מתכת לא ברזלית

מתכות לא ברזליות, הידועות גם בתור מתכות לא ברזליות במובן הצר, מתייחסות לכל המתכות מלבד ברזל (לעיתים מנגן וכרום) וסגסוגות על בסיס ברזל.

בגדול, מתכות אל-ברזליות כוללות גם סגסוגות אל-ברזליות, שהן סגסוגות המורכבות מיסוד אחד או יותר שנוספו למטריצת מתכת אל-ברזלית (בדרך כלל יותר מ-50%).

מתכות לא ברזליות הן החומרים הבסיסיים לפיתוח הכלכלה הלאומית, והרוב המכריע של התעשיות כגון תעופה, חלל, רכב, ייצור מכונות, חשמל, תקשורת, בנייה ומכשירי חשמל ביתיים מבוססים על חומרי מתכת לא ברזליים לייצור . עם ההתפתחות המהירה של הנדסה כימית מודרנית, חקלאות ומדע וטכנולוגיה, המיקום של מתכות לא ברזליות בפיתוח אנושי הופך חשוב יותר ויותר. זה לא רק חומר אסטרטגי ואמצעי ייצור חשובים בעולם, אלא גם חומר חיוני לצריכה בחיי אדם.

אֲלוּמִינְיוּם
האלומיניום הוא יסוד מתכתי עם הסמל Al ומספר אטומי של 13. החומר היסודי שלו הוא מתכת קלה לבנה כסופה. בעל יכולת הרחבה. מוצרים עשויים לרוב למוטות, יריעות, נייר כסף, אבקות, רצועות וחוטים. ניתן ליצור שכבה של סרט תחמוצת באוויר לח כדי למנוע קורוזיה מתכת. אבקת אלומיניום עלולה להישרף בעוצמה כאשר היא מחוממת באוויר ולפלוט להבות לבנות מסנוורות. קל להמסה בתמיסות חומצה גופרתית מדוללת, חומצה חנקתית, חומצה הידרוכלורית, נתרן הידרוקסיד ואשלגן הידרוקסיד, אך קשה להמסה במים. הצפיפות היחסית היא 2.70. נקודת התכה 660 מעלות. נקודת רתיחה 2327 מעלות. האלומיניום הוא יסוד המתכת השלישי בשכיחותו בקרום כדור הארץ, אחרי חמצן וסיליקון. הפיתוח של שלושת הענפים החשובים של תעופה, בנייה ומכוניות דורש חומרים בעלי תכונות ייחודיות של אלומיניום וסגסוגותיו, מה שמקל מאוד על הייצור והיישום של אלומיניום מתכתי חדש זה. מיושם באופן נרחב.

נְחוֹשֶׁת
נחושת היא יסוד מתכתי וגם יסוד מעבר, עם הסמל הכימי Cu, נחושת אנגלית ומספר אטומי 29. נחושת טהורה היא מתכת רכה בעלת צבע כתום אדום וברק מתכתי בעת החיתוך הראשון, וצבע אדום סגול בה. צורה יסודית. משיכות טובה, מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה, לכן זהו החומר הנפוץ ביותר בכבלים, רכיבים חשמליים ואלקטרוניים, והוא יכול לשמש גם כחומר בניין ליצירת סגסוגות שונות. סגסוגות נחושת בעלות תכונות מכניות מצוינות והתנגדות חשמלית נמוכה, כאשר החשובות ביותר הן ברונזה ופליז. בנוסף, נחושת היא גם מתכת עמידה שניתן למחזר מספר פעמים מבלי לפגוע בתכונות המכאניות שלה. מלחי נחושת דו-ערכיים הם תרכובות הנחושת הנפוצות ביותר, כאשר יונים מוזלים מופיעים לעתים קרובות כחולים וליגנדים של כלור נראים ירוקים. הם מקור הצבעים למינרלים כמו כלקופיריט וטורקיז ונעשה בהם שימוש נרחב כפיגמנטים בהיסטוריה. מבני בניין נחושת יפיקו ירוק נחושת (פחמת נחושת בסיסית) לאחר קורוזיה. אמנויות דקורטיביות משתמשות בעיקר בנחושת מתכתית ובפיגמנטים המכילים נחושת. נחושת היא אחת המתכות המוקדמות ביותר בשימוש על ידי בני אדם. כבר בתקופה הפרהיסטורית, אנשים החלו לכרות מכרות נחושת פתוחים ולהשתמש בנחושת שהתקבלה לייצור כלי נשק, כלים וכלי שיט אחרים. לשימוש בנחושת הייתה השפעה עמוקה על התקדמות הציוויליזציה האנושית המוקדמת. נחושת היא מתכת הקיימת בקרום כדור הארץ ובאוקיינוסים. תכולת הנחושת בקרום כדור הארץ היא בערך 0.01%, ובחלק ממרבצי הנחושת, תכולת הנחושת יכולה להגיע ל-3% עד 5%. נחושת בטבע קיימת בעיקר כתרכובת, כלומר עפרת נחושת. לנחושת פעילות חלשה, והתגובה בין ברזל אלמנטרי לסולפט נחושת יכולה לעקור נחושת יסודית. נחושת אינה מסיסה בחומצות שאינן מחמצנות.

אָבָץ
אבץ הוא יסוד כימי עם הסמל הכימי Zn ומספר אטומי של 30. הוא ממוקם בתקופה הרביעית ובקבוצה IIB של הטבלה המחזורית של יסודות כימיים. אבץ היא מתכת מעבר בצבע אפור בהיר והמתכת הרביעית בשכיחותה. בתעשייה המודרנית, אבץ הוא מתכת שאין לה תחליף וחשובה בייצור סוללות. בנוסף, אבץ הוא גם אחד מיסודות הקורט החיוניים לגוף האדם, וממלא תפקיד חשוב ביותר.

לאחר הכניסה למאה ה-18, ההתפתחות המהירה של המדע והטכנולוגיה קידמה את גילוים של יסודות מתכת לא ברזליים חדשים רבים. מבין 64 המתכות הלא ברזליות שהוזכרו לעיל, 13 התגלו במאה ה-18, בנוסף ל-8 שכבר הוכרו ויושמו לפני המאה ה-17. 39 מינים התגלו במאה ה-19, ו-4 נוספים התגלו במאה ה-20.

בתחום הביו-רפואי, חומרים על בסיס מתכת לא ברזלית נמצאים בשימוש נרחב בשל התאימות הביולוגית המצוינת שלהם, התכונות המכניות וההמרה הפוטותרמית שלהם. עבור חומרים מתכלים התערבותיים, מתכות לא ברזליות כגון טיטניום, מגנזיום, טנטלום ואבץ עומדות בדרישות של תיקון עצם ושיפוץ כלי דם ונמצאות בשימוש נרחב בפרקטיקה הקלינית. באבחון וטיפול בסרטן, ערך היישום של ננו-חומרים המבוססים על מתכות לא ברזליות הוכח גם באמצעות ניסויים מקיפים במבחנה וב-in vivo. בנוסף, תרופות מורכבות ממתכת ובדיקות מצעי חיישנים הן שני תחומי היישום העיקריים האחרים של מתכות לא ברזליות, במיוחד עם נוכחותם של מיליוני ליגנדים אורגניים, מה שהופך מסגרות מתכת אורגניות ומתחמי מתכת ראויים יותר לציפיות של אנשים.

לחומרי מתכת לא ברזליים יש מגוון רחב של יישומים בציוד תחנות כוח. אלה הנפוצים כוללים אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, נחושת וסגסוגות נחושת, סגסוגות טיטניום וטיטניום וכו'. סגסוגת אלומיניום משמשת בדרך כלל בייצור מחליפי חום, צינורות, מיכלים, מארזים ומסמרות; סגסוגת נחושת מתאימה יותר לייצור חלקים עמידים בפני קורוזיה, כגון טורבינות, קונכיות מיסבים, שרוולי פיר וכו'; סגסוגת טיטניום מתאימה יותר לציוד כמו צינורות מעבה ולהבי טורבינה בתחנות כוח תרמיות.

בתחום התחבורה, המאפיין הבולט ביותר של מתכות אל ברזליות כמו אלומיניום, אבץ ומגנזיום הוא הצפיפות הנמוכה שלהן, מה שהופך אותן לחומרים הטובים ביותר לייצור קונכיות וחלקים אחרים של רכבי אנרגיה חדשים, שיכולים להשיג ביעילות קלות משקל. של רכבי אנרגיה חדשים. היישום של מתכות לא ברזליות כמו אלומיניום וטיטניום משחק תפקיד חשוב מאוד בתעשייה האווירית. חומרים קלים הם המפתח להפחתת משקלם של מטוסים, רקטות, לוויינים וחלליות אחרות, תוך שהם מספקים תמיכה חשובה לבטיחות מטוסים וליעילות אנרגטית. ניקל, נחושת ועופרת הן כולן מתכות לא ברזליות בצפיפות גבוהה עם מוליכות טובה, כך שהן משמשות בעיקר בסוללות רכב ובתחנות טעינה. ניתן להשתמש בניקל ובמתכות עופרת לייצור סוללות מימן ניקל, סוללות חומצה עופרת וסוללות ליתיום טרינריות, כאשר האחרונות הן סוג הסוללה המרכזי בכלי רכב אנרגיה חדשים.

בתחום האדריכלות נעשה שימוש נרחב במתכות אל-ברזליות, כגון מוצרי נחושת, דלתות וחלונות מסגסוגת אלומיניום, לוחות קיר נחושת וגגות מתכת. ניצול מתכות לא ברזליות הופך מבנים ליפים יותר, בטוחים, עמידים וחסכוניים יותר באנרגיה.

בתחום האלקטרוניקה, לחומרי מתכת לא ברזליים תפקיד חשוב בהתפתחות טכנולוגיית השבבים. בתהליך של כיווץ מתמשך של תהליכים מתקדמים, מתכות יקרות וחומרי הסגסוגת שלהן ממלאים תפקיד מפתח בהשגת רוחב קווים קטנים, התנגדות חשמלית נמוכה, הידבקות גבוהה והיבטים נוספים. לאחר הכניסה למאה ה-21, חומרי שבבים הוסיפו יותר מ-40 יסודות, מתוכם כ-90% מתכות יקרות וחומרי מתכת מעבר. גליום וגרמניום נמצאים בשימוש נרחב בחומרים מוליכים למחצה, אנרגיה חדשה ותחומים אחרים. ביניהם, גליום ידוע בתור "הגרגר החדש של תעשיית המוליכים למחצה" והוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים פוטו-וולטאיים, מגנטיים, רפואיים, כימיים, במיוחד תקשורת אלחוטית, LED ועוד.

בשנים האחרונות, אנרגיה פוטו-וולטאית, אנרגיית רוח, רכבי אנרגיה חדשים, סוללות חשמל ואחסון אנרגיה הפכו לתחומי הצמיחה העיקריים בצריכת מתכות אל-ברזליות.