Metalların kimyəvi xassələri.
Metallar reduksiyaedci ol-
duqlarından oksidləşdiricilərlə qarşılıqlı təsirdə olurlar. Metalın
bu və ya digər oksidləşdirici ilə qarşılıqlı təsirdə olmaq imkanı
aşağıdakı şərtlə müəyyən olunur:
∆G < 0 və ya E
Ox/Red
>
M
M
z
E
/
+
Burada ∆G - reaksiyanın Hibbis enerjisi dəyişməsi, E
Ox/Red
-
oksidləşdiricinin,
M
M
z
E
/
+
- isə metalın potensialıdır.
Metalların elektrod potensialları əsasında (şək.11.3) aşağı-
dakı nəticələri söyləmək olar. Bütün metallar ftor və xlorla ok-
410
sidləşə bilər. Əksər metallar (Pt və Au-dan başqa) turş mühitdə
brom və oksigenlə təsirdə ola bilər. Neytral mühitdə oksigen
platin qrupu metallarını, qızılı, civəni, gümüşü, misi, reniumu,
sürməni, bismutu oksidləşdirə bilməz. Bu və ya digər elementin
real oksidləşmə imkanı ancaq prosesin termodinamika və kineti-
kası əsasında müəyyən oluna bilər. Bir çox metallar xlorla,
bromla, oksigenlə, hidrogen ionları ilə və digər oksidləşdiri-
cilərlə təsirdə onların səthində müxtəlif tərkibli sıx qoruyucu
örtüklər əmələ gəlir ki, bu da metallrın korroziyaya qarşı da-
vamlı olmasına səbəb olur.
Passivləşməyə yüksək meyl göstərən metallara Be, Al
,
ΙV-
VΙΙΙ qrupun d-elementləri daxildir. Bir çox metallar
(
Pt, Pd, Co,
Ni və s.
)
müxtəlif kimyəvi və elektrokimyəvi reaksiyaları kata-
litikləşdirmə xassəsinə malikdir.
Bir sıra metalların toz və buxarları zəhərlidir. Metalın zəhər-
lilik dərəcəsi onun iş zonasında icazə verilən hədd qatılığı (ĐVQ-
mq/m
3
) ilə müəyyən olunur. Zəhərli metallara (ĐVQ-mq/m
3
), Be
(10
-3
), Hg (10
-3
), Pb (10
-2
), Cd (10
-2
), Ag (10
-2
), Ni (10
-1
), Rh
(10
-1
), Tl (10
-1
), Đn (10
-1
) daxildir.
Şəkil 11.3. Metalların standart elektrod potensiallarının
elementin sira nömrəsindən asılılığı
411
Metalar və onların kationları boş orbitallara malik olduqla-
rından onların əksəriyyəti kompleksəmələgətirici kimi bir çox
komplekslərin tərkibinə daxildirlər. Kompleks əmələgəlməyə ən
çox meyilli olan elementlər VΙΙΙ, Ι və ΙΙ qrupların d-elementlə-
ridir.
Dəmirin, kobaltın, misin, xromun, manqanın, vanadiumun,
sink və molibdenin kompleks birləşmələri fermentlər, qandaşı-
yıcılar və s. daxil olmaqla bioloji sistemlərin tərkibinə daxil-
dirlər. Məsələn, hemoqlobin dəmirin kompleks birləşməsidir.
11.3. METALLARIN ALINMASI
Metalların təbiətdə yayılması
. Təbiətdə ən çox yayılmış
metallara Al, Fe, Ca, Na, K, Mg və Ti daxildir. Bu elementlərin
yer qabığında (16 km dərinliyə qədər) yayılması aşağıdakı kimi-
dir:
Element............... Al Fe Ca Na K Mq Ti
Kütlə payı,
% .......... ............. 8,8 4,65 3,6 2,64 2,5 2,1 0, 57
Mol payı,
%.......................... 6,6 1,8 2,0 2,4 1,4 2,0 0,22
Metallar yer qabığında səpələnmiş və yataqları şəklində
paylanmışdır. Çox az sayda metallara sərbəst səkildə rast gəlinir.
Belə metallara platin qrupu metalları, qızıl, gümüş və civə da-
xildir. Qalan metodlar digər elementlərlə birləşmələri (mine-
ralları) şəklində yayilmışdır. Metallar ən çox silikatları
(K
3
AlSı
3
O
8
, KAl
2
(Sı
3
O
10
)(OH)
2
, Mq
3
H
2
SıO
10
, Be
3
Al
2
(SiO
3
)
6
və s.),
oksidləri
(Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, SnO
2
, TiO
2
, MoO
3
, CuO və s.),
sulfidləri
(PbS, ZnS, HgS, FeS
2
, CuS, MoS
2
və s.),
karbonatları
(CaCO
3
,
MgCO
3
, FeCO
3
, CaCO
3
, MgCO
3
və s.), halogenidləri (CaF
2
, NaCl,
MgCl
2
, və s.),
sulfatları
(CaSO
4
, BaSO
4
, MgSO
4
və s.),
fosfatları
(CaAl
6
(PO
4
)
4
(OH)
2
.
4H
2
O, Ca
3
(PO
4
)
2
və s.) şəklində tapılırlar.
412
Metalların istehsalı və təbii ehtiyatları
. Metalların illik
istehsalı ildə təxminən milyard tona yaxındır (cəd.11.2). Cəd-
vəlin analizi göstərir ki, metalların istehsalı ilə onların təbiətdə
yayılması arasında korrelyasiya mövcüd deyildir. Məsələn, yer
qabığında misin və xromun ehtiyatı üç tərtib alüminium ehtiya-
tından az olmasına baxmayaraq bu metalların istehsalı müqa-
yisəli dərəcədədir.
Cədvəl 11.2 Metalların dünya üzrə illik istehsalı və yer qabığında
yayılması
Qeyd etmək lazımdır ki, metalların alınması üçün aşkar-
lanmış təbii ehtiyatlar onların yer qabığındakı ümumi ehtiyatla-
rından xeyli aşağıdır. Məsələn, misin yer qabığında ehtiyatı 10
15
ton hesab edildiyi halda, istehsal oluna bilən ehtiyatı isə göstəri-
lən kəmiyyətdən altı tərtib az olub 1-2 mlrd. ton təşkil edir. Əgər
misin istifadə olunma tempi saxlanılarsa, XXI əsrin əvvəllərində
misin istehsalı 5.10
8
t. təşkil etməlidir. Bu isə iyirmi birinci
yüzillikdə mis ehtiyatlarının tükənməsi deməkdir. Eyni zamanda
Zn, Pb, Mo, Ni, Sn, Aq, Cd, Hg və s. metalların istehsal ehtiyat-
ları da tükənməyə doğru yaxınlaşır.
Odur ki, metalların təbii ehtiyatlarını qoruyub saxlamaq
üçün aşağıdakı tədbirləri həyata keçirmək ən vacib məsələ kimi
qarşıya çıxır:
Metallar
Đstehsalı, ton/il
Yer qabığında yayıl-
ması, kütlə payı (%)
Fe
7.10
8
5,1
Cr, Al, Cu, Mn
~ 10
7
8,3.10
-3
; 8,8; 4,7.10
-3
; 0,1
Ni, Zn, Pb
10
6
-10
7
8,0.10
-3
; 8,3.10
-3
; 1,6.10
-3
Mo, Mg, Sn, Na
10
5
-10
6
1.10
-4
; 2,1; 8.10
-3
; 2,64
W, Co, U, Tl, Sb
10
4
-10
5
1.10
-4
; 4.10
-3
; 2,5.10
-4
; 0,57;
5.10
-5
V, Nb, Ag, Cd
10
3
-10
4
1,5.10
-2
; 2.10
-3
; 7.10
-4
Au, Bi, Hg, Zr
10
3
-10
4
5.10
-8
; 2.10
-5
; 4,5.10
-6
; 2.10
-2
413
1. Xanmalın işlənməsinin prinsipcə yeni texnologiyasını iş-
ləyib hazırlamaq;
2. Maksimum məhsuldarlığa və minimum metal tutumuna
malik yeni maşınlar, cihazlar, qurğular işləyib hazırlamaq,
metalları polimerlərlə, keramik və kompozit materiallarla əvəz
etmək;
3. Öz dövrünü yaşamış metal qurğuların, maşınların, cihaz-
ların ikincili istifadəsi;
4. Nikeli, misi və kobaltı miqdarı 30 mlrd tonlarla ölçülən
okean sularından, o cümlədən digər yataqlardan alınması.
Metalların alınmasının əsas üsulları.
Metalları almaq
üçün əsas xammal filizləridir. Tərkibində metalların birləşmələri
olan və sənayedə metal almaq üçün əlverişli sayılan minerallar
və dağ süxurları filizlər,
metalların alınması ilə məşğul olan
kimya sənaye sahəsi isə metallurgiya adlanır. Metalı alınma
prosesinə hazırlamaq üçün filiz müəyyən usullarla (flotasiya,
maqnitli seperasiya və s.) boş süxurlardan ayrıldıqdan sonra
qalıq fraksiyalara ayrılır. Axırıncı əməliyyat metalın alınma
prosesindən ibarətdir.
Əksər metallar filizlərdə oksidləşmiş formada olduğundan
metalın alınması onun oksidlərdən, sulu və ərimiş məhlullardan
sərbəst metala qədər reduksiyasına əsaslanır. Reduksiya kimyəvi
və ya elektrokimyəvi üsulla həyata keçirilir.
Kimyəvi üsulda reduksiyaedici olaraq kömürdən (koks),
karbon 2-oksiddən, hidrogendən və ya aktiv metallardan, məsə-
lən, Al, Mg, Ca, Zn, K, Na
-
dan istifadə olunur.
Yüksək temperaturda metalların alınmasının metallurji pro-
sesləri pirometallurji proseslər adlanır. Pirometallurji usulla po-
ladı, çuqunu, Zn, Sn, Pb, Cd, Cr, Ag, Ti, W, Mn, V və s. almaq
mümkündir. Reduksiya prosesi yüksək temperaturda aparıldı-
ğından bu üsullar termiki usullar da adlanır. Məsələn, koksla re-
duksiya koksotermiya, metallarla reduksiya mellotermiya
adlanır.
414
Misallar göstərək:
SnO
2
+ 2C = Sn + 2CO
WO
3
+ 3H
2
= W + 3H
2
O
BeF
2
+ Mg = Be + MgF
2
Filiz sulfid (karbonat) şəklində olduqda onu yandırmaqla
(termiki parçalayaraq) oksid halına gətirib reduksiya edirlər:
2ZnS + 3O
2
= 2ZnO + 2SO
2
ZnCO
3
= ZnO + CO
2
ZnO + C = Zn + CO
Metalların elektrokimyəvi
üsulla alınması isə sulu və ya əri-
miş məhlullardan metal ionlarının katod reduksiyasına əsaslanır.
Elektroliz üsulu adlanan bu üsulla Cr, Ag, Cu, Ni, Sn və s. me-
talları almaq olar. Qələvi və qələvi-torpaq metallarının alınma-
sında onların duzlarının, əsasən xloridlərinin ərimiş məhlularının
elektolizindən istifadə olunur.
Metalların sulu məhlullardan reduksiyası hidrometallurji
üsul
adlanır. Məsələn, CuSO
4
məhlulundan misin çökdürülməsi
Cu
2+
–ionlarının sinklə reduksiyasına əsaslanır. Hidrometallurji
üsuldan misin, qızılın, gümüşün və s. alınmasında istifadə olu-
nür. Məsələn:
CuSO
4
+ Fe = FeSO
4
+ Cu
Au + 8KCN + 2H
2
O + O
2
= 4K[Au(CN)
2
] + 4KOH
2K[Au(CN)
2
] + Zn = 2Au + K
2
[Zn(CN)
4
]
t
t
t
t
t
t
415
Gümüs birləşmələrini (Ag
2
S, AgCl) KCN məhlulu ilə işlə-
yib sianid komplesinə gətirdikdən sonra reduksiya edirlər:
2K[Ag(CN)
2
] + Zn = 2Ag + K
2
[Zn(CN)
4
]
Təmiz metalların alınması.
Metalların xassələri onların tə-
biəti ilə yanaşı tərkiblərindəki qarışıqlardan da asılıdır. Məsələn,
tərkibindəki qarışıqlar hesabına kövrəklik xassəsinə malik oldu-
ğundan titan uzun müddət tətbiq sahəsi tapa bilməmişdir. Tita-
nın tərkibindəki qarışıqlardan ayrılması metodları işləndikdən
sonra titan texnikada çox geniş tətbiq sahələrinə malik olmuş-
dur. Misin tərkibində kütlə payı ilə 0,03% As olduqda onun
elektrik keçiriciliyi 14% aşağı düşür. Metalların təmizliyi elek-
tron və hesablama texnikasında və nüvə energetikasında olduqca
böyük rol oynayır. Atom energetikasında tətbiq olunan ma-
teriallarda borun, hafniumun və kadmiumun atom payı ilə miq-
darı 10
-4
- 10
-6
%-dən çox olmamalıdır.
Bu və ya digər məqsədlə tətbiq olunan metalların təmizlik
dərəcəsi müəyyən normalara cavab verməlidir.
Metalları tərkibindəki qarışıqlardan ayırmaq üçün tətbiq olu-
nan metodları kimyəvi və fiziki metodlara ayırmaq olar.
Kimyəvi metodlarla
təmizlənmə bu və ya digər reagentlərin
köməyi ilə əsas metalı və ya qarışıqları çöküntü və ya qaz məh-
sullarına çevirməkdən ibarətdir. Bu zaman metalın reagentlərlə
və istifadə olunan cihazların materialları ilə təsiri nəticəsi olaraq
yüksək təmizlik dərəcəsinə nail olmaq mümkün olmur. Daha
yüksək təmizlik dərəcəsi əldə etmək üçün daşıma (nəqletmə) re-
aksiyalarından istifadə olunur. Bu metodun əsasında müvafiq
reagentin metalla əmələ gətirdiyi qazvari məhsulun digər zonaya
köçürərək (daşıyaraq) onun termiki parçalanması durur.
Məsələn:
M(b) + xI
2
(q) → MI
2x
(q) → M(b) + xI
2
(q); T
1
> T
2
T
1
T
2
416
Fiziki-kimyəvi metodlar elektrokimyəvi, distillə, kristallaş-
ma və s. metodlara ayrılır.
Metalların elektrokomyəvi təmizlənməsində (rafinə edilmə-
sində) istifadə olunan elektroliz qurğusunda təmizlənən metal
anod, təmiz metal isə katod rolunu oynayır. Elektroliz prosesin-
də anod tədricən həll olaraq katodda çökür. Qarışıqlar isə elek-
trolit məhluluna keçir və şlam şəklində çökürlər.
Distilliyasiya metodları
maye (məsələn, civə) və ya ərimiş
məhlulu buxarlandırdıqdan sonra kondensləşdirilməsinə əsas-
lanır. Bu zaman qarışıqların ayrılması metalla onun tərkibindəki
qarışıqların buxarlanma temperaturlarının müxtəlifliyinə əsas-
lanır.
Kristallaşma metodları
metalın bərk və maye halında tər-
kibindəki qarışıqların həll olma qa-
biliyyətlərinin müxtəlif olmasına
əsaslanır. Bu üsula əsaslanan təmiz-
lənmə metodları içərisində ən çox
tətbiq olunanı sahədə (zonada) əri-
mə
metodudur. Bu metodun şxema-
tık təsviri şək.11.4-də verilmişdir.
Metal nümunə xüsusi konstruksiyalı
sobaya yerləşdirilir. Sobanın nümu-
nə boyu yerdəyişməsi ilə əlaqədar
ərimiş nümunədə yer dəyişmiş olur.
Bu zaman nümunənin qızdırılmaya
məruz qalmayan hissəsi kristallaş-
mağa başlayır. Kristallaşma zamanı qarışıqlar ərimiş halda olan
qonşu hissəyə keçir. Nəticədə ərimş halda olan sahə nümunə
boyunca hərəkət etdikcə qarışıqlarda hərəkət edərək sona qalan
nümunədə cəmləşir.
Şəkil 11.4. Zonalı ərimə
üsulu ilə metalın
təmizlənməsi
1. təmızlənən metal;
2. soba;
3. metalın ərimış zonası
417
11. 4 METAL ƏRĐNTĐLƏR VƏ KOMPOZĐTLƏR
Fiziki-kimyəvi analiz.
Fiziki-kimyəvi analizin əsasında
sistemin xassələrinin: kristallaşma temperaturunun, doymuş bu-
xar təzyiqinin, həllolma qabiliyyətinin, elektrik keçiriciliyinin və
s. onun hal parametrlərindən (temeratur, təzyiq və tərkib) ası-
lılığı durur. Bu asılılıq adətən hal diaqramları şəklində verilir.
Səkil 11.5. Təmiz maddənin (1) və iki maddə qarışığının
soyuma diaqramı
Fiziki-kimyəvi analizdən ərintilərin ərimə və kristallaşma
temperaturunun sistemin tərkibindən asılılığının öyrənilməsində
geniş istifadə olunur.
Hal diaqramını qurmaq üçün əvvəlcə soyuma əyriləri quru-
lur. Bunun üçün fərdi maddənin və ya onların qarışığının ərimiş
məhlulunun soyuma prosesində temperaturun zamandan asılı
olaraq dəyişməsinin soyuma diaqramını qururlar (şək.11.5). Fər-
di komponentin ərimiş haldan bərk hala keçməsi (kristallaşması)
müəyyən temperaturda (ərimə temperaturu) baş verir (əyri 1, BC
sahəsi). Qarışığın soyuma əyrisi isə mürəkkəb xarakter daşıyır.
Məsələn, iki komponentli mexaniki qarışıqlarda kristallaşma
temperaturu başlanğıc nöqtədən (əyrı 2,
B′
nöqtəsi-likvidus tem-
peraturu) son nöqtəyə qədər (əyri 2,
C′
nöqtəsi-solidus tempe-
raturu) müntəzəm azalır.
C′
nöqtəsində (əyri 2) maye və bərk
418
fazanın tərkibi eyni olur. Kristallaşma temperaturu başa çatana
qədər temperatur sabit qalır. Kristallaşma qurtardıqdan sonra
sistemin temperaturu yenidən azalmağa başlayır.
Beləliklə, fiziki-kimyəvi analiz metodu iki və çoxkompo-
nentli sistemlərin xassələri ilə hal parametrləri arasındakı asılılı-
ğı öyrənməyə imkan yaradır. Fiziki-kimyəvi analizdən çox kom-
ponentli sistemlərin tərkibinin temperaturdan asılılığının (ter-
miki analiz
) öyrənilməsində geniş istifadə olunur.
Đki və çoxkomponentli sistemlər üçün çox saylı hal di-
aqramlarından istifadə olunur. Bunlar içərisində evtetik qarışıq-
ların, bərk məhlulların və kimyəvi birləşməli sistemlərin hal
diaqramları xüsusi əhəmiyyət kəsb edir.
Metal ərintilər.
Biri metal olmaqla iki və daha çox kom-
ponentlərdən ibarət olan metal xassəli bərk məhlullar metal ərin-
tilər adlanır. Onları komponentlərin ərimiş qarışığını soyutmaq-
la, qaz fazasından birgəçökdürməklə, ərimiş və sulu məhlullar-
dan elektroçökdürməklə, diffuzion doydurma üsulları ilə alirlar.
Ərintilərin xassələri metalların xassələrindən kəskin fərqlənir.
Məsələn, mis və sink ərintisi (latun ) misə nisbətən üç, sinkə nis-
bətən altı dəfə möhkəm ərintidir. Dəmir duru sulfat türşusunda
yaxşı həll olduğu halda, onun xrom və nikellə ərintisi (paslan-
mayan polad) duru sulfat turşusuna qarşı davamlıdır.
Bərk məhlullar (ərintilər) bir fazalı dəyişən tərkibli sistem-
lərdir. Ərintidə müxtəlif element atomları ümumi kristal qəfəs
əmələ gətirirlər. Praktiki olaraq bütün metallar digər metal və
qeyri-metallarla ərintilər əmələ gətirirlər. Ancaq əksər hallarda
digər elementlərin metalda həllolma qabiliyyəti aşağı və bəzi
hallarda nəzərə çatmayacaq dərəcədə kiçik olur. Müyyən metal-
lar isə bir-birində tam qarşılıqlı həllolmaya malikdir. Belə ərinti-
lərə Aq - Au, Ni - Co, Cu - Ni, Mo - W
sistemlərinin əmələ
gətirdikləri ərintləri misal göstərmək olar.
Həll olan element atomları ya kristal qəfəsin qovşaqlarında
ya da onların arasında yerləşə bilər. Birinci tip məhlullar atom-
ların elektron quruluşları və ölçüləri yaxın olduqda əmələ gəlir.
419
Adətən bərk məhlulların möhkəmliyi və bərkliyi onu əmələ
gətirən komponentlərin ayrı-ayrılıqda
möhkəmliyindən yüksək,
istilik və elektirik keçiriciliyindən isə aşağı olur.
Ərimiş halda bir-birində qarşılıqlı həll olan bir çox me-
tallar soyuma zamanı müxtəlif qəfəsli kristallar qarışığı əmələ
gətirir. Belə qarışığın ərimə temperaturu onu əmələ gətirən kom-
ponenetlərin ayrı-ayrılıqda ərimə temperaturundan kiçik olur.
a b
Şəkil 11.6. Cd – Cu (a) və Pb – Sn (b) ərintilərinin hal diaqramları
1.Maye ərinti; 2 və 3-maye məhlulun və komponentlərin kristalları
qarışığı; 4 və 5-komponentlərin iri kristalları qarışığı və evtetika; E-evtetik
nöqtə (maye fazanın tarazlıği və kiçik kristalların evtetik qarışığı); α-qalayın
qurğuşunda bərk məhlulu; b-qurğuşunun qalayda bərk məhlulu.
Minimum ərimə temperaturuna uyğun gələn belə tərkib evtetika
və ya evtetik qarıçıq adlanır. Evtetik ərinti fərdi komponentlərin
çox kiçik kristallarından təşkil olunur. Evtetik qarışığı təbiəti
etibarı ilə bir-birinə yaxın, lakin kristal qəfəs tipinə görə bir-bi-
rindən əsaslı fərqlənən komponentlər əmələ gətirir. Bunlara qur-
ğuşunun qalayla, sürməylə, kadmiumun bismutla, qalayın sinklə
ərintilərini misal göstərə bilərik. Şək.11.6-da kadmiumun bis-
mutla, qurğuşunun qalayla hal diaqramı verilmişdir.
Dostları ilə paylaş: |