Металлы в свободном виде
Обновлено: 17.05.2024
Благородные метаЛЛы встречаются в природе почти всегда в свободном (самородном) с состоянии. Некоторое исключение составляет серебро, которое находится в природе и в виде самородков, и в виде соединений.
Прочие металлы не инертны, следовательно, в свободном виде не встречаются
- Могут ли металлы находиться в природе в свободном (или самородном) состоянии? Если могут, то, какие это металлы?
Ответ очевиден, это металлы низкой химической активности. Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в виде сложного вещества.
Металлы в природе встречаются в трёх формах: 1) в свободном виде встречаются золото и платина; золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы? самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота в сто килограммов весом. Через три года обнаружили там же еще большую глыбу весом около двухсот пятидесяти килограммов. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около тридцати шести килограммов. В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Этот металл казался таким же тяжелым, как и золото, и его нельзя было отделить от золота промывкою. Хотя он и напоминал серебро (по-испански? plata), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью или преднамеренной подделкой драгоценного золота. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку. Месторождения платины находятся и на Урале. Оно представляет собой массив дунита (изверженная горная порода, состоящая из силикатов железа и магния с примесью железняка) . В нем содержатся включения самородной платины в виде зерен. 2) в самородном виде и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и олово; 3) все металлы, которые в ряду напряжений находятся до олова, встречаются только в виде соединений.
Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот: хлоридов? сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;
нитратов – чилийская селитра NaNO3;
сульфатов – глауберова соль Na2SO4? 10 H2O, гипс CaSO4 • 2Н2О;
карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит MgCO3, доломит CaCO3 • MgCO3;
сульфидов? серный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
фосфатов – фосфориты, апатиты Ca 3(PO4)2 ;
оксидов – магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк, содержащий различные гидроксиды железа (III) Fe2O3 • Н2О.
Ещё в середине II тысячелетия до н. э. в Египте было освоено получение железа из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.
Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.
Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.
Металлы в природе. Способы получения металлов
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Металлы в природе. Способы получения металлов"
С металлами в свободном состоянии человек знаком с самой глубокой древности. Изначально человеку было известно только 7 металлов, так называемы «металлы древности».
За последние 250 лет открыто и получено в свободном виде 86 новых металлов.
Использовать металлы в свободном виде человек начал в древние века. Первыми металлами из них были золото, серебро, медь. Освоение выплавки железа в больших масштабах сделало огромный переворот в промышленности.
В природе металлы встречаются как в виде простых веществ (в свободном виде), а также в виде соединений. Малоактивные металлы: медь, золото, серебро, платина, палладий и др. в природе могут находиться как в свободном виде, так и в составе соединений. Активные металлы: натрий, калий, кальций, алюминий, магний и др. встречаются в природе только в виде соединений: оксидов, сульфидов, карбонатов и т.д.
Если металл в природных условиях находится в свободном состоянии, то для получения чистого металла нужно только избавиться от соответствующих смесей. Получение металлов из соединений – это задача металлургии.
Большинство металлов находится в природных условиях в виде соединений – руд. Руда – это природное минеральное образование, в котором атомы химических элементов находятся в окисленном состоянии. Для получения металла для этого необходимо провести процесс восстановления:
Для данного процесса используют восстановители, такие как, водород, более активные металлы, углерод (в виде кокса), оксид углерода (II), постоянный электрический ток.
Технологические процессы, лежащие в основе промышленных способов получения металлов из руд, можно разделить на пирометаллургические, гидрометаллургические, электрометаллургические.
Пирометаллургические способы получения металлов основаны на использовании различных восстановителей для получения металлов путем восстановления из руд при высокой температуре.
В гидрометаллургических методах процесс восстановления протекает в водном растворе.
В электрометаллургических процессах восстановителем является постоянный электрический ток.
Водород как восстановитель может использоваться для получения металлов со средней и малой химической активностью: например, меди, вольфрама, молибдена. В данном случае водород восстанавливает металл из его оксида при высокой температуре.
Восстановить металлы из их оксидов можно с помощью более активного металла, поэтому процесс восстановление металлами называется металлотермией. Если в роли восстановителя металла выступает алюминий, то данный процесс называется алюмотермией.
Так, алюминий используется для получения кальция из его оксида, а металлический кальций используют для получения цезия.
Ca + 2СsСl = CaCl2 + 2Cs
Углерод и оксид углерода (II) являются сильными восстановителями.
CuO + CO = Cu + CO2↑
Свободный углерод (в виде кокса) и оксид углерода (II) служат восстановителями при производстве железа в доменном процессе. В общем виде:
Постоянный электрический ток является самым сильным восстановителем. С помощью электрического тока получают многие активные металлы: натрий, калий, кальций и др. При этом процесс идёт не в водном растворе, а в расплаве при повышенной температуре.
Алюминий в промышленных масштабах получают путём электролиза раствора оксида алюминия в расплавленном криолите (Na3AlF6).
Таким образом, большинство металлов в природе находятся только в виде соединений, в самородном состоянии встречаются золото, медь, палладий и др. Получение металлов из соединений – это задача металлургии. В зависимости от способа получения металлов различают следующие методы: пирометаллургия, электрометаллургия и гидрометаллургия. В пирометаллургическом методе использую восстановители: водород, углерод, оксид углерода (II), более активные металлы.
Какие металлы встречаются в природе в самородном состоянии?
Какие химические элементы встречаются в самородном состоянии?
Металлы в чистом виде, то есть в самородном состоянии, в виде самородков, встречаются в природе достаточно редко, хотя с такими металлами человечество познакомилось уже очень давно, когда первобытные люди обнаружили самородки золота или меди. Именно химически инертные металлы чаще всего и встречаются в природе в виде самородков. Это благородные металлы, к которым помимо золота относится платина, иридий, осмий, палладий, рутений и родий. Это серебро и медь. Чистое железо также может встретится в природе, хотя в основном это метеоритное железо. Известны случаи нахождения самородков алюминия, цинка, свинца, олова, хрома, кадмия и даже ртути. Находили даже самородные сплавы - чугун, латунь.
Металлов в природе насчитывается более 90. 60 из них встречаются в природе в виде соединений или в свободном состоянии в виде самородков.
Имеются металлы, которые
- встречаются только в свободном виде (такие как золото и платина, так как они очень химически инертны и взаимодействуют с другими элементами при жестких условиях).
- встречаются в природе только в виде соединений с другими химическими элементами, потому что они очень активны и не могут существовать в свободном состоянии (такие как натрий и калий или кальций)
- встречаются и в виде соединений и с свободном состоянии, например никель, олово, свинец.
Металлы в природе
По поводу металлов которые встречаются в самородном состоянии хочу заметить, что речь идет о металлах которые можно назвать химически чистыми, а не в в виде химических соединений. Я не стал приводить все металлы, так как их достаточно много. Но хочу отметить, что если вы посмотрите таблицу Менделеева, то там перечислены эти металлы, прежде всего это инертные металлы, например редкоземельные металлы - неодим и его аналоги находящиеся рядом с ним , например празеодим, металлы платиновой подгруппы. А из тех которые многим известны это палладий и никель.
Самородные элементы - это элементы, которые встречаются в природе в виде простого вещества, молекулы которого построены только из одного элемента. Самородные элементы образовались в природе в результате геологических или космических процессов. Всего насчитывается около 45 самородных элементов, в том числе газы и металлы.
Самородные металлы - это металлы, которые встречаются в природе в виде простого вещества (в виде песка или в виде мелких и крупных самородков), а не только в виде соединений с другими элементами.
К самородным металлам относятся благородные металлы: золото Au, платина Pt, осмий Os, иридий Ir. К самородным элементам или самородным металлам относится медь Cu, она часто встречается в природе в самородках. Свинец Pb, олово Sn, ртуть Hg, алюминий Al, встречаются в самородках гораздо реже. Встречается и железо Fe в метеоритах.
Получение металлов. Нахождение их в природе
Этот видеофрагмент даёт возможность учащимся вместе с путешественником побывать в местах, где были найдены самые большие самородки металлов, он расскажет о распространённости металлов в земной коре, о некоторых исторических фактах, касающихся металлов, а также о рудах и минералах. Вместе с ним ребята побывают на дне водоёма и увидят отложения металлов, смогут представить себя в роли геолога и сравнить такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк. Путешественник расскажет им об основных методах получения металлов и затронет некоторые вопросы охраны окружающей среды, связанные с получением металлов.
Конспект урока "Получение металлов. Нахождение их в природе"
Получение металлов. Нахождение их в природе
Ребята, сегодня мы побываем с вами в местах, где получают металлы, а также узнаем, где же встречаются металлы.
Ну что ж, начинаем путешествие. Металлы встречаются в природе в свободном состоянии, их называют самородными металлами, так и в виде соединений.
В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь, платина и ртуть. Эти металлы обычно содержатся в небольших количествах в виде зёрен или вкраплений в горных породах. Изредка встречаются и довольно крупные куски металлов – самородки. Одним из самых больших месторождений чистого серебра был так называемый «серебряный тротуар» в Канаде. Он представлял собой глыбу почти чистого серебра длиной тридцать м, уходящую в землю на восемнадцать м. Выработка этого месторождения дала около двадцать т металла. А один из крупнейших самородков серебра весил почти сто девять кг. Самый крупный самородок меди весил четыреста двадцать т, а золота – сто двенадцать кг.
А вот распространённость химических элементов металлов в земной коре различна. К наиболее распространённым металлам относятся алюминий (7,45%), железо (4,20%), кальций (3,25%), натрий (2,40%), калий (2,35%) и магний (2,35%). Содержание других металлов в земной коре может составлять тысячные доли процента и ниже.
Некоторые историки считают, что упадок Римской империи был обусловлен массовым отравлением свинцом. Известно, что водопроводы Древнего Рима были из свинца. В свинцовых чанах хранили воду и вино. Попадая в человеческий организм, свинец вызывает поражение центральной нервной системы, приводит к изменению состава крови.
Многие металлы являются элементами, необходимыми для функционирования живых организмов. На долю ионов Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ в организме человека приходится 99% всех ионов металлов.
К биологически наиболее значимым металлам относятся: K, Na, Mg, Ca, Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Mo.
В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: таких, как оксиды, силикаты, карбонаты, сульфиды и хлориды. Эти соединения входят в состав руд и минералов.
Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы. А минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав. Давайте с вами посмотрим названия и химический состав некоторых минералов.
Химический состав
Красный железняк (гематит)
Магнитный железняк (магнетит)
Железный колчедан (пирит)
Медный колчедан (халькопирит)
Свинцовый блеск (галенит)
К наиболее известным минералам относится пирит, или железный колчедан (FeS2), киноварь (HgS), малахит ((CuOH)2CO3). Пирит и киноварь используют в промышленности для получения соответствующих металлов, то есть железа и ртути, а малахит, как поделочный камень.
А теперь представьте, что на дне водоёмов тоже есть соединения металлов, эти отложения – конкреции – представляют собой грозди, клубни или лепёшки, густо усеивающие дно. Плоские озёрные и болотные конкреции величиной с мелкую монету были известны ещё в средние века, поэтому их и называли «копеечной рудой». В настоящее время железомарганцевые конкреции, покрывающие огромные площади на дне океанов, называют полезными ископаемыми XXI века. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.
Представьте себя геологом или минералогом, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк.
Цвет красного железняка коричнево-красный, сам он прочный, плотный, если провести образцом руды по поверхности фарфоровой ступки, то он оставляет красно-коричневый след, не притягивается магнитом.
Бурый железяк имеет жёлто-коричневую окраску, сам прочный и плотный, не притягивается магнитом, оставляет на фарфоровой ступки жёлто-бурую полосу.
Магнитный железняк чёрного цвета, сам прочный и плотный, притягивается магнитом, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.
Здорово, получается, что минералы отличаются между собой окраской, магнитными свойствами, цветом черты и некоторыми другими показателями.
В современной технике широко используют более 75 металлов и многочисленные сплавы на их основе. Поэтому большое значение придаётся промышленным способам получения металлов из руд. Обычно перед получением металлов из руды её измельчают, потом предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси. В результате образуется концентрат, служащий сырьём для металлургического производства. Затем обогащённую руду превращают в оксид и только после этого восстанавливают металл.
Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов. В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металлургических производств.
Представьте, что из одной т медной руды можно получить шестнадцать кг концентрата и только четыре кг чистой меди.
Такая отрасль металлургии, как пирометаллургия занимается переработкой руд, она основана на химических реакциях, при чём они проходят при высоких температурах, ведь от греч. пирос, означает огонь.
Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку.
При обжиге сульфиды переводят в оксиды, а сера удаляется в виде оксида серы (IV). А затем из оксида восстанавливают металл. Полученный металл или сплав подвергают механической обработке, придают ему соответствующую форму. В процессе выделения металлов (плавке) из оксидов в качестве восстановителей используют углерод, оксид углерода (II), водород, кремний или более активные металлы.
Например, ещё древние металлурги для получения железа из его руд использовали в качестве восстановителя углерод. Но этот способ неудобен тем, что реакция между твёрдыми веществами идёт только в местах их соприкосновения.
В промышленных масштабах для получения железа, цинка и других цветных металлов из оксидов используют в качестве восстановителя оксид углерода (II).
Сейчас мы посмотрим, как получают чугун и сталь. Восстановление железа проводят в специальных вертикальных печах, называемых доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объёмом до 5000 м 3 . Они имеют стальной корпус, а изнутри выложены огнеупорным кирпичом. По характеру своей работы доменная печь – аппарат непрерывного действия. Сверху в печь подаётся твёрдое сырьё – шихта, представляющая собой смесь железной руды, кокса (переработанного угля), известняка и других добавок, а снизу вдувается подогретый или обогащённый кислородом воздух. В нижней части печи кокс сгорает в горячем воздухе, образуя углекислый газ.
Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса
с образованием оксида углерода (II).
В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.
В доменном процессе получается железо с относительно большим (более 2%) содержанием углерода – чугун.
Чугун превращают в сталь, удаляя избыточный углерод путём окисления кислородом воздуха в специальных установках – мартеновский печах, конвертерах или электропечах.
Для получения некоторых металлов в качестве восстановителя используют водород.
В роли восстановителей можно также использовать более активные металлы, способные вытеснять другие металлы из их оксидов и солей. Этот способ получения металлов называется металлотермией. Если используют алюминий, то говорят об алюминотермии:
Восстановление железа методом алюминотермии до сих пор применяется при сварке рельсов.
Этот метод получения металлов был предложен русским учёным
Н.Н. Бекетовым.
Гидрометаллургия – это методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворе. Гидрометаллургические процессы включают стадию перевода нерастворимых соединений металлов из руд в растворы, с последующим восстановительным выделением металлов из полученных растворов с помощью других металлов или электрического тока.
Электрометаллургия – методы получения металлов, основанные на электролизе, т.е. выделение металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью постоянного электрического тока. Этот метод применяют для получения активных металлов – щелочных и щелочноземельных, алюминия, также для получения легированных сталей. С помощью этого метода, английский химик Г. Дэви впервые получил калий, натрий, барий и кальций.
Большое значение имеет микробиологический метод получения металлов. В этом методе используется жизнедеятельность некоторых бактерий. Так, тионовые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. Бактериальный метод применяют для извлечения меди из её сульфидных руд. А затем полученный раствор сульфата меди (II) подаётся на гидрометаллургическую переработку. Кроме этого, учёные обнаружили, что некоторые микроводоросли и бактерии накапливают на своей поверхности отдельные металлы (например, золото) или их оксиды. Микроорганизм постепенно обрастает «шубой» из минеральных частиц, увеличивается в размерах в десятки раз, что позволяет легко выделить частицы из раствора.
При промышленном производстве металлов большое значение имеют вопросы охраны окружающей среды от загрязнений отходами производства. Охрана окружающей среды предусматривает, прежде всего, дезактивацию выбросов, например отходящих газов при выплавке чугуна. Здесь главную опасность представляет образующийся при переработке сернистых руд оксид серы (IV), который, попадая в атмосферу, может вызывать «кислотные дожди». Наряду с комплексным использованием сырья, строительством очистных сооружений, устройством замкнутых циклов водопользования с целью охраны окружающей среды необходимы вывод промышленных предприятий за городскую черту, создание лесозащитных вокруг городов и промышленных центров.
Таким образом, металлы встречаются в природе в виде соединений или в самородном состоянии. В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: оксидов, силикатов, карбонатов, сульфидов, хлоридов. Эти соединения входят в состав руд и минералов. Для получения металлов из руд руду сначала измельчают, обогащают, переводят в оксид и только после этого восстанавливают металл. В качестве восстановителей используют C, CO, H2, Si или более активные металлы. Металлургия занимается получением металлов и их сплавов из руд. В зависимости от метода получения металла из руды существует несколько видов металлургических производств: пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия.
Читайте также: