичный способ получения алюминия из глинозема. Этот способ применяли во Франции и Германии до конца XIX века. Но полученный и по этому способу алюминий был по стоимости равноценен золоту.
Наполеон III и члены его семьи, например, во время банкетов пользовались алюминиевыми вилками и ложками, в то время как всем остальным оставалось пользоваться золотыми и серебряными приборами, как более дешевыми.
Лишь после того как русский капитан А. Ф. Можайский создал первый в мире аэроплан, а другой русский капитан О. С. Костович попытался вместо паровой машины поставить на управляемый аэростат двигатель внутреннего сгорания, судьба алюминия была решена. Оказалось, что это именно тот металл, который нужен авиации. Строительство самолетов в первом десятилетии нашего века вызвало к жизни развитие металлургии алюминия, совершенствование его производства и резкое снижение стоимости.
В 18®9 году английское Королевское общество чествовало Дмитрия Ивановича Менделеева в связи с 20-летием открытия им периодического закона. Менделееву были преподнесены весы, изготовленные из алюминия и золота.
В 1604 году русская научная общественность готовилась к 70-летнему юбилею Д. И. Менделеева. Была собрана большая сумма денег. Деньги были переведены ювелирной фирме. Ей было заказано изготовить большую вазу с розами. Лепестки роз требовалось изготовить из золота, а вазу и листья — из алюминия. Два драгоценных металла!
Теперь после железа, алюминий — самый дешевый металл.
Мировое производство алюминия резко увеличилось за последние годы. Оно намного опередило производство меди, олова1, свинца и других металлов. После чугунного и стального, алюминиевое литье теперь самое распространенное во всем мире.
Источник
Металлы представляют собой группу элементов, которые обладают такими уникальными свойствами, как электропроводность, высокая теплопередача, положительный коэффициент сопротивления, характерный блеск и относительная пластичность. Данный вид веществ является простым по химическим соединениям.
Классификация по группам
Металлы относятся к самым распространенным материалам, которые используются человечеством на протяжении всей его истории. Большинство из них находится в средних слоях земной коры, но есть и те, что спрятаны глубоко в горных залежах.
На данный момент металлы занимают большую часть таблицы Менделеева (94 из 118 элементов). Из официально признанных стоит отметить следующие группы:
1. Щелочные (литий, калий, натрий, франций, цезий, рубидий). При контакте с водой они образуют гидроксиды.
2. Щелочноземельные (кальций, барий, стронций, радий). Отличаются плотностью и твердостью.
3. Легкие (алюминий, свинец, цинк, галлий, кадмий, олово, ртуть). Из-за незначительной плотности часто используются в сплавах.
4. Переходные (уран, золото, титан, медь, серебро, никель, железо, кобальт, платина, палладий и пр.). Обладают изменчивой степенью окисления.
5. Полуметаллы (германий, кремний, сурьма, бор, полоний и др.). В своей структуре имеют кристаллическую ковалентную решетку.
6. Актиноиды (америций, торий, актиний, берклий, кюрий, фермий и пр.).
7. Лантаноиды (гадолиний, самарий, церий, неодим, лютеций, лантан, эрбий и др.).
Стоит отметить, что есть металлы в земной коре и такие, которые не определены в группы. К ним относят магний и бериллий.
Самородные соединения
В природе существует отдельный класс кристаллохимической кодификации. К таким элементам относят самородные металлы. Это минералы по составу между собой не связанные. Чаще всего самородные металлы в природе образуются в результате геологических процессов.
В кристаллическом состоянии в земной коре известны 45 веществ. Большинство из них в природе встречается крайне редко, отсюда и их высокая стоимость. Доля таких элементов составляет всего 0,1 %. Стоит отметить, что нахождение этих металлов также является трудоемким и недешевым процессом. Он основывается на использовании атомов с устойчивыми оболочками и электронами.
Самородные металлы называются также благородными. Для них характерны химическая инерция и устойчивость соединений. К таковым относят золото, палладий, платину, иридий, серебро, рутений и пр. Чаще всего в природе встречается медь. Железо в самородном состоянии присутствует в основном в горных залежах в виде метеоритов. Самыми редкими элементами группы являются свинец, хром, цинк, индий и кадмий.
Основные свойства
Практически все металлы в нормальных условиях отличается твердостью и стойкостью. Исключение – франций и ртуть, щелочные металлы. Температура плавления для всех элементов группы разная. Ее диапазон колеблется от -39 до +3410 градусов по Цельсию. Самым устойчивым к плавлению считается вольфрам. Его соединения теряют стойкость только при температуре выше +3400 С. Из легкорасплавляемых металлов следует выделить свинец и олово.
Также элементы делятся относительно плотности (легкие и тяжелые) и пластичности (твердые и мягкие). Все металлические соединения отлично проводят ток. Данное свойство обуславливается наличием кристаллических решеток с активными электронами. Максимальную проводимость имеют медь, серебро и алюминий, чуть меньшую – натрий. Стоит отметить и высокие термические свойства металлов. Наилучшим теплопроводником считается серебро, наихудшим – ртуть.
Металлы в окружающей среде
Чаще всего такие элементы можно встретить в виде соединений и руд. Металлы в природе образуют сульфиты, оксиды, карбонаты. Для очищения соединений сперва необходимо выделить их из состава руды. Следующим шагом будет легирование и финальная обработка.
В промышленной металлургии различаются черные и цветные руды. Первые строятся на основе железных соединений, вторые – на прочих металлах. Драгоценными металлами считаются платина, золото и серебро. Большая их часть находится в земной коре. Тем не менее, малая доля приходится и на морскую воду.
Есть благородные элементы даже в живых организмах. В человеке содержится около 3 % металлических соединений. По большей степени в организме находятся натрий и кальций, которые выступают в роли межклеточного электролита. Магний необходим для нормальной работы ЦНС и мышечной массы, железо полезно для крови, медь – для печени.
Нахождение металлических соединений
Большинство элементов располагается под верхним слоем грунта повсеместно. Самый распространенный металл в земной коре – это алюминий. Его процентное содержание варьируется в пределах 8,2 %. Найти самый распространенный металл в земной коре несложно, так как он встречается в виде руд.
Железо и кальций в природе встречают чуть реже. Их процентное содержание равно 4,1 %. Далее идут магний и натрий – по 2,3 %, калий – 2,1 %. Остальные металлы в природе занимают не более 0,6 %. Примечательно, что магний и натрий в равной степени можно добывать как в земле, так и в морской воде.
Металлические элементы в природе встречаются в виде руд или в самородном состоянии, как медь или золото. Есть вещества, которые нужно получать из оксидов и сульфидов, например, гематит, каолин, магнетит, галенит и пр.
Производство металлов
Процедура добычи элементов сводится к извлечению полезных ископаемых. Нахождение металлов в природе в виде руд является самым простым и распространенным процессом в широкой промышленности. Для поиска кристаллических залежей используется специальное геологическое оборудование, анализирующее состав веществ на конкретном участке земли. Реже нахождение металлов в природе сводится к банальному открыто-подземному методу.
После добычи наступает этап обогащения, когда из исходного минерала выделяется рудный концентрат. Для отличия элементов используют смачивание, электрический ток, химические реакции, термообработку. Чаще всего выделение металлический руды происходит в результате плавления, то есть разогрева с восстановлением.
Добыча алюминия
Данным процессом занимается цветная металлургия. По масштабам потребления и производства она является лидером среди прочих отраслей тяжелой промышленности. Самый распространенный металл в земной коре очень востребован в современном мире. По объему производства алюминий уступает только стали.
Больше всего данный элемент используется в авиационной, автомобильной и электротехнической промышленности. Примечательно, что самый распространенный металл в земной коре можно получить и «искусственным» путем. Для такой химической реакции потребуются бокситы. Из них формируется глинозем. При соединении этого вещества с угольными электродами и фтористой солью под действием электрического тока можно получить чистейшую алюминиевую руду.
Страной-лидером среди производителей данного компонента является Китай. В год там выплавляется до 18,5 млн тонн металла. Компанией-лидером в аналогичном рейтинге по добыче алюминия является российско-швейцарское объединение UC RUSAL.
Применение металлов
Все элементы группы отличаются прочностью, непроницаемостью и относительной устойчивостью к температурному воздействию. Именно поэтому металлы столь распространены в повседневной жизни. Сегодня из них делают электрические провода, резисторы, технику, предметы обихода.
Металлы являются идеальным конструкционными и инструментальными материалами. В строительстве используют чистые и комбинированные сплавы. В машиностроении и авиации главными соединениями являются сталь и более твердые связи.
Источник
Подавляющее большинство (93 из 117) известных в настоящее время химических элементов относится к металлам.
Атомы различных металлов имеют много общего в строении, а образуемые ими простые и сложные вещества имеют схожие свойства (физические и химические).
Положение в периодической системе и строение атомов металлов.
В периодической системе металлы располагаются левее и ниже условной ломаной линии, проходящей от бора к астату (см. таблицу ниже). К металлам относятся почти все s-элементы (за исключением Н, Не), примерно половина р-элементов, все d— и f-элементы (лантаниды и актиниды).
У большинства атомов металлов на внешнем энергетическом уровне содержится небольшое число (до 3) электронов, только у некоторых атомов р-элементов (Sn, Pb, Bi, Ро) их больше (от четырех до шести). Валентные электроны атомов металлов слабо (по сравнению с атомами неметаллов) связаны с ядром. Поэтому атомы металлов относительно легко отдают эти электроны другим атомам, выступая в химических реакциях только в качестве восстановителей и превращаясь при этом в положительно заряженные катионы:
Me — пе– = Меn+.
В отличие от неметаллов для атомов металлов характерны только положительные степени окисления от +1 до +8.
Легкость, с которой атомы металла отдают свои валентные электроны другим атомам, характеризует восстановительную активность данного металла. Чем легче атом металла отдает свои электроны, тем он более сильный восстановитель. Если расположить в ряд металлы в порядке уменьшения их восстановительной способности в водных растворах, мы получим известный нам вытеснительный ряд металлов, который называется также электрохимическим рядом напряжений (или рядом активности) металлов (см. таблицу ниже).
Распространенность металлов в природе.
В первую тройку наиболее распространенных в земной коре (это поверхностный слой нашей планеты толщиной примерно 16 км) металлов входят алюминий, железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.
железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.
Распространенность металлов в земной коре
| Металл | Массовая доля в земной коре, % | Металл | Массовая доля в земной коре, % |
|---|---|---|---|
| Al | 8,8 | Cr | 8,3 ∙ 10-3 |
| Fe | 4,65 | Zn | 8,3 ∙ 10-3 |
| Ca | 3,38 | Ni | 8 ∙ 10-3 |
| Na | 2,65 | Cu | 4,7 ∙ 10-3 |
| K | 2,41 | Pb | 1,6 ∙ 10-3 |
| Mg | 2,35 | Ag | 7 ∙ 10-6 |
| Ti | 0,57 | Hg | 1,35 ∙ 10-6 |
| Mn | 0,10 | Au | 5 ∙ 10-8 |
Элементы, массовая доля которых в земной коре составляет менее 0,01 %, называются редкими. К числу редких металлов относятся, например, все лантаниды. Если элемент не способен концентрироваться в земной коре, т. е. не образует собственных руд, а встречается в качестве примеси с другими элементами, то его относят к рассеянным элементам. Рассеянными, например, являются следующие металлы: Sc, Ga, In, Tl, Hf.
В 40-х годах XX в. немецкие ученые Вальтер и Ида Нолла к высказали мысль о том. что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все химические элементы периодической системы. Вначале эти слова были встречены их коллегами далеко не с единодушным одобрением. Однако по мере появления все более точных методов анализа ученые все больше убеждаются в справедливости этих слов.
Поскольку все живые организмы находятся в тесном контакте с окружающей средой, то и в каждом из них должны содержаться если не все, то большая часть химических элементов периодической системы. Например, в организме взрослого человека массовая доля неорганических веществ составляет 6 %. Из металлов в этих соединениях присутствуют Mg, Са, Na, К. В составе многих ферментов и иных биологически активных органических соединений в нашем организме содержатся V, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, Сг и некоторые другие металлы.
В организме взрослого человека содержится в среднем около 140 г ионов калия и около 100 г ионов натрия. С пищей мы ежедневно потребляем от 1,5 г до 7 г ионов калия и от 2 г до 15 г ионов натрия. Потребность в ионах натрия настолько велика, что их необходимо специально добавлять в пищу. Значительная потеря ионов натрия (в виде NaCl с мочой и потом) неблагоприятно сказывается на здоровье человека. Поэтому в жаркую погоду врачи рекомендуют пить минеральную воду. Однако и избыточное содержание соли в пище негативно сказывается на работе наших внутренних органов (в первую очередь, сердца и почек).
Источник
ТЕСТЫ ПО «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ»
1. Основную массу земной коры
составляют девять элементов: кислород, кремний, железо, алюминий, магний и др.
какой из металлов в земной коре содержится в наибольшем количестве?
А.
Железо
Б.
Алюминий
В. Магний
2.
Металловедение – это наука изучающая:
А. Строение металлов и сплавов
Б.
Строение и свойства металлов
В.
Строение, свойства, состав
Г.
Состав и строение металлов и сплавов
3. В некоторых конструкциях выхлопных клапанов ДВС
стали делать их полыми и заполнять их металлическим натрием, в результате чего
работоспособность их значительно возросла.
Благодаря
какому свойству натрия это стало возможно?
А. Химической стойкости
Б. Прочности
В. Теплопроводности
Г. Жидко текучести
4. При оценке пригодности материалов для летающих
конструкций часто более важны не его прочность сама по себе, а ее
разновидность. Назовите ее.
А. Прочность на изгиб
Б.
Удельная прочность
В.
упругая прочность
Какой из металлических
материалов- алюминий, углеродистая сталь или чугун имеют больший показатель
удельной прочности и почему?
А. Алюминий
Б.
Углеродистая сталь
В.
Чугун
5. Полиморфизм (аллотропия) железа- это способность к
образовыванию различных кристаллических шипов структур при изменении
температур. Какую кристаллическую решетку будет иметь Fe?
А. Кубическая простая
Б. Кубическая
объемно-центрированная
В. Кубическая
гранецентрированная
Г. Гексагональная
6. При какой температуре железо теряет магнитные
свойства?
А. 723°С
Б. 768°С
В. 911°С
7. Кто из отечественных ученых впервые в России применил
металлографический микроскоп для изучения структуры стали и ее изменения после
ковки и термической обработки?
А. М.В.Ломоносов
Б. Д.К.Чернов
В.П.П.Аносов
8. По диаграмме железо-углерод назовите состав
эвтектического чугуна?
А.3%С
Б.
4,3%С
В.
6,67%С
9. Назовите структуру стали с содержанием углерода 0,8%
при комнатной температуре.
А. Феррит
Б.
Феррит + перлит
В.
Перлит
Г.
Перлит + цементит
10. В чем отличие термической
от химико-термическй обработки металлов и сплавов?
А. Изменяется структура
Б. Изменяется химический состав
В. Изменяется структура и химический состав
11. Из какой углеродистой конструкционной стали,
изготавливаются в промышленности валы для редукторов?
А. Сталь 10
Б.
Сталь 45
В.
Сталь 45А
Г.
Сталь 65
12. Как известно чугун классифицируется по форме углерода.
Какая форма углерода у серого чугуна?
А. Пластинчатая
Б.
Шаровидная (глобулярная)
В.
Хлопьевидная
Г.
В виде химического соединения Fe3C
13. Из какой углеродистой инструментальной стали
изготавливают напильники по металлу?
А. У7
Б.
У10
В.
У13
14. После термической обработки, закалки бойка слесарного
молотка обязательно производится еще один вид термической обработки. Назовите
его?
А. Отжиг
Б.
Нормализация
В.
Отпуск
15. Твердые сплавы широко используются для изготовления
режущих инструментов. Назовите основу твердых сплавов?
А. Металлы: вольфрам, титан, тантал, хром
Б.
Карбиды металлов вольфрама, титана, тантала, хрома
В.
Белый чугун, легированная сталь
16. Алюминиевые сплавы подразделяются по способу их
получения на деформируемые, литейные, порошковые (САС, САП). В каком виде
используется сплав алюминия с кремнием.
А. Деформированные
Б.
Литейные
В.
Порошковые
17. Бронза представляет собой
сплав меди с другими металлами, назовите их.
А. Цинк
Б.
Олово
В.
Алюминий
Г.
Кремний
18. Какой материал наиболее
пригоден для изготовления прозрачных экранов к металлорежущим станкам?
А. Органическое стекло
Б.
Листовое силикатное стекло
В. Безосколочное стекло
Источник