1. Metallarning tabiatda uchrashi. Fizik va kimyoviy xossalari. Metallarning asosiy massasi

Metallar, ularning tabiatda uchrashi, olinish usullari, kimyoviy xossalari.
Reja:
1.Metallarning tabiatda uchrashi.
2. Fizik va kimyoviy xossalari.
3. Metallarning asosiy massasi.

Metallarning asosiy massasi Yer qobig’ida birikmalar holida uchraydi. Sof metallarni sanoat miqyosida hosil qilish uchun yarokli tabiiy xom ashyo metall rudalaridan foydalaniladi. Rudalar ko’pincha toza bo’lmaydi, ularga bekorchi. jinslar – qum, loy, ohaktosh va boshqalar aralashgan bo’ladi. Har qanaqa uda ishga tushirilishidan avval bekorchi jinslardan tozalanishi, boshqacha aytganda “boyitilishi” lozim. Ba’zan rudalarning boyitilgan shakli “konsentrat” deb ataladi. Rudalar turli usullar bilan, ko’pincha flotasion usulda boyitiladi.

Metall rudalarning birinchi turkumi oksid rudalardir. Bungatemir rudalaridan qizil temirtosh (Fe₂Oz), qo’ng’ir temirtosh (Fe₃O₄),alyuminiy rudasi – boksit (A1₂O₃·2H₂O),marganes rudasi – pirolyuzit(MnO₂), qalay rudasi (SnO₂), vismut oxrasi (Bi₂O₃) va boshqalar.
Juda ko’p metallar tabiatda sulfidlar holida uchraydi. Bunday rudalar odatda Yer po’stlog’ining chuqurrok qismiga joylashgan bo’lib, ularga suv, CO2, havo kislorodi ta’sir etmagan (shuning uchun ular birlamchi tog’ jinslar deb yuritiladi). Misol uchun, mis kolchedani (Cu₂S·Fe₂S₃), mis yaltirog’i (Cu₂S), kinovar (HgS), qo’rg’oshin yaltirog’i (PbS), pyx aldamasi (ZnS ) va boshqalar. Ba’zan bir necha metallarning sulfidlari aralash holda uchrab, polimetall rudani tashkil etadi. O’rta Osiyo, Kavkaz va Uzoq Shimol rayonlarda polimetall rudalar uchraydi. Ba’zi bir metallar xloridlar, sulfat, karbonat va fosfatlar holida uchraydi. Masalan, karnalit (KC1·MgCl₂·6H₂O), silvinit (KCl·NaCl), toshtuz (NaCl), kainit
(MgSO₄·KCl·3H₂O), gips (CaSO₄·2H₂O), galmey (ZnCO₃), oq qo’rg’oshin rudasi (PbSO₃ ) va boshqalar.
Rudalardan metallar ajratib olishning bir necha usuli mavjud. Bu usullar qaytarilish, termik parchalanish va almashinish jarayonlariga asoslangan. Texnikada bu jarayonlar metallurgiyaning turli ko’rinishlari (pirometallurgiya, gidrometallurgiya, elektrometallurgiya) da amalga oshiriladi.
Metallar- (yun. metalleuo — qaziyman, yerdan qazib olaman) — oddiy sharoitda yuqori elektr oʻtkazuvchanligi, issiq oʻtkazuvchanligi, elektr oʻtkazuvchanligi, elektr magnit toʻlqinlarini yaxshi qaytarishi, plastikligi kabi oʻziga xos xususiyatlarga ega boʻlgan oddiy moddalar. Metallar qattiq holatda kristall tuzilishda boʻladi. Bugʻ holatida esa bir atomlidir. Metallarning oksidlari suv bilan birikkanida koʻpincha gidroksidlar (asoslar) ga aylanadi. Metallar elektron tuzilishi tu-fayligina yuqorida aytib oʻtilgan oʻziga xos xususiyatlarga ega.
Metallar- (yun. metalleuo — qaziyman, yerdan qazib olaman) — oddiy sharoitda yuqori elektr oʻtkazuvchanligi, issiq oʻtkazuvchanligi, elektr oʻtkazuvchanligi, elektr magnit toʻlqinlarini yaxshi qaytarishi, plastikligi kabi oʻziga xos xususiyatlarga ega boʻlgan oddiy moddalar. Metallar qattiq holatda kristall tuzilishda boʻladi. Bugʻ holatida esa bir atomlidir. Metallarning oksidlari suv bilan birikkanida koʻpincha gidroksidlar (asoslar) ga aylanadi. Metallar elektron tuzilishi tu-fayligina yuqorida aytib oʻtilgan oʻziga xos xususiyatlarga ega.
Metallar tabiatda keng tarqalgan moddalar bólib ularning kundalik hayotimizdagi ahamiyati ham juda katta va shuningdek ishlab chiqarish sohalarida ham metallarning kirib bormagan joyi yóq. Bunga asosiy sabab metallarning fizik va kimyoviy xossalari hisoblanadi bular metallarning qattiqligi, yuqori temperaturada suyuqlanishi, egiluvchanligi, issiqlikni va elektr tokini yaxshi ótkazishi va boshqalar.
Metallarning tabiatda uchrashi. Metallardan «asl» metallar oltin, platina, kumush (ba’zan mis, qalay, simob) tabiatda erkin ya’ni tug’ma holda uchraydi.
Metallarning asosiy massasi Yer qobig’ida birikmalar holida uchraydi. Sof metallarni sanoat miqyosida hosil qilish uchun yarokli tabiiy xom ashyo metall rudalaridan foydalaniladi. Rudalar ko’pincha toza bo’lmaydi, ularga bekorchi. jinslar – qum, loy, ohaktosh va boshqalar aralashgan bo’ladi. Har qanaqa uda ishga tushirilishidan avval bekorchi jinslardan tozalanishi, boshqacha aytganda «boyitilishi» lozim. Ba’zan rudalarning boyitilgan shakli «konsentrat» deb ataladi. Rudalar turli usullar bilan, ko’pincha flotasion usulda boyitiladi.
Metall rudalarning birinchi turkumi oksid rudalardir. Bungatemir rudalaridan qizil temirtosh (Fe₂Oz), qo’ng’ir temirtosh (Fe₃O₄),alyuminiy rudasi – boksit (A1₂O₃·2H₂O),marganes rudasi – pirolyuzit(MnO₂), qalay rudasi (SnO₂), vismut oxrasi (Bi₂O₃) va boshqalar.
Juda ko’p metallar tabiatda sulfidlar holida uchraydi. Bunday rudalar odatda Yer po’stlog’ining chuqurrok qismiga joylashgan bo’lib, ularga suv, CO2, havo kislorodi ta’sir etmagan (shuning uchun ular birlamchi tog’ jinslar deb yuritiladi). Misol uchun, mis kolchedani (Cu₂S·Fe₂S₃), mis yaltirog’i (Cu₂S), kinovar (HgS), qo’rg’oshin yaltirog’i (PbS), pyx aldamasi (ZnS ) va boshqalar. Ba’zan bir necha metallarning sulfidlari aralash holda uchrab, polimetall rudani tashkil etadi. O’rta Osiyo, Kavkaz va Uzoq Shimol rayonlarda polimetall rudalar uchraydi. Ba’zi bir metallar xloridlar, sulfat, karbonat va fosfatlar holida uchraydi. Masalan, karnalit (KC1·MgCl₂·6H₂O), silvinit (KCl·NaCl), toshtuz (NaCl), kainit
(MgSO₄·KCl·3H₂O), gips (CaSO₄·2H₂O), galmey (ZnCO₃), oq qo’rg’oshin rudasi (PbSO₃ ) va boshqalar.
Rudalardan metallar ajratib olishning bir necha usuli mavjud. Bu usullar qaytarilish, termik parchalanish va almashinish jarayonlariga asoslangan. Texnikada bu jarayonlar metallurgiyaning turli ko’rinishlari (pirometallurgiya, gidrometallurgiya, elektrometallurgiya) da amalga oshiriladi.
Metallar nisbatan og‘ir, yarqiroq bo‘lib, shaffoflik xususiyati yo‘q. Metallar mustahkam, lekin ularning shaklini bolg‘alab ishlov berish yoki, chig‘irlash orqali o‘zgartirish,shuningdek, eritish va payvandlash mumkin. Metallar yaxshigina elektr va issiqlik o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega. Buning barchasi uchun ular metall bog‘lanishlardan minnatdor bo‘lishlari kerak. Bu bog‘lanishning tabiati shundaki, metallardagi har bir atom, o‘z atrofida ko‘p miqdordagi xuddi o‘zi kabi atomlar bilan o‘ralgan. Ulardan har biri tashqi elektron qavatida oz sondagi elektronlargagina ega bo‘lib, bu elektron qavatlar shunday to‘soladiki, arang tutib turiladigan tashqi elektronlarni biror bir atomga bog‘lashning iloji bo‘lmaydi. Atomlar, to‘g‘rirog‘i ionlar o‘z joyida qolayotgan vaqtda, "elektron gazlari" ionlar orasida erkin harakatlanib, ularni o‘zaro bog‘laydi.
Elektronlarning erkinligi va ularning elektr maydonida harakatlana olishi tufayli, metallar o‘tkazgich xususiyatiga ega bo‘ladi. Erkin elektronlarning tashqaridan tushayotgan yorug‘lik nurlarining katta miqdorini yutishi va qayta akslantirishi tufayli metallar shaffof emas va ular yarqiraydi. Erkin elektronlarning issiqlik energiyasini erkin tashiy olishi tufayli metallar yuqori issiqlik o‘tkazguvchanlik xususiyatiga ega bo‘ladi.
Bu maqolada metalarning elektr, issiqlik o‘tkazuvchanlik, hamda, optik xususiyatlari qaralmaydi. Asosiy e'tibor, ularning mexanik xususiyatlariga qaratiladi.
Metallat har xil bo‘lsa ham, ulardagi metall bog‘lanishlarining tabiati bir xil. U metall atomlarining zich va tartibli joylashgan. Bunday struktura esa, siqilishga qarshilik ko‘rsata turib, unga nisbatan siljishga kamroq qarshilik ko‘rsatadi. Shu tufayli metalllar egiluvchandir. Atomlarning zich joylashuvi, metallarning solishtirma og‘irligining ham asosiy izohidir. Metallarning mexanik xususiyatlari, erkin elektronlarning metall bog‘lanishlarga nisbatan to‘g‘ri keladigan kristall strukturasi tufayli vujudga keladi.
1665-yildayoq Robert Guk kristallar shaklini qatorga tartibli terilgan g‘o‘lachalar tarzida modellashtirgan edi. Lekin faqat oradan 250 yil o‘tibgina uning, o‘sha paytda fanga ma'lum bo‘lgan metallarning‘ kristall strukturasining aniq modelini yasagani ma'lum bo‘ldi.
Bir necha yuz yilliklar davomida ba'zi murakkab moddalarning kristall strukturaga ega ekanligi ma'lum bo‘lgan bo‘lsa hamki, oddiy metallarning ham kristall panjaradan tarkib tobganligi fakti yaqin vaqtlargacha shubha ostida qolib keldi. Aniq haroratlarda erish va qotish xususiyatlari va darz ketgan sirtlardagi mayda donador strukturalarning ko‘zga tashlanishi, metallar atomlarining kristall tartibidan dalolat berardi, lekin boshqa faktlar, ularning amorf tabiati ham mavjudligi haqida tasavvur uyg‘otar edi: erigan metallar, qotganidan so‘ng quvur shakliga kelib qolardi, qattiq metallarning shaklini ishlov berish orqali o‘zgartirish mumkin edi, metallning sayqallangan sirt yuzasidan esa, u mutloq bir jinslidek tuyulardi.
Metall ichki strukturasining tushunturush uchun kalit 1864-yilda, ingliz Genri Sobri metallarni mikroskopda tadqiq qilishning‘ to‘g‘ri tushayotgan yorug‘lik nurlari orqali emas, balki, akslangan nurlar orqali tekshirish usulini ishlab chiqqanidan keyin topildi. Bundan tashqari, uning omadli tadqiqotlarining asosiy sabablaridan biri bu uning metallning sayqallangan sirtini emas, balki, kuchsiz kimyoviy reagent bilan ishlov berilgan sirtini tekshirgani bo‘ldi. Ba'zi reagentlar, metall atomlari donachalari chegarasi bo‘ylab chuqur o‘yiqlar hosil qilardi, boshqalari esa, bu donachalarning o‘ziga ta'sir ko‘rsatib, ularning mikrostrukturasini ko‘rinadigan holatga keltirgan.
Bu esa, metallni kichik ko‘pqirrali 0.25 mm atrofidagi o‘lchamlarga ega donachalarga ajratuvchi chegaraning noto‘g‘ri panjarasini ko‘rishga imkon berdi.
Aynan bir xildagi yoritilishning o‘zida ba'zi donachalar nisbatan yorqin, boshqalari esa nisbatan xira ko‘rinardi. Yorug‘lik va soyaning taqsimlanishi, yoritish burchagining o‘zgarishiga qarab o‘zgarardi. Bunda, har bir donachaning reagent bilan ishlov berilgan yuzasi, juda kichik va tekis akslantiruvchi bo‘lib, metall sistiga nisbatan og‘ish burchagi turlicha edi. Bundan xulosaga kelindiki, har bir donacha, noto‘g‘ri shakliga qaramay, alohida kristallcha ekan va metallning‘ bo‘lagi ko‘plab shunday kristallardan tuzilgan ekan va ularning har biri turli tomonlarga yo‘nalgan bo‘lib, shu bilan birga umumiy chegaralarga ega edi.
Sorbi tomonidan ixtiro qilingan metalografiya usuli, metall donachalarining o‘lchami va shaklini aniqlash uchun ancha samarador bo‘lib chiqdi. Bu esa metallarning texnik xususiyatlarini tadqiq qilishda, aralashmalarni aniqlashda, va qotishmalarni tadqiq qilishda muhim vosita bo‘lib xizmat qiladi. Lekin, optik metalografiya donachalar qatori chegarasining tuzilishi haqida aniq tasavvur bera olmas edi. Tadqiqotchilar sekin astalik bilan, metallarning erish haroratidan pastroq haroratda sovitilishida qo‘shni donachalar bir biridan iloji boricha ko‘p sondagi atomlarni egallab olishi va shu tufayli, donachalar orasidagi chegara faqat bir necha atom qalinligi masofasigacha qisqarib, uning ichki kristalografik strukturasining yo‘nalishi bir donachadan boshqa donachaga keskin o‘zgaradi degan fikrga kela boshladilar.
Bu nuqtai nazar, yaqindagina amerikalik Ervin Myuller ixtiro qilgan ion mikroskopidan foydalanish tufayli tasdiqlandi. Bu asbobda metall ignaning uchi vaakumdagi yuqori musbat potentsial ostida turadi, shu tufayli, elektr maydonining kuch chiziqlari ignada boshlanib, flourestiya ekranida tugaydi. Kameraga oz miqdordagi geliy kiritiladi. Geliy atomi igna metali atomi bilan to‘qnashganida, u musbat ionga aylanib qoladi va kuch chizig‘i bo‘ylab, ekran tomonga uchadi. Ion ekranga borib urilganida, ko‘rinadigan tasvir paydo bo‘ladi. Tasvirdagi o‘lchamlar nisbati shindayki, igna uchidagi atomning yuzasiga, ekrandagi 1 mm² to‘g‘ri keladi. Aynan shu effekt tufayli biz ignaning atom strukturasini "ko‘ramiz".
1900-yilda Jeyms Eving va Valter Rozenxeyn, agar namunani deformatsiyalansa, masalan uning qirralari turli tomonlarga qayrilsa, yuzasi chiziqlar bilan qoplanib qolishini aniqlashdi. Ular odatda, donachalar atrofida bir biriga qat'iy paralell bo‘lib, har xil donachalarda ularning yo‘nalishi turlicha edi. Tadqiqotlar shuni ko‘rsatdiki, bu chiziqlar, kristallarning nozik qatlamlarining bir biriga nisbatan qiyshayishi natijasida hosil bo‘ladigan zinasimon qavatlarning izi ekan. Katta va ideal metall kristallari bilan olib borilgan keyingi tadqiqotlardan bu zinasimon qavatlarning ma'lum tartibdagi tekislikliklarda va aniq kristalografik yo‘nalishlarda hosil bo‘layoganligi aniqlandi. Metallarning egilish deformatsiyasi mexanizmi, shu tahlit, suyuqlik va gazlarning oquvchanligidan jiddiy farqlanishi ma'lum bo‘ldi. Bu jarayonda siljish tekisligining bir tarafidagi atomlar, o‘zlarining avvalgi qo‘shnilaridan uzilib, o‘zi bilan birga ma'lum qismdagi kristallni ergashtirib, boshqa joyga "ko‘chib" o‘tadi va u yerdagi yangi qo‘shnilari biloan birga, avvalgi holatidagi kabi yana to‘g‘ri struktura hosil qilib oladi. Shu tarzda kristallning dastlabki ichki strukturasi xususiyatlari qayta tiklanadi. "Agar egilishdagi siljish" metallning kristall strukturasi tufayli bo‘lsa, unda nima sababdan u nometall kristallar, masalan olmos, sapfir kabi, odatda deformatsiyada sinadigan strukturalarda kuzatilmaydi? Yoki, boshqacha aytganda, nima uchun metallar egililuvchan, lekin ko‘plab nometallar esa mo‘rt? Buni tushinish uchun biz, metallarning ichki tuzilishi bilan yanada batafsil tanishamiz.
Metallarda kristall panjaraning uch xil turi uchraydi. Hajmiy-markazlashgan kubsimon panjarada bitta qo‘shimcha atom, oddiy kub panjaraning markazida joylashgan. Unday strukturaga ishqoriy metallar, xona haroratidagi temir, volfram, xrom va molibden egalik qiladi. Qirraviy-markazlashgan panjaralarda esa, qo‘shimcha atomlar kubning har bir qirrasi markazida joylashadi. Bunday strukturaga yuqori haroratdagi temir, shuningdek, mis, kumush, oltin, alyuminiy, nikel, va qo‘rg‘oshin ega. Geksagonal zichlangan strukturada esa, 3 ta qo‘shimcha atomlar oddiy geksagonal katakcha ichidagi bo‘shliqda joylashadi. Ruz, magniy, kobalt va titanning stukturasi aynan shunday.
Qirraviy-markazlashgan kubda ham, Geksagonal zichlangan strukturada ham atomlar maksimal ravishda zich joyalashadi. Yuqoridagi har ikkala strukturani zichlangan tekis strukturaning birini boshqasi ustiga joylashtirish yo‘li bilan olish mumkin. Har uch qo‘shni donacha tekislikda chuqurcha hosil qiladi va u chuqurchaga yuqori qatlandagi bitta donachani joylashtirish mumkin bo‘ladi.
Bunday chuqurchalarni tanlashning ikki xil usuli bor. Agar birinchi qatlamdagi donachalarning joylashuvini A bilan keyingi ikkita qatlamlarni esa mos ravishda B va C deb belgilasak, ABCABC ketma-ketlikdan qirraviy-markazlashgan kub panjara hosil bo‘ladi. ABABAB ketma-ketlikdan esa geksagonal zich panjara hosil qilinadi.
Metallarning kristallaridagi atomlarning siljishi, atomlarning nisbatan zich joylashgan chegaralari bo‘ylab yuz beradi. Chunki, bu holatda qatlamlarning bir-birining harakatiga nisbatan qarshiligi eng kam bo‘ladi. Bundan tashqari, zichlangan atom qatorlari bo‘ylab harakatlanayotgan atomlar, ko‘pincha