Сплавы в жизни человека сообщение
Обновлено: 04.07.2024
Практически вся жизнь человека связана с металлами. Металлы находятся в составе многих окружающих нас предметов, техники, транспорта. А металлы в свободном состоянии могут образовывать соли и даже входить в состав человеческого организма. Да что там могут — они необходимы человеческому организму для нормального функционирования и развития.
Роль металлов в развитии человечества огромна. Прочность, пластичность, непроницаемость, твердость, ковкость — все эти характеристики сделали металлы ключевым материалом для создания орудий труда, оружия, техники. В истории имели место бронзовый и железный век, Серебряный век и т. д., потом началась эпоха электричества, а уже сейчас — эра электроники. Самые близкие перспективы для современного общества — полная автоматизация производства, распространение дронов (роботов), покорение космоса и т. д. И всё это будет происходить при непосредственном участии металлов. Но начнем с начала — с людей.
Металлы в людях
Каждый день мы сталкиваемся с металлами. Например, нажимая выключатель в комнате, мы запускаем процесс, когда электроны начинают свой путь по металлическим проводникам к металлическим деталям лампочки. И в комнате появляется свет! Гуляя по улице, мы видим множество металлических конструкций: мосты, рельсы, дома и т. д. Вокруг перемещаются автомобили и велосипеды, которые также состоят во многом из металлов. Металлы везде!
И даже в нас самих? Да, находясь в свободном состоянии, металлы могут включаться в состав солей, которые, в свою очередь, входят в состав человеческих клеток. Например, ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, а также необходимы для всех мышц, особенно сердечной! Соли магния оказывают антисептическое и сосудорасширяющее действие, соли кальция нужны для нормального роста скелета, а натрий помогает сохранять кислотный баланс в организме.
Таким образом, можно понять, что возможности металлов практически безграничны. Поговорим о конкретных представителях этих веществ и их значении для людей.
Золото
Золото — драгоценный металл, красивый и дорогой. Золото легко обрабатывается, не поддается коррозии. Конечно, в первую очередь это металл, важный для ювелирной индустрии. Но не только. К примеру, эксперты подсчитали, что в одном iPhone содержится 30 мг золота, которое используется при изготовлении плат.
Всё добытое золото сегодня находится в различных государственных и международных финансовых организациях, ювелирных изделиях, продукции электронной промышленности и стоматологии, а также в инвестиционных накоплениях (как известно, золото можно покупать и хранить в слитках).
Если золото смешать с другими металлами, оно не потеряет своих свойств и не впустит их в свою структуру, поэтому золото используют чистым. При этом золото легко выделить из любого вещества, так как оно не переходит из одного состояния в другое. Даже находясь в составе воздуха, золото останется золотом.
Говорят, что золото обладает магической силой и дает ее человеку. При этом поклоняться золоту нельзя, иначе у человека может начаться депрессия и даже болезнь, но если человек не одержим этим металлом, то оно помогает духовному росту. Так гласят легенды.
Серебро
Серебро также является редким металлом, но оно не вызывает в людях помешательства и в целом воспринимается более спокойно и в истории, и в наши дни.
Ценность серебра заключается в том, что оно может очищать — воду, воздух. Так, например, часто используются ионизаторы воздуха с серебряными частичками.
В то же время серебро быстро окисляется, когда взаимодействует с кислородом. Поэтому украшения из него делают реже, чем из золота, и они дешевле. Зато оно активно участвует в создании зеркал, елочных игрушек и т. д.
Говорят, что серебро обладает лечебными свойствами как раз в силу своей способности очищать. Народная медицина гласит: если настоять воду в течение суток на серебре и пить ее, можно очистить организм от шлаков.
Железо
С железом всё понятно: в быту и в жизни без него никуда, нужно железо и организму. При недостатке железа в организме возникает железодефицитная анемия. Препараты с содержанием железа использовали еще в древних Китае, Египте, Греции.
При этом опасен и переизбыток железа. Так, если в питьевой воде повышенное содержание железа, это, напротив, может привести к заболеваниям печени, крови и вызывать аллергические реакции.
Медь
Медь обладает редким свойством, которого нет у других металлов. Она не реагирует на электромагнитные бури, которые вызывают скачки давления. Это свойство легло в основу создания лечебных медных браслетов, которые часто носят люди с гипертонией.
Конечно же, много меди и в различных деталях окружающей нас техники. К примеру, в холодильниках, электродвигателях, газовых плитах содержится примерно по 1 кг меди.
Медь также входит в состав катализаторов окислительных процессов в человеческом организме. Известно более 50 белков и ферментов с содержанием меди. При этом медь и железо в живых организмах тесно связаны. Медь ускоряет окислительные реакции клеток, способствует образованию гемоглобина, накоплению железа впрок.
Чтобы получить достаточное организму количество меди, человеку нужно правильно питаться. К примеру, медь содержится в морепродуктах, в печени палтуса и трески, в гречневой и овсяной каше, в ржаном и пшеничном хлебе и т. д.
Алюминий
Металлы и окружающая среда
Загрязнение металлами особенно возросло с всеобщей индустриализацией и глобализацией.
Из токсинов, попадающих в организм человека, 70% поступает из пищи, 20% — из воздуха, 10% — из воды. Токсины в виде металлов, не нужных организму в своем основном состоянии, как правило, попадают из воздуха в виде мельчайших частичек, образующихся при сгорании угля, нефти, торфа и другого горючего, а также в результате выбросов отдельных производств.
Кроме того, одним из основных источников токсичных загрязнений также является автотранспорт. Автомобили выбрасывают в атмосферу соли свинца, серу, углерод. От отравления свинцом у человека может даже начаться депрессия.
Таким образом, металлы в жизни людей сегодня могут играть различные роли: от важных составляющих конструкций и жизненно необходимой человеку техники до незаметных частиц в рассеянном состоянии, от микроэлементов человеческого организма до токсичных веществ, вызывающих аллергию и болезни. И если в промышленности управление металлами лежит на плечах металлургов, то в природе и живых организмах движение металлов регулируется законами биологии. Возможно, когда речь пойдет об освоении космоса и других планет с другими формами жизни, работа с металлами приобретет какие-то иные, новые образы и смыслы.
О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.
Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.
Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.
В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.
Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.
- механически прочнее и твёрже,
- со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
- устойчивее к коррозии,
- устойчивее к высоким температурам,
- практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.
Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) % ). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.
Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.
Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.
Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.
Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.
Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.
Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).
Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.
Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.
Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.
Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.
Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.
Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.
Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.
Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.
Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.
 |  |
| Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления | Рис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации |
Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.
Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.
Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.
Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.
Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.
Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.
Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.
Научные доклады
Какая роль металлов в жизни человека и природе, Вы узнаете из этой статьи.
Значение металлов в жизни человека и природе
В современном мире роль металлов просто огромна: металлические изделия окружают нас везде. Даже находясь в своей комнате, Вы наверняка обнаружите хотя бы одно изделие из этого материала.
Значение металлов в жизни человека
Еще в Средневековье алхимики утверждали, что поведение и характер человека зависят от того, какое количество металлов содержится в организме. Если в нем преобладает много свинца, то человек угрюмый и предпочитает темные тона в одежде. Если много железа, то он агрессивный и раздражается от красного цвета. А вот если в организме много меди, то человек дружелюбный и мягкий. Доля правды в этом конечно есть: в организме живых существ металлы оказывают влияние на все процессы жизнедеятельности. Например, открытие наличия железа в крови животных в XIX веке потрясло мир. Атомы железа являются составляющей частью гемоглобина, который занимается переносом кислорода, необходимого для протекания окислительно—восстановительных процессов в организме. Железо придает гемоглобину красный цвет, поэтому кровь животных и человека также красного цвета. Данный элемент в организм поступает вместе с продуктами питания – печенью, яблоками, творогами, сливами, дынями, тыквой, помидорами и абрикосами.
Также для организма полезны такие ферменты как марганец, цинк и медь. Недостаточное количество металлов вызывает серьезные последствия. Недостаток кальция приводит к замедлению роста скелета и возникновению кариеса. А вот нехватка магния приводит к судорогам мышц. Для пополнения запасов металлов, например, ставят автоматы с минеральной газированной водой, которая богата на микроэлементы.
Что уж говорить о важности металлургии. Нас просто окружают металлические изделия, которые делают нашу жизнь проще и комфортнее. Металлы широко используются практически во всех сферах промышленности. В природе в свободном состоянии встречаются неактивные металлы – платина, золото, медь и серебро. Чтобы добыть данные металлы, необходимо отделить их от примесей механическим путем. Те минеральные природные соединения, которые добываются в производственных условиях, называются рудами.
Значение металлов в природе
Атомы металла в организме животных играют схожую роль, что и в организме животных: атом металла находится в центре всех сложных соединений, которые связывают кислород. От количества металлов в почве зависит ее плодородие и богатство на органические соединения.
Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, какая роль металлов в природе и жизни человека.
Широко применяются сплавы на основе меди – латуни и бронзы. Латунь содержит до 45% цинка (простая латунь). Специальные латуни кроме меди и цинка содержат железо, алюминий, олово, кремний. Из нее изготавливают трубы для конденсаторов и радиаторов, детали механизмов, в судостроении благодаря высокой коррозионной стойкости. Латунь с высоким содержанием меди за своего сходства к золоту используют для ювелирных и декоративных изделий.
Бронза – это сплавы меди с другими веществами: Cu-Sn, Cu-Al (5-10%), Cu-Pb (33%), Cu-Si (4%) используют для изготовления деталей машин, посуды. Для изготовления электронагревательных приборов используют сплав нихром (Ni (67%), Cr (15%), Fe (16%), Mn (1,5%)).
Самолето-, ракето, авто-, судостроение.
Изготовление быстрорежущих инструментов, конструкционные материалы устойчивы к агрессивным средам, ферромагнитные изделия.
Изготовление дробильных установок, железнодорожных рельсов, автомобильных осей.
Изготовление монет, предметов домашнего обихода, золочение, производство зеркал, ювелирные изделия, зубные протезы.
Изготовление трансформаторов, химической аппаратуры, лабораторной посуды, декоративно-прикладные изделия, скульптуре.
Читайте также: