Металлы в жизни человека





Роль металлов в развитии и становлении технической культуры человечества исключительно велика. Твердость, пластичность, ковкость, сделали их незаменимым материалом для изготовления орудий труда и производства. Исторически сложившиеся названия <<бронзовый век>>, <<железный век>> говорят о сильном влиянии металлов и их сплавов на все направления развития производства. Позже были открыты электрические и магнитные свойства металлов и наступил <<век электричества>>, а затем - <<век электроники>>. Близкие перспективы электроники - это полная автоматизация производства, создание <<мыслящих>> машин, роботов, успешное завоевание космоса.В нашей повседневной практике мы ежеминутно встречаемся с металлами. Мы нажимаем кнопку выключателя, и электроны начинают бег по металлическим проводникам, попадая в металлические детали лампочки, или плитки, или электромотора. Электроны пришли в движение потому, что где-то на электростанции работает генератор, в котором металлический ротор вращается в магнитном поле, усиленном за счет удивительных свойств металла - железа. Выглянув на улицу, мы видим сотни автомашин, каждая из которых сделана из металла. Мы видим стальные мосты, стальные рельсы, мачты электропередач, трамваи и, наконец, самолеты, в конструкциях которых использованы алюминий, железо, медь, хром, ванадий и титан. Везде металлы!
Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.
Благодаря таким свойствам, как прочность, твёрдость, пластичность, коррозионная стойкость, жаропрочность, высокая электрическая проводимость и многое др. , металлы играют громадную роль в современной технике, причём число металлов, находящих применение, постоянно растет. Характерно, что до начала 20 в. многие важнейшие металлы - Al, V, W, Mo, Ti, U, Zr и др. - либо не производились вообще, либо выпускались в очень ограниченных масштабах; такие металлы, как Be, Nb, Ta, начали сравнительно широко использоваться лишь накануне 2-й мировой войны 1939 - 45. В 70-х гг. 20 в. в промышленности применяются практически все металлы, встречающиеся в природе.
Все металлы и образованные из них сплавы делят на чёрные (к ним относят железо и сплавы на его основе; на их долю приходится около 95% производимой в мире металлопродукции) и цветные, или, точнее, нежелезные (все остальные металлы и сплавы). Большое число нежелезных металлов и широкий диапазон их свойств не позволяют классифицировать их по какому-либо единому признаку. В технике принята условная классификация, по которой эти металлы разделены на несколько групп по различным признакам (физическим и химическим свойствам, характеру залегания в земной коре), специфичным для той или иной группы: лёгкие металлы (например, Al, Mg), тяжёлые металлы (Cu, Pb и др. ), тугоплавкие металлы (W, Mo и др. ), благородные металлы (Au, Pt и др. ), рассеянные металлы (Ga, In, TI), редкоземельные металлы (Sc, Y, La и лантаноиды), радиоактивные металлы (Ra, U и др. ). Металлы, которые производят и используют в ограниченных масштабах, называются редкими металлами. К ним относят все рассеянные, редкоземельные и радиоактивные металлы, большую часть тугоплавких и некоторые лёгкие металлы.

Большая способность металлов к образованию многочисленных соединений разного типа, к различным фазовым превращениям создаёт благоприятные условия для получения разнообразных сплавов, характеризующихся требуемым сочетанием полезных свойств. Число используемых в технике сплавов превысило уже 10 тыс. Значение сплавов как конструкционных материалов, электротехнических материалов, материалов с особыми физическими свойствами непрерывно возрастает. В то же время в связи с развитием полупроводниковой и ядерной техники расширяется производство ряда особо чистых металлов (чистотой например, 99,9999% и выше).
Многообразие металлов предопределяет большое число способов их получения и обработки. Взаимосвязь состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения в результате теплового, химического или механического воздействия изучает металловедение.

2. 1 Алюминий

"Крылатый металл", любимец авиаконструкторов. Чистый алюминий втрое легче стали, очень пластичен, но не очень прочен.
Чтобы он стал хорошим конструкционным материалом, из него приходится делать сплавы. Исторически первым был дуралюмин (дюралюминий, дюраль, как мы его чаще всего зовем) - такое имя дала сплаву немецкая фирма, впервые его предложившая в 1909 году (от названия города Дюрен). Этот сплав, кроме алюминия, содержит небольшие количества меди и марганца, резко повышающие его прочность и жесткость. Но есть у дюраля и недостатки: его нельзя сваривать и сложно штамповать (нужна термообработка). Полную прочность он набирает со временем, этот процесс назвали <<старением>>, а после термообработки состаривать сплав нужно заново. Поэтому детали из него соединяют клепкой и болтами.
2.Незаменимый элемент любых инженерных конструкций. Железо в виде разнообразных высокопрочных нержавеющих сталей - второй по применению металл в ракетах.
Везде, где нагрузка не распределена по большой конструкции, а сосредоточена в точке или нескольких точках, сталь выигрывает у алюминия.Сталь жестче - конструкция из стали, размеры которой не должны "плыть" под нагрузкой, получается почти всегда компактнее и иногда даже легче алюминиевой. Сталь гораздо лучше переносит вибрацию, более терпима к нагреву, сталь дешевле, за исключением самых экзотических сортов, сталь, в конце концов, нужна для стартового сооружения,
3 Медь.Основной металл электро- и тепловой техники. Ну разве не странно? Довольно тяжелый, не слишком прочный, по сравнению со сталью - легкоплавкий, мягкий, по сравнению с алюминием - дорогой, но тем не менее незаменимый металл.

Все дело в чудовищной теплопроводности меди - она больше в десять раз по сравнению с дешевой сталью и в сорок раз по сравнению с дорогой нержавейкой. Алюминий тоже проигрывает меди по теплопроводности, а заодно и по температуре плавления. А нужна эта бешеная теплопроводность в самом сердце ракеты - в ее двигателе. Из меди делают внутреннюю стенку ракетного двигателя, ту, которая сдерживает трехтысячеградусный жар ракетного сердца. Чтобы стенка не расплавилась, ее делают составной - наружная, стальная, держит механические нагрузки, а внутренняя, медная, принимает на себя тепло.В тоненьком зазоре между стенками идет поток горючего, направляющегося из бака в двигатель, и тут-то выясняется, что медь выигрывает у стали: дело в том, что температуры плавления отличаются на какую-то треть, а вот теплопроводность - в десятки раз. Так что стальная стенка прогорит раньше медной. Красивый "медный" цвет сопел двигателей Р-7 хорошо виден на всех фотографиях и в телерепортажах о вывозе ракет на старт.
4 Серебро
Драгоценный металл, известный человечеству с древности. Металл, без которого не обойтись нигде. Как гвоздь, которого не оказалось в кузнице в известном стихотворении, он держит на себе все.Именно он связывает медь со сталью в жидкостном ракетном двигателе, и в этом, пожалуй, проявляется его мистическая сущность. Ни один из других конструкционных материалов не имеет никакого отношения к мистике - мистический шлейф веками тянется исключительно за этим металлом. И так было в течение всей истории его использования человеком, существенно более долгой, чем у меди или железа. Что уж говорить об алюминии, который был открыт только в девятнадцатом столетии, а стал относительно дешевым и того позже - в двадцатом.
За все годы человеческой цивилизации у этого необыкновенного металла было огромное количество применений и разнообразных профессий. Ему приписывали множество уникальных свойств, люди использовали его не только в своей технической и научной деятельности, но и в магии. К примеру, долгое время считалось, что "его боится всевозможная нечисть".Главным недостатком этого металла была дороговизна, из-за чего его всегда приходилось расходовать экономно, точнее, разумно - так, как требовало очередное применение, которое ему придумывали неугомонные люди. Рано или поздно ему находили те или иные заменители, которые с течением времени с большим или меньшим успехом вытесняли его.
. Металлы в живых организмах
Биологическая роль
Токсическое действие избытка металла
Дефицит лития в организме человека приводит к психическим расстройствам
Вызывает общую заторможенность, нарушение дыхания и сердечного ритма, слабость, сонливость, потерю аппетита, жажду, расстройство зрения, дерматит лица и рук.
Ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост растений. Необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выделению избыточного натрия, избавляя организм от лишней воды и устраняя отеки.
Вызывает усиление двигательной активности, учащение сердечного ритма, нарушение углеводного, жирового и белкового обмена.
Ионы натрия поддерживают у животных и человека нормальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности, удерживают воду в организме.
Приводит к нарушению водного баланса, сгущению крови, вызывает дисфункцию почек, общее нарушение обмена веществ.
Соли магния оказывают антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижают артериальное давление и содержание холестерина в крови, оказывают успокаивающее действие на НС, играют большую роль в профилактике и лечении рака, благотворно действуют на органы пищеварения.
Приводит к нарушению минерального обмена.
Кальций
Ионы кальция необходимы для процессов кроветворения, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влияют на состояние НС, оказывают противовоспалительное действие.
При избытке кальция возникает цистит. Если кальций попадает в организм в виде цементной пыли, то страдают органы дыхания, у детей снижается возбудимость НС, обонятельного анализатора.
Алюминий
Содержится в легких, печени, костях, головном мозге, действует на пищеварительные ферменты и НС.
Приводит к нарушению минерального обмена.
Входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций, входит в состав инсулина, участвует в белковом обмене.
Мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы.
- Снижает активность пищеварительных ферментов, нарушает функцию поджелудочной железы, углеводный обмен, поражает почки и тормозит рост костей, увеличивает опасность переломов костей.
- Поражает ЦНС, сосредотачивается в почках, нарушая их деятельность, также накапливается в клетках мозга и слизистой оболочке рта.
- Поражает костную ткань, костный мозг и печень, НС, приводит к хрупкости костей за счет вытеснения из них кальция.Поражает периферическую НС, ЖКТ и почки. Накапливается в волосах, костях, почках, мышцах. Характерный признак отравления таллием - выпадение волос
Загрязнение металлами водной сферы особенно возросло с индустриализацией. В природных (грунтовых, поверхностных) водах присутствуют тяжелые металлы, попадающие туда при выветривании пород. Концентрация их в обычных условиях не велика. К тому же минеральные процессы связаны с естественными биологическими, а это уравновешивает присутствие тяжелых металлов. Другое дело - антропогенные источники попадания ионом металлов в воды при добыче нефти, угля, руды, а еще с промышленными отходами. Даже такие безобидные, казалось бы, гигиенические препараты, как моющие средства, и то могут быть источником ионов цинка и селена. А это уже два из приведенных выше токсичных металлов. Много загрязнений токсичными металлами вносится в воды и с сельскохозяйственными стоками. Тяжелые металлы присутствуют в виде коллоидных частичек в смеси с органическими и неорганическими веществами. Одной из форм таких токсичных металлов являются различные формы алкильных соединений ртути и таллия. Сейчас известно, что существуют в воде такие алкильные соединения мышьяка, олова, свинца, селена, кадмия. Такие вещества способны образовывать высокотоксичные органические соединения, вредные для всего живого даже в нанограммовых количествах. Примером может служить случай облысения детей в г. Черновцы, связанного с отравлением промышленными отходами органических производств таллия. Образование различных соединений металлов с органическими веществами приводят часто к новым ранее не известным явлениям. Например, оказалось, что диметилртуть - довольно летучее металлоорганическое соединение обнаружено в воздухе. Это вещество в свою очередь может подвергаться дальнейшим химическим реакциям (например, под воздействием ультрафиолетового излучения) и распадаться, а продукты распада - выпадают в виде ртутных дождей. В гидросферу ежегодно попадает тысячи тонн летучей и растворимой ртути. Загрязнение речной воды сказывается и в пищевых цепях. Потребление человеком рыбы, даже при концентрации в ней ртути 0,8-1,6 мг/кг приводит к отложению в волосах металла до 50 мг/кг, при этом начинают проявляться признаки отравления. Содержание ртути в волосах более 300 мг/кг угрожает жизни человека. Ртуть может попадать и через мясо животных, если почву на которой они пасутся, удобряли компостом из городских отстойников.

Металлы очень легко накапливаются в почве, но как тяжело удаляются: период полуудаления из почвы цинка - до 500 лет, свинца - до нескольких тысяч лет. Особенны, опасны загрязнения изотопами металлов, которые к тому же являются радиоактивными. Так изотопы стронция откладываются в костях, цезий - в мышцах. После Чернобыльской катастрофы большие площади заражены не только на Украине, но даже в Мордовии. Радиоактивные изотопы, накапливаясь в почве, попадают затем в растения, а вместе с растительной пищей попадают в организм человека.

 

 





Читайте также:
Обряды и обрядовый фольклор: составляли словесно-музыкальные, дра­матические, игровые, хореографические жанры, которые...
Отчет по производственной практике по экономической безопасности: К основным функциональным целям на предприятии ООО «ХХХХ» относятся...
Производственно-технический отдел: его назначение и функции: Начальник ПТО осуществляет непосредственное...
Основные научные достижения Средневековья: Ситуация в средневековой науке стала меняться к лучшему с...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.016 с.