Kovine: lastnosti, primeri, zlitine in uvod v metalurgijo
Nekateri kemijski elementi se imenujejo kovine. To je velika večina elementov v periodnem sistemu. Kovine imajo značilne fizikalne in kemične lastnosti, zaradi katerih so široko uporabljene v tehnologiji, gradbeništvu, elektroniki, transportu in umetnosti.
Lastnosti kovin
- Prevodnost elektrike in toplote: Kovine dobro prevajajo električni tok in toploto zaradi premikanja svobodnih elektronov v kovinski mreži.
- Obdelovalnost: Večina kovin je duktilna (jih je mogoče vleči v žice) in duktilno-plastična (jih je mogoče kovati, valjati ali preoblikovati brez loma). To omogoča širok spekter oblikovanja in proizvodnih postopkov.
- Blesk in videz: Kovinski sijaj je posledica odboja svetlobe od svobodnih elektronov na površini. Površino kovin je mogoče polirati, da postane zelo sijoča.
- Visoka tališča in gostota: Številne kovine imajo visoka tališča in so običajno gostejše od nekovinskih snovi, kar vpliva na njihovo uporabo pri obremenitvah in pri visokih temperaturah.
- Mehanske lastnosti: Trdota, natezna trdnost in žilavost se med kovinami močno razlikujejo in jih je mogoče prilagajati z legiranjem in toplotnimi obdelavami.
Stanje pri sobni temperaturi in zlitine
Večina kovin je pri sobni temperaturi trdna; izjema je Živo srebro, ki je pri sobni temperaturi tekoče. Kovine se pogosto uporabljajo v obliki zlitin — to so homogene mešanice, v katerih je vsaj eden od sestavnih delov kovina. Zlitine pogosto združujejo boljše lastnosti različnih elementov (npr. večja trdnost, odpornost proti koroziji ali nižja masa).
Klasifikacija in primeri kovin
Kovine lahko delimo na več načinov: na feritne (vsebujejo železo) in neferitne (brez železa), na alkalijske in zemnoalkalijske kovine, prehodne kovine (d-blok), ter na plemenite in reaktivne kovine.
Primeri pogosto uporabljenih kovin: aluminij, baker, železo, kositer, zlato, svinec, srebro, titan, uran in cink. Znane zlitine so na primer bron (zlitina bakra in kositra) in jeklo (zlitina železa z ogljikom in drugimi dodatki).
Metalurgija: pridobivanje in obdelava
Študij kovin se imenuje metalurgija. Metalurgija zajema vse faze od pridobivanja rud (rudarstvo), separacije in taljenja (peči, topilni postopki), kemične obdelave (redukcija, rafinacija), do oblikovanja in toplotnih obdelav (kovanje, valjanje, litje, kaljenje, popuščanje).
Glavni postopki pridobivanja kovin so:
- Rudarjenje in predelava rude (priprava koncentrata).
- Tališče in redukcija (npr. v visokih pečeh za železo ali z elektrolizo pri aluminiju).
- Rafinacija in legiranje (odstranjevanje nečistoč in dodajanje elementov za izboljšanje lastnosti).
- Oblikovanje in obdelava (litje, ekstrudiranje, valjanje, varjenje, površinska zaščita).
Korozija, varnost in recikliranje
Kovine so dovzetne za korozijo (kemijsko ali elektrokemično razpadanje), zlasti v prisotnosti vlage, kisika in soli. Za zaščito se uporabljajo premazi, galvanizacija (npr. prevleka z cinkom), anodni zaviralci ali uporaba nerjavečih zlitin.
Nekatere kovine so toksične (npr. svinec, določene spojine urana ali težke kovine) in zahtevajo varno ravnanje, shranjevanje in predelavo. Higienski ukrepi, prezračevanje in nadzor izpostavljenosti so pomembni v industriji.
Recikliranje kovin je energetsko in okoljsko smotrno, saj pri reciklaži pogosto porabimo bistveno manj energije kot pri pridobivanju iz rude. Pogosto recikliramo železo in jeklo, aluminij, baker, svinec in druge kovine.
Uporaba kovin
Kovine so ključne v gradbeništvu (nosilne konstrukcije, armature), transportu (karoserije, letalske strukture), energetiki (kabelska omrežja, generatorji), elektroniki (vodila, stiki), medicini (implantati iz titana, zobne zlitine) in za kovinske umetnine. Njihova vsestranskost izhaja iz kombinacije mehanskih lastnosti, prevodnosti in obdelovalnosti.
Skupaj kovine predstavljajo temelj sodobne industrije in tehnologije; razumevanje njihovih lastnosti, prednosti in omejitev je osrednje za razvoj novih materialov in trajnostnih rešitev.
Kako so si kovine podobne (lastnosti kovin)
Večina kovin je trdih, svetlečih, težkih in se talijo le pri zelo visokih temperaturah. Koščki kovine se ob udarcu z nečim težkim slišijo kot zvon (so zvočni). Toplota in elektrika zlahka prehajata skozi kovino (je prevodna). Kos kovine se lahko zbija v tanko pločevino (je plastična) ali vleče v tanke žice (je duktilna). Kovine je težko raztrgati (ima visoko natezno trdnost) ali razbiti (ima visoko tlačno trdnost). Če pritisnete na dolg, tanek kos kovine, se bo upognil, ne pa zlomil (je elastičen). Kovine, razen cezija, bakra in zlata, imajo nevtralno, srebrno barvo.
Teh lastnosti nimajo vse kovine. Živo srebro je na primer pri sobni temperaturi tekoče, svinec je zelo mehak, toplota in elektrika pa skozi železo ne prehajata tako dobro kot skozi baker.
Uporaba kovin
Kovine so za ljudi zelo uporabne. Uporabljajo se za izdelavo orodij, saj so močne in jih je enostavno oblikovati. Železo in jeklo se uporabljata za izdelavo mostov, stavb ali ladij.
Nekatere kovine se uporabljajo za izdelavo predmetov, kot so kovanci, ker so trde in se ne obrabijo hitro. Na primer baker (ki je svetleč in rdeče barve), aluminij (ki je svetleč in bel), zlato (ki je rumeno in svetleče) ter srebro in nikelj (prav tako bela in svetleča).
Nekatere kovine, kot je jeklo, lahko postanejo ostre in ostanejo ostre, zato jih lahko uporabimo za izdelavo nožev, sekir ali britvic.
Redke kovine z visoko vrednostjo, kot so zlato, srebro in platina, se pogosto uporabljajo za izdelavo nakita. Kovine se uporabljajo tudi za izdelavo pritrdilnih elementov in vijakov. Lonci za kuhanje so lahko izdelani iz bakra, aluminija, jekla ali železa. Svinec je zelo težak in gost, zato se lahko uporablja kot balast v čolnih, da se ne prevrnejo, ali za zaščito ljudi pred ionizirajočim sevanjem.


Most v Rusiji, narejen iz kovine, verjetno železa ali jekla.
Zlitine kovin
Veliko stvari, ki so narejene iz kovin, je dejansko lahko narejenih iz mešanic vsaj ene kovine z drugimi kovinami ali nekovinami. Te mešanice imenujemo zlitine. Nekatere pogoste zlitine so:
- Jeklo (železo in ogljik) (ogljik ni kovina)
- Medenina (baker in cink)
- Bronast (baker in kositer)
- Duralumin (aluminij in baker)
- Gunmetal (baker, kositer in cink)
Ljudje so prvič začeli izdelovati stvari iz kovin pred več kot 9000 leti, ko so odkrili, kako pridobiti baker iz []rude. Nato so se naučili izdelati tršo zlitino, bron, tako da so bakru dodali kositer. Pred približno 3000 leti so odkrili železo. Z dodajanjem majhnih količin ogljika železu so ugotovili, da lahko naredijo posebno uporabno zlitino - jeklo.
Kovine v kemiji
V kemiji je kovina izraz za skupino kemijskih elementov, ki imajo določene lastnosti. Atomi kovine zlahka izgubijo elektron in postanejo pozitivni ioni ali kationi. Na ta način kovine niso podobne drugim dvema vrstama elementov - nekovinam in metaloidom. Večina elementov v periodnem sistemu je kovin.
Na periodnem sistemu lahko potegnemo cikcak črto od elementa bora (simbol B) do elementa polonija (simbol Po). Elementi, skozi katere poteka ta črta, so kovinoidi. Elementi, ki so nad in desno od te črte, so nekovine. Preostali elementi so kovine.
Večina lastnosti kovin je posledica dejstva, da atomi v kovini ne zadržujejo svojih elektronov zelo trdno. Vsak atom je od drugih ločen s tanko plastjo valenčnih elektronov.
Vendar so nekatere kovine drugačne. Tak primer je kovinski natrij. Je mehka, topi se pri nizki temperaturi in je tako lahka, da plava na vodi. Vendar tega ne bi smeli poskušati, saj je druga lastnost natrija ta, da eksplodira, ko se dotakne vode.
Večina kovin je kemijsko stabilna in ne reagira zlahka, vendar nekatere reagirajo. Reaktivne so alkalne kovine, kot je natrij (simbol Na), in kovine z alkalnimi zemljinami, kot je kalcij (simbol Ca). Ko kovine reagirajo, pogosto reagirajo s kisikom. Kovinski oksidi so bazični. Oksidi nekovin so kisli.
Spojine, v katerih so kovinski atomi združeni z drugimi atomi v molekule, so verjetno najpogostejše snovi na Zemlji. Navadna sol je na primer spojina natrija.
Kovine v zgodovini
Uporaba kovin naj bi bila tista, po kateri se ljudje razlikujejo od živali. Pred uporabo kovin so ljudje izdelovali orodja iz kamnov, lesa in živalskih kosti. To danes imenujemo kamena doba.
Nihče ne ve, kdaj je bila najdena in uporabljena prva kovina. Verjetno je bil to tako imenovani avtohtoni baker, ki ga včasih najdemo v velikih kosih na tleh. Ljudje so se iz njega naučili izdelovati bakreno orodje in druge stvari, čeprav je za kovino precej mehak. Za pridobivanje bakra iz običajnih rud so se naučili taljenja. Ko so baker stalili na ognju, so se naučili izdelati zlitino, imenovano bron, ki je veliko trša in močnejša od bakra. Iz brona so izdelovali nože in orožje. To obdobje v zgodovini človeštva po letu 3300 pred našim štetjem pogosto imenujemo bronasta doba, tj. čas bronastih orodij in orožja.
Okoli leta 1200 pred našim štetjem so se nekateri ljudje naučili izdelovati železno orodje in orožje. Ta so bila še trša in močnejša od brona, kar je bila prednost v vojni. Čas železnega orodja in orožja danes imenujemo železna doba . Kovine so bile v zgodovini človeštva in civilizaciji zelo pomembne. Železo in jeklo sta bila pomembna pri izdelavi strojev. Zlato in srebro sta se uporabljala kot denar, da so ljudje lahko trgovali, tj. izmenjevali blago in storitve na dolge razdalje.


Kocka čistega bakra, najdena kot avtohtoni baker
Kovine v astronomiji
V astronomiji je kovina vsak element, ki ni vodik ali helij. Ta dva elementa (in včasih litij) sta namreč edina, ki nastaneta zunaj zvezd. Na nebu lahko s spektrometrom opazimo znake kovin in astronomu pokažemo, katere kovine so v zvezdi.
Sorodne strani
· v · t · e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Vprašanja in odgovori
V: Katere so nekatere lastnosti elementov, ki jih uvrščamo med kovine?
O: Značilnosti elementov, ki jih uvrščamo med kovine, so sposobnost prevajanja elektrike in toplote, enostavnost oblikovanja, bleščeč videz, visoko tališče in moškost.
V: Koliko elementov v periodnem sistemu je uvrščenih med kovine?
O: Večina elementov v periodnem sistemu je uvrščena med kovine.
V: Ali so vse kovine pri sobni temperaturi trdne?
O: Ne, vse kovine niso trdne pri sobni temperaturi. Živo srebro je na primer tekočina.
V: Kaj so zlitine?
O: Zlitine so zmesi, v katerih je vsaj en del zmesi kovina.
V: Ali lahko navedeš nekaj primerov kovin?
O: Nekateri primeri kovin so aluminij, baker, železo, kositer, zlato, svinec, srebro, titan, uran in cink.
V: Kaj je metalurgija?
O: Metalurgija je študij kovin.
V: Katere so nekatere znane zlitine?
O: Nekatere znane zlitine vključujejo bron in jeklo.