ΜΕΤΑΛΛΑ

Καθηγητής: Ν. Διπλάρης                                                           

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΞΥΛΙΝΩΝ ΠΝΕΥΣΤΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ

ΥΛΙΚΑ-METAΛΛΑ

Ονομάζονται τα χημικά στοιχεία, που είναι ανώτερα από τα άλλα σε στερεότητα, στο ειδικό βάρος, στη λάμψη, στην αντοχή και είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού.
Διακρίνονται σε πολύτιμα και μη, μέταλλα καθώς και σε κράματα δύο ή περισσότερων μετάλλων.

                                                               Πολύτιμα Μέταλλα

Πολύτιμα Μέταλλα ονομάζονται : ο Χρυσός, ο Άργυρος, ο Λευκόχρυσος(πλατίνα)

ΧΡΥΣΟΣ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ:
Σύμβολο: Au
Σημείο Τήξεως 1064 C
Σημείο Ζέσεως 2808 C
Πυκνότητα 19,5 g/ml
Έτος ανακάλυψης: Είναι γνωστός από την αρχαιότητα.
Είναι στερεό, ευγενές μέταλλο, κίτρινου χρώματος, πολύ ελάσιμο.

ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Η ύπαρξή του παρατηρείται από πάρα πολύ παλιές εποχές, βρίσκεται στη φύση σπάνια σε ορυκτά. Συνήθως είναι ελεύθερος (αυτοφυής) σε πρωτογενή κοιτάσματα, σε χαλαζιώδεις φλέβες υδροθερμικής προέλευσης ή σε δευτερογενή κοιτάσματα που προέρχονται από τη διάλυση των πρώτων και ονομάζονται χρυσοφόροι ψαμμίτες. Κύριοι παραγωγοί είναι η Νότια Αφρική, η Ρωσία, ο Καναδάς, οι ΗΠΑ, η Ιαπωνία, η Αυστραλία.

ΧΡΗΣΕΙΣ
Καθώς είναι μαλακό μέταλλο, χρησιμοποιείται σε κράματα με χαλκό και ασήμι. Λευκός χρυσός είναι το όνομα διαφόρων κραμάτων που χρησιμοποιούνται στη χρυσοχοΐα τα οποία περιέχουν χρυσό, παλλάδιο, ασήμι, νίκελ, τσίγκο κ.ά. Εκτός από τη χρυσοχοΐα, ο χρυσός χρησιμοποιείται και στην κατασκευή μουσικών πνευστών οργάνων υψηλής ποιότητας, τη χημεία, στο κλώσιμο των συνθετικών ινών, στις ηλεκτρικές επαφές κτλ. Ο χρυσός χρησιμοποιήθηκε ως νόμισμα από την αρχαιότητα. Έγινε πιο σπάνιος κατά τον Μεσαίωνα, τέθηκε κατά μέρος στο δυτικό κόσμο προς όφελος του ασημιού, χρησιμοποιούνταν όμως κι αυτός μέχρι το τέλος του 18ου αι. (διμεταλλισμός). Με την ανακάλυψη νέων κοιτασμάτων μεταξύ του 1848 και των αρχών του 1900 (Καλιφόρνια, Αυστραλία, Νότια Αφρική, Κολοράντο, Αλάσκα) έγινε η εισαγωγή του χρυσού μονομεταλλισμού σχεδόν σε όλες τις χώρες.

ΑΡΓΥΡΟΣ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ:
Σύμβολο: Ag
Σημείο Τήξεως 962 C
Σημείο Ζέσεως 2212 C
Πυκνότητα 10,5 g/ml
Χημικό στοιχείο, στερεό, μέταλλο, με χαρακτηριστική λάμψη.
Ο καθαρός άργυρος είναι μαλακό και εύπλαστο μέταλλο, τόσο ώστε μπορεί να κοπεί σε διάφανα φύλλα. Παρουσιάζει μεγάλη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, καθώς και αντοχή στη διάβρωση. Έχει μεγάλη ανακλαστική ικανότητα.
ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Κυριότερες χώρες παραγωγής είναι το Μεξικό, ο Καναδάς, το Περού, οι Η.Π.Α., η Ρωσία, η Αυστραλία, η Χιλή, η Γερμανία και η Βολιβία.


ΧΡΗΣΕΙΣ
Ο άργυρος χρησιμοποιείται ευρέως στη χημική και ηλεκτροτεχνική βιομηχανία καθώς και την κατασκευή μουσικών πνευστών οργάνων υψηλής ποιότητας. Ακόμη, επιστρώνονται με άργυρο κάποια υλικά για διακοσμητικούς σκοπούς ή για προστασία. Κράματα αργύρου με χαλκό χρησιμοποιούνται για σερβίτσια και σκεύη, καθώς και για νομίσματα και μετάλλια.


ΛΕΥΚΟΧΡΥΣΟΣ(πλατίνα)

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ:
Σύμβολο: Pt
Σημείο Τήξεως 1772 C
Σημείο Ζέσεως 3827 C
Πυκνότητα 21,5 g/ml
Έτος ανακάλυψης: 1700
Είναι στερεό ελάσιμο μέταλλο λευκού-γκρίζου χρώματος.
ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Είναι παρόν στη φύση μαζί με μέταλλα της ομάδας του (ρουθήνιο, ρόδιο, παλλάδιο, όσμιο και ιρίδιο) και επίσης με σίδηρο, χαλκό, χρυσό, νικέλιο κλπ. Εξάγεται με τον καθαρισμό της προσχωματικής άμμου και λαμβάνεται καθαρό από το νερό. Σημαντικά κοιτάσματα υπάρχουν στα Ουράλια Όρη, στη Νότια Αμερική, στην Καλιφόρνια, στην Αυστραλία.

ΧΡΗΣΕΙΣ
Λόγω της χημικής αδράνειας της, η πλατίνα, εκτός από τη χρυσοχοΐα, χρησιμοποιείται στις χημικές συσκευές, στην ηλεκτρική βιομηχανία καθώς και την κατασκευή μουσικών πνευστών οργάνων υψηλής ποιότητας. Χρησιμοποιείται ευρέως ως καταλύτης σε χημικές αντιδράσεις.


                                                    Άλλα μέταλλα

ΧΑΛΚΟΣ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Σύμβολο: Cu
Σημείο Τήξεως 1083 C
Σημείο Ζέσεως 2567 C
Έτος ανακάλυψης: Είναι γνωστός από την αρχαιότητα.
Είναι στερεό μέταλλο χαρακτηριστικού κοκκινωπού χρώματος. Είναι λιγότερο σκληρός από το σίδηρο και πολύ εύκαμπτος. Είναι ο καλύτερος αγωγός θερμότητας και ηλεκτρισμού (μετά τον άργυρο).
ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Είναι μέταλλο που χρησιμοποιείται από την αρχαιότητα, πριν από το σίδηρο. Συχνά βρίσκεται στη στοιχειώδη κατάσταση και κάποια ορυκτά του είναι οξείδια. Τα ορυκτά του χαλκού είναι πολλά, αλλά αυτά των οποίων η αφθονία επιτρέπει τη βιομηχανική εκμετάλλευση είναι λίγα. Πολύ σημαντικά κοιτάσματα ορυκτών χαλκού υπάρχουν, εκτός από τις Η.Π.Α., στη Χιλή, τη Ζάμπια, το Ζαΐρ, τη Ρωσία και τον Καναδά.

ΧΡΗΣΕΙΣ
Χρησιμοποιείται στη δημιουργία νημάτων ποικίλης διαμέτρου, που χρησιμεύουν στη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας και στην κατασκευή ηλεκτρικών μηχανών, αγωγών και θερμαντικών συσκευών, χαρακτικών πλακών και κραμάτων μετάλλων ποικίλης χρήσης, μεταξύ των οποίων είναι ο ορείχαλκος και ο μπρούντζος. Ο ορείχαλκος αποτελείται από χαλκό και τσίγκο σε διάφορες αναλογίες. Τα κράματα χαλκού-κασσίτερου ονομάστηκαν μπρούντζοι και περιέχουν χαλκό σε ποσοστό από 5 έως 18%.
Τέλος, χρησιμοποιείται στην κατασκευή μουσικών πνευστών οργάνων καθώς και αποστακτήρων αλκοολούχων ποτών.


ΨΕΥΔΆΡΓΥΡΟΣ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Σύμβολο: Zn
Έτος ανακάλυψης: 1500
Είναι στερεό, ελατό μαλακό μέταλλο, ανοιχτού γαλάζιου χρώματος.
ΙΣΤΟΡΙΑ
Κατά τον 16ο αιώνα ο Παράκελσος αναγνώρισε τον ψευδάργυρο ως μέταλλο. Στην Ασία χρησιμοποιούνταν από την αρχαιότητα για την κατασκευή αντικειμένων.
ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Δεν βρίσκεται ελεύθερος στη φύση. Τα ορυκτά του είναι αρκετά διαδεδομένα. Σπουδαιότερα από αυτά είναι ο η καλαμίνα, ο σμιθσονίτης, ο ψευδαργυρίτης, ο σφαλερίτης, ο βουρτσίτης κ.ά.

ΧΡΗΣΕΙΣ
Έχει πολλές εφαρμογές, μεταξύ των οποίων η πιο διαδεδομένη είναι η ψευδαργύρωση που απορροφά περίπου το 1/3 της παραγωγής. Ένα τρίτο της παραγωγής χρησιμοποιείται ακόμη στα κράματα του χαλκού και στην κατασκευή χάλκινων πνευστών και άλλων αντικειμένων.

ΚΑΣΣΙΤΕΡΟΣ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Σύμβολο: Sn
Σημείο Τήξεως 232 C
Σημείο Ζέσεως 2270 C
Έτος ανακάλυψης: Είναι γνωστός από την αρχαιότητα.
Είναι εύτηκτο στερεό μαλακό μέταλλο αργυρόλευκου χρώματος, με χαρακτηριστική οσμή. Είναι ελατός και όλκιμος και μπορεί να κατεργαστεί εύκολα χωρίς θέρμανση.

ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Ο κασσίτερος βρίσκεται και ελεύθερος στη φύση, συνήθως όμως βρίσκεται ως ορυκτό.. Σημαντικά κοιτάσματα υπάρχουν στη Βολιβία, την Κίνα, την Αγγλία, το Μεξικό, κ.ά.
ΧΡΗΣΕΙΣ
Έχει μεγάλη αντοχή στις διαβρώσεις από οργανικές ενώσεις, γι’ αυτό και χρησιμοποιείται σαν μέσο προστασίας άλλων μετάλλων (χαλκού, σιδήρου) που χρησιμοποιούνται για συσκευασίες τροφίμων, για την κατασκευή κραμάτων (μπρούντζου), αμαλγαμάτων και άλλων.
Το ένυδρο κασσιτερώδες νάτριο χρησιμοποιείται σαν στυπτικό στη βαφική και για να κάνει το βαμβάκι ανθεκτικό στη φωτιά. Οργανικές ενώσεις του κασσιτέρου χρησιμοποιούνται σαν εντομοκτόνα στη γεωργία.

ΜΟΛΥΒΔΟΣ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Σύμβολο: Pb
Σημείο Τήξεως 328 C
Σημείο Ζέσεως 1740 C
Έτος ανακάλυψης: Είναι γνωστό από την αρχαιότητα.
Είναι στερεό μέταλλο λευκού υπογάλαζου χρώματος, πολύ μαλακό που γίνεται όμως σκληρό με την προσθήκη αντιμονίου, αρσενικού, χαλκού κλπ. Έχει σχετικά μικρή τιμή ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Τα προϊόντα του μολύβδου είναι όλα τοξικά. Η δηλητηρίαση από μόλυβδο λέγεται μολυβδίαση.
ΙΣΤΟΡΙΑ
Ο μόλυβδος είναι γνωστός από την αρχαιότητα. Τον χρησιμοποιούσαν οι αρχαίοι Έλληνες και οι Ρωμαίοι στους σωλήνες νερού, στα κύπελλα .
ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Η ετήσια παραγωγή μολύβδου ξεπερνάει τα 3 εκ. τόνους και προέρχεται, κυρίως, από τις Η.Π.Α., το Καζακστάν, τον Καναδά, την Αυστραλία, την Κίνα, το Περού και το Μεξικό.
ΧΡΗΣΕΙΣ
Τα κράματα του μολύβδου είναι πολύ χρήσιμα. Το κράμα με κασσίτερο χρησιμοποιείται για συγκολλήσεις (καλάι). Το κράμα με αρσενικό χρησιμοποιείται για σκάγια κυνηγιού. Το κράμα με κασσίτερο και αντιμόνιο χρησιμοποιείται στα τυπογραφικά στοιχεία. Με μορφή καθαρού μετάλλου, ο μόλυβδος βρίσκει εφαρμογή στην κατασκευή υδροσωλήνων και θηκών για την προστασία των ηλεκτρικών και τηλεφωνικών αγωγών. Χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή προστατευτικών καλυμμάτων για τις ακτίνες Χ και την πυρηνική ακτινοβολία. Το οξείδιο του μολύβδου (PbO) χρησιμοποιείται στην υαλουργία, την κεραμική και την κατασκευή χρωστικών ουσιών. Το μικτό οξείδιο του (Pb3O4) είναι το γνωστό «μίνιον» που χρησιμοποιείται ως αντιοξειδωτικό βερνίκι. Η χρήση του θεωρήθηκε αντιοικολογική, αλλά είναι ακόμα πολύ διαδεδομένη.

ΝΙΚΕΛΙΟ

ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Σύμβολο: Ni
Σημείο Τήξεως 1453 C
Σημείο Ζέσεως 2732 C
Έτος ανακάλυψης: 1751
Είναι στερεό μέταλλο γκρίζου χρώματος. Είναι σιδηρομαγνητικό υλικό. Μορφοποιείται εύκολα με ή χωρίς θέρμανση, είτε με χρήση διαφόρων μηχανημάτων.
ΙΣΤΟΡΙΑ
Ανακαλύφθηκε το 1751 από τον σουηδό μεταλλειολόγο Άλεξ Φρέντικ Κρόνστεντ. Χρησιμοποιούνταν από την αρχαιότητα, ως κράμα, από τους κινέζους.
ΠΟΥ ΣΥΝΑΝΤΑΤΑΙ
Δεν είναι πολύ διαδεδομένο στη φύση (0,016% w/w του γήινου φλοιού), υπάρχει όμως σε αρκετά ορυκτά είτε καθαρό είτε με μορφή ενώσεων. Τέτοια ορυκτά είναι ο νικελίτης, ο πεντλανδίτης, ο γκαρνιερίτης, κ.ά.
ΧΡΗΣΕΙΣ
Χρησιμοποιείται ευρέως παρά το μεγάλο κόστος, είτε σε καθαρή μορφή είτε σε κράμα. Καθαρό χρησιμοποιείται για την επικάλυψη μεταλλικών και μη μεταλλικών αντικειμένων. Αποτελεί εξαιρετικό καταλύτη για πλήθος αντιδράσεων. Το νικέλιο χρησιμοποιείται κατά κόρον για την παρασκευή κραμάτων (άνω των 3000 ειδών), ανάμεσα στα οποία και ο χάλυβας. Τα κράματα νικελίου- χρωμίου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή θερμαντικών μέσων. Τα κράματα νικελίου-καδμίου χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μπαταριών.


Κράματα:


ΟΡΕΙΧΑΛΚΟΣ
Κράμα χαλκού ψευδαργύρου.
Ο ψευδάργυρος είναι σε περιεκτικότητα μέχρι 50%. Η πιο συνηθισμένη περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο είναι 20-25 % οπότε το κράμα λέγεται κίτρινος χαλκός και είναι ο ορείχαλκος που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία.
Για να βελτιωθούν οι ιδιότητες του προσθέτονται σε μικρές ποσότητες άλλα μέταλλα (σίδηρος, μαγγάνιο, κασσίτερος, νικέλιο, αργίλιο, κ.ά.), οπότε δημιουργούνται ειδικά κράματα ορειχάλκου. Με την προσθήκη Νικελίου(Ni) επιτυγχάνεται απόχρωση πλησιέστερη στο λευκό, υψηλότερο σημείο τήξης και το χρησιμοποιούμε στην κατασκευή μαθητικών φλάουτων και κλειδιών άλλων μουσικών οργάνων. Ο ορείχαλκος είναι κράμα που επεξεργάζεται εύκολα, είτε με θέρμανση είτε εν ψυχρώ.
ΧΡΗΣΕΙΣ
Χρησιμοποιείται για την κατασκευή μηχανικών εξαρτημάτων, βιδών, καλύκων φυσιγγίων, μουσικών οργάνων, κοσμημάτων, διακοσμητικών αντικειμένων.

Ορείχαλκος ονομάζονται και άλλα κράματα του χαλκού, στα οποία μπορεί να υπάρχουν, αλλά και να μην υπάρχουν, μικρές ποσότητες κασσίτερου ως προσθήκη: ορείχαλκος του αλουμινίου (κυπραλουμίνιο), του βηρυλλίου (κυπροβηρύλλιο), του μαγνησίου (κυπρομαγνήσιο), του πυριτίου, κλπ.

Μπρούτζος
Κράμα χαλκού και κασσίτερου, με προσθήκη ή όχι και άλλων στοιχείων, όπως ψευδάργυρος, μόλυβδος, φώσφορος, νικέλιο. Ορείχαλκος ονομάζονται και άλλα κράματα του χαλκού, στα οποία μπορεί να υπάρχουν, αλλά και να μην υπάρχουν, μικρές ποσότητες κασσίτερου ως προσθήκη: ορείχαλκος του αλουμινίου (κυπραλουμίνιο), του βηρυλλίου (κυπροβηρύλλιο), του μαγνησίου (κυπρομαγνήσιο), του πυριτίου, κλπ. Το σημείο τήξης κυμαίνεται από 900-950οC. Είναι καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού και παρουσιάζει μεγάλη αντοχή σε τριβή. Η αναλογία του κασσιτέρου δεν ξεπερνάει το 33%. Η σκληρότητα του αυξάνει ανάλογα με την αναλογία σε κασσίτερο. Δεν είναι ελατός ούτε όλκιμος, είναι κατεργάσιμος και χυτεύεται εύκολα. Χρησιμοποιείται κατά κόρον σε βιομηχανικές εφαρμογές, όπως για παράδειγμα η κατασκευή μηχανολογικών εξαρτημάτων, κρουνών, γρασαδόρων, ρεκόρ φρένων, κουζινέτων, περικοχλίων κίνησης κ.λ.π. Χρησιμοποιούνται σε εξαρτήματα αντοχής σε οξείδωση όπως έλικες πλοίων, εξαρτήματα χημικών βιομηχανιών κ.λ.π.

ΠΡΟΪΣΤΟΡΙΑ
Εποχή του Μπρούντζου: προϊστορική περίοδος ανάμεσα στην εποχή του Χαλκού και την εποχή του Σιδήρου, που ανάγεται στην 3η χιλιετηρίδα π. Χ. για τις χώρες της Ανατολικής Μεσογείου και της Μέσης Ανατολής και στην 2η χιλιετηρίδα περίπου για την Δυτική Ευρώπη. Σ’ αυτή την περίοδο, ως συνέπεια της ανακάλυψης της διαδικασίας τήξης του κράματος χαλκού και κασσιτέρου, διαδόθηκε η χρήση όπλων και εργαλείων από χαλκό και παράλληλα ξεκίνησαν οι εμπορικές σχέσεις μεταξύ διαφορετικών εθνών.

ΧΑΛΥΒΑΣ

Κράμα μετάλλου που περιέχει άνθρακα μέχρι 2% περίπου. Είναι δυνατόν να περιέχει κι άλλα υλικά όπως πυρίτιο, μαγγάνιο, νίκελ, χρώμιο, μολυβδαίνιο, θείο και φώσφορο. Οι ιδιότητες του χάλυβα εξαρτώνται από τη χημική σύνθεση του υλικού (ποσοστό άνθρακα όπως και ποσοστό και είδος των πρόσθετων στοιχείων). Ανάλογα με τη χρήση του, ο χάλυβας διαιρείται σε γενικών και ειδικών χρήσεων. Αυτή η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει το χάλυβα κατασκευών, το ανοξείδωτο ατσάλι (που περιέχει νίκελ και χρώμιο και είναι ανθεκτικό στην οξείδωση και στη διάβρωση),το χάλυβα για εργαλεία και το χάλυβα για ιδιαίτερα εξειδικευμένες χρήσεις. Το ατσάλι παραλαμβάνεται από καθαρισμό χυτοσιδήρου, από θραύσματα ατσαλιού και σιδήρου και από ορυκτά σιδήρου