Презентация по географии Применение металлов и сплавов в промышленности

История использования алюминия в быту

В то время как немцы готовили на эмалированной посуде, а британцы использовали эту посуду для дезинфекции домов и больниц. Наполеон Бонапарт во Франции потребовал служащим разносить еду в алюминиевых тарелках, которые стоили дороже, чем золотые. Добытый металл продавался за шестьсот долларов за фунт, и в 1820-х годах Европейское дворянство готово было заменить некоторые золотые и серебряные столовые приборы на алюминиевые.

Однако алюминий быстро терял свой блеск. Добыча металла позволила сбить цену до $ 2,25 фунта в 1890 году. Несмотря на низкую цену, домохозяйки еще не знали о преимуществах приготовления пищи в алюминиевой посуде.

23 февраля 1886 года 22-летний изобретатель Чарльз Мартин Холл, экспериментировал с алюминием в лаборатории в Оберлин, штат Огайо. Записи блокнота Холла говорят, что он усовершенствовал процедуру недорогого производства алюминиевого соединения, которое могло быть использовано в посуде.

Изготовления Холла встретили грозное сопротивление. Домохозяйки не хотели отказываться от своих проверенных жестяных изделий. Крупные универмаги страны отказывались снабжаться новым продуктом, преимущества, которого звучали чересчур фантастическими, чтобы казаться правдой. Поворотный момент наступил весной 1903 года.

Один известный магазин в Филадельфии представил публичную демонстрацию по приготовлению еды в алюминиевой посуде. Сотни женщин с удивлением наблюдали, как профессиональный шеф-повар готовил яблочное повидло. Как только зрителям разрешили сделать шаг вперед и удостовериться в том, что ингредиенты не прилипли к кастрюле, заказы на алюминиевой посуду сразу посыпались.

К моменту смерти Холла в 1914 году его состоянии оценивалось на сумму 30 млн.долларов, он породил новую кухонную алюминиевую посуду, которая преобразовала американскую кухню.

Химические свойства

Химически все металлы характеризуются относительной легкостью отдачи валентных электронов и способностью образовывать положительно заряженные ионы. Следовательно, металлы в свободном состоянии являются восстановителями.

Восстановимость различных металлов варьируется и определяется их положением в электрохимическом ряду металла: Li K Rb Cs Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Cr Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Ag Pt Au.

Металлы расположены в порядке их восстановительных свойств и повышения окислительных свойств их ионов. Эта последовательность характеризует химическую активность металлов только в окислительно-восстановительных реакциях, происходящих в водной среде.

Соотношение металлов к атмосферному кислороду. Наиболее активные металлы (литий, натрий, калий, цезий, барий, кальций) очень легко реагируют с атмосферным кислородом в холодную погоду. Менее активные металлы (алюминий, хром, марганец и т.д.) во время окисления на воздухе покрываются плотным оксидным слоем, который защищает их от дальнейшего взаимодействия с кислородом. При высоких температурах эти металлы горят, а иридий, золото не вступает в непосредственную реакцию с кислородом.

Отношение металлов к воде. Металл в виде простого вещества является восстановителем, и его восстановительные свойства выражены сильнее, чем ниже стандартный потенциал металла (Eo).

Для восстановления молекул воды в нейтральной среде (концентрация ионов водорода при 25о С соответствует 10-7 моль/л) необходимо применять потенциал -0.414 В (рассчитанный по уравнению Нернста). Следовательно, металлы с большим отрицательным потенциалом, чем -0,414 В, теоретически должны вытеснять водород из воды. Щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочно-земельные металлы (кальций, стронций, барий) — единственные металлы, которые при нормальной температуре легко реагируют с водой, так как их оксидные слои и продукты взаимодействия — гидроксиды — растворимы в воде. Они не защищают металл от его действия. Роль окислителя в этих реакциях берет на себя вода, о чем свидетельствует выделение водорода.

Менее активные металлы — магний, алюминий, цинк, железо — труднее окисляются. Более или менее высокие температуры необходимы для разложения их воды. Отсутствие видимого взаимодействия других активных металлов с водой при нормальной температуре обусловлено, главным образом, нерастворимостью природных оксидных слоев или образующихся продуктов. Это связано с наличием на поверхности алюминия очень плотного, тонкого слоя химически инертного оксида, который ни при каких условиях не взаимодействует с водой.

Однако некоторые активные металлы (Mg, Mn, Ti, Zn, Cr, Fe) при нагревании могут взаимодействовать с водой. Но и реакция взаимодействия этих металлов при нагреве отличается. Это зависит от активности металла и растворимости его оксидов и гидроксидов. Например, магний и марганец при нагревании активно реагируют с водой, а титан реагирует только с кипящей водой, а затем медленно. Цинк реагирует только с перегретым паром, в то время как хром и утюг реагируют паром только при температуре красного кальция.

Поэтому для растворения металла в воде требуется три условия:

1. чтобы естественный слой оксида металла мог раствориться в воде;
2. чтобы удержать эо-металл ниже 0,414 В;
3. чтобы продукт взаимодействия металл-вода растворялся в воде.

Соотношение металлов и кислых растворов. Тип взаимодействия металлов с кислотами зависит от активности окисленного металла, типа и концентрации кислоты. Роль окислителя могут играть ионы кислоты или основной элемент, образующий кислоту, насыщенную кислотой. В первом случае кислоты (соляная кислота, разбавленная серная кислота, уксусная кислота и некоторые другие) растворяют почти все металлы с отрицательными значениями стандартного электродного потенциала (алюминий, железо, цинк, никель и т.д.). Металлы с положительными значениями ЭО окисляются кислотными остатками азотной кислоты и концентрированной серной кислоты. Почти все металлы с потенциалом электродов ниже, чем у водорода, т.е. менее 0, также реагируют на эти кислоты. Во всех случаях продуктами взаимодействия металлов с азотной и концентрированной серной кислотами являются соль, продукт кислотного восстановления и вода.

При соответствующих условиях (тип металла и кислоты, их температура) металлы практически не растворяются в кислотах в результате пассивации. В целом, термин «пассивность» металлов используется для характеристики такого состояния металлов, когда они теряют способность протекать некоторые присущие им реакции в нормальных состояниях. Пассивация связана с образованием на поверхности металла плотных, почти нерастворимых пленок оксидов, солей или других соединений. В связи с образованием на поверхности алюминия оксидных пленок хром, железо, кобальт и никель не взаимодействуют с концентрированными (и особенно дымчатыми) азотной и серной кислотами на холоде. Нерастворимые соли обычно образуются при взаимодействии металлов с не сильными кислотами, такими как H3PO4, H2CO3, HF. Пассивация металлов широко используется в промышленности. Например, алюминий используется в качестве строительного материала в производстве концентрированной азотной кислоты, нержавеющая сталь в производстве серной кислоты, свинец в производстве разбавленной серной кислоты, хром добавляется в сплавы для придания им кислотности.

Соотношение металлов и щелочных растворов.

Для растворения металла в водных щелочных растворах требуется три условия:

1. чтобы растворить естественный слой оксида металла в щелочах;
2. что потенциал процесса окисления металла меньше -0,826 В;
3. что продукт взаимодействия металла с водой, т.е. гидроксид металла, обладает амфотерными свойствами.

В щелочной среде металлы, образующие амфотерные гидроксиды, оксиды, солевые гидроксиды.

Соотношение металлов и солевых растворов. Каждый металл в серии стандартных электродных потенциалов вытесняет (восстанавливает) все следующие за ним металлы из их солевых растворов. Однако могут быть случаи, когда менее активные металлы в водной среде взаимодействуют с солями, образованными активными металлами. Например, реакция между железом и хлоридом цинка обусловлена гидролизом соли в водном растворе и дальнейшим взаимодействием металла с продуктами гидролиза (HCl).

Основные области применения алюминия

Данный конструкционный металл имеет широкое распространение. В частности именно с его использования начали свою работу авиастроение, ракетостроение, пищевая промышленность и изготовление посуды. Благодаря своим особенностям алюминий позволяет улучшить маневренность судов за счет меньшей массы.

Отдельно стоит упомянуть способность металла проводить ток. Такая особенность позволила сделать его главным конкурентом меди. Он активно применяется при производстве микросхем и в целом в области микроэлектроники.

Наиболее популярными сферами использования можно назвать:

• Авиастроение: насосы, двигатели, корпуса и прочие элементы;
• Ракетостроение: как горючий компонент для ракетного топлива;
• Судостроение: корпуса и палубные надстройки;
• Электроника: провода, кабели, выпрямители;
• Оборонное производство: автоматы, танки, самолеты, различные установки;
• Строительство: лестницы, рамы, отделка;
• Область ЖД: цистерны для нефтепродуктов, детали, рамы для вагонов;
• Автомобилестроение: бампера, радиаторы;
• Быт: фольга, посуда, зеркала, мелкие приборы.

Широкое распространение объясняется преимуществами металла, однако есть у него и существенный недостаток – это невысокая прочность. Чтобы минимизировать его, в металл добавляется медь и магний.

Применение металлов

Строительные материалы. Металлы и их сплавы являются одним из важнейших строительных материалов современной цивилизации. Это в основном определяется их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, изменяя рецептуру сплавов, можно изменять их свойства в очень широком диапазоне.

Электрические материалы. Металлы используются как хорошие электрические проводники (медь, алюминий), так и как материалы с повышенным сопротивлением для резисторов и электрических нагревательных элементов (нихром и т.д.).

Инструментальные материалы. Металлы и их сплавы часто используются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твердые сплавы. В качестве инструментальных материалов используются также алмаз, нитрид бора и керамика.

Влияние алюминия на организм человека

Алюминий в медицине

Несмотря на то, что в больших количествах алюминий вреден для здоровья человека, он находит широкое применение в лечении ряда заболеваний.

На основе алюминия изготавливаются препараты, которые обладают обволакивающим, обезболивающим, адсорбирующим и антацидным действием. Антацидные свойства алюминия используются для снижения кислотности желудочного сока, поскольку он очень активно связывается с соляной кислотой. Показанием в данном случае может быть, например, гастрит с повышенной кислотностью (гиперацидный гастрит). Препараты алюминия находят как внутреннее, так и наружное применение.

Роль алюминия в организме человека.

Алюминий играет очень важную роль — он принимает участие в процессе регенерации (восстановления) эпителиальной и соединительной тканей, поддержания крепости костей, в образовании пептидов и фосфатных комплексов. Алюминий влияет на функцию околощитовидных желез, оказывает как активизирующее, так и тормозящее действие на пищеварительные ферменты. Человек употребляет алюминий с такими продуктами, как: овсяные хлопья, зерна ржи, зерна пшеницы, мука, горох,

рисовая крупа, картофель, киви, капуста, морковь, яблоки.

Недостаток алюминия в организме человека

Дефицит микроэлемента в организме – это настолько редкое явление, что вероятность его развития сводится к нулю.

С каждым годом количество алюминия в рационе человека стремительно возрастает.

Соединение поступает с продуктами питания, водой, пищевыми добавками (сульфатами), медикаментами, иногда – с воздухом. В медицинской практике за всю историю зафиксировано несколько единичных случаев недостаточности вещества в организме человека. Таким образом, актуальной проблемой XXІ века выступает скорее перенасыщение ежедневного меню элементом, чем развитием его недостаточности.

Несмотря на это, рассмотрим к каким последствиям приводит дефицит алюминия в организме.

• Общая слабость, потеря сил в конечностях.
• Замедление роста, развития детей и подростков.
• Нарушение координации движений.
• Разрушение клеток, тканей и потеря их функциональности.

Данные отклонения возникают, если человек регулярно не получает суточную норму алюминия (30-50 микрограмм). Чем скуднее рацион и меньше потребление соединения, тем интенсивнее проявляются симптомы и последствия нехватки.

Избыток алюминия опасен для здоровья

Излишек микроэлемента токсичен.

Повышенное содержание алюминия опасно для здоровья человека, поскольку снижается иммунитет, а порой возникают необратимые изменения в организме, которые резко сокращают продолжительность жизни.

Характерные признаки излишка микроэлемента: снижение гемоглобина, уменьшение числа эритроцитов в крови, кашель, потеря аппетита, запоры , нервозность, психические расстройства, нарушения речи, ориентации в пространстве, помутнение рассудка. провалы памяти, конвульсии.

Помните, алюминий относится к категории иммунотоксичных микроэлементов, поэтому для сохранения здоровья нужно ежедневно следить за количеством поступающего соединения в организм.

Если алюминий считается имунотоксичным элементом для организма человека, мы решили выяснить пути попадания алюминия в организм человека.

История использования железа в быту

Железо — металл, применение которого в промышленности и быту практически не имеет границ. Доля железа в мировом производстве металлов составляет около 95 %. Применение его, как и любого другого материала, обусловлено определенными свойствами.

Железо сыграло огромную роль в развитии человеческой цивилизации. Первобытный человек начал использовать железные орудия за несколько тысячелетий до нашей эры.

Железо не утратило своего значения и поныне. Это важнейший металл современной техники. Из-за низкой прочности железо практически не используют в чистом виде.

На основе железа создают материалы, способные выдерживать действие высоких и низких температур, вакуума и высоких давлений. Они успешно противостоят агрессивным средам, переменному напряжению и т. п.

Производство железа и его сплавов постоянно растет. Эти материалы универсальны, технологичны, доступны и в массе — дешевы.

Самыми распространенными сплавами железа являются сталь и чугун.

Нержавеющая сталь — очень популярный материал для предметов домашнего обихода, его использование охватывает все: от котлов до телевизоров. Это очень популярный материал для микроволновых печей, из которого обычно производят двери и внутреннюю панель, а затем покрывают светлой акриловой эмалью, чтобы обеспечить лучшую видимость. В последние годы стало довольно популярным использование кухонной техники из нержавеющей стали, в отличие от простого белого цвета. Речь идет о холодильниках, морозильниках, посудомоечных машинах, духовках, плитах, а также чайниках и тостерах.

Чугун – прочный, но непластичный металл. Из него изготавливают предметы сантехническое оборудование (ванны, трубы, раковины, кухонные мойки), посуду, лестницы, заборы, предметы домашнего интерьера.

Положение в периодической системе Менделеева. Строение атома железа

Название: Железо (ferrum) Порядковый номер: 26 Группа: VIII Период: 4

Атомная масса: 55,847 Электроотрицательность: 1,83 Характерные степени окисления: +2 ,+3

Атом железа состоит из положительно заряженного ядра (+26), внутри которого есть 26 протонов и 30 нейтронов, а вокруг, по четырем орбитам движутся 26 электронов.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом: 1s22s22p63s23p63d64s2.

Использование в строительстве

Сталь и чугун уникальным образом сочетают прочность, эксплуатационную долговечность и доступную стоимость. Поэтому заменить его каким-либо другим конструкционным материалом не представляется возможным. В строительстве продукция металлопроката является базовой наряду с бетоном и кирпичом.

Капитальное строительство

Металлу можно придать любую форму: от самой простой – прут, до причудливой сложной – кованое железо. В строительстве находят применение для всех вариантов.

Кроме того, что сталь сама по себе отличается прочностью, тем более после специальной обработки, в этой области активно применяется и еще одна особенность. Дело в том, что профильные изделия из металла ничем не уступают по прочности цельной детали таких же размеров и формы. А это значительно уменьшает материалоемкость строительных элементов, уменьшает их стоимость, снижает вес и так далее. В строительстве такое сочетание исключительно важно.

Применяемый металлопрокат разделяют на 3 основные группы.

• Фасонный – швеллеры, двутавры, угловой и обычный профиль, а также перфорированный. Сюда же относят и специальный профиль, применяемый, например, в шахтных выработках. Фасонный металлопрокат применяют при возведении всех типов каркасов для любого сооружения – от зданий до мостов и плотин. Его же используют при необходимости усилить конструкцию.
• Сортовой – арматура, балки, трубы, круги и прочее. Эти элементы используются едва ли не чаще, чем фасонный и очень многообразны: арматура – стальные прутья разного диаметра, гладкие и с ребрами. Арматура предназначена для повышения прочности здания, причем показателем является не только стойкость к стационарной нагрузке, но и повышение прочности при нагрузке на растяжение и изгиб. Арматуру используют при возведении фундамента, перекрытий, железобетонных плит, усиления стен, а также при упрочнении кирпичной кладки и других конструктивных узлов – лестниц, например;
• трубы – причем используются и круглые, и профильные. Предпочтительнее трубы прямоугольного квадратного сечения, поскольку их сварка и крепление более проста, чем в случае круглых, а стойкость к нагрузкам такая же;
• балка – вариант цельнолитого изделия, когда требуется прочность при самых высоких нагрузках.

• Листовой прокат – листы горячего и холодного проката с покрытием и без. Это кровельные листы, профнастил, металлочерепица и так далее. Профнастил применяют не только для устройства кровли, но и при сооружении разнообразных ограждений, поскольку материал соединяет относительную легкость с высокой прочностью и стойкостью к перепадам температур.

В строительстве чаще используют листы с покрытием – оцинкованные, например, или с полимерным защитным слоем. Такой вариант намного долговечнее, так как не подвержен коррозии.

Нержавеющие стали для листового проката применяют редко, поскольку стоимость сплава выше.

Отделочные работы

Основой их часто выступают металлические изделия – и трубы, и профиль, и листовое железо.

• Трубы необычных форм активно применяют в современных интерьерах. Из них сооружают спальные блоки, перекрытия и перегородки в комнате, ограждения как лестничные, так и уличные, используют даже в производстве мебели. Здесь трубы, конечно, подбирают с красивым покрытием – никель, хром, хотя встречаются и окрашенные изделия.
• Профиль – ниши и декоративные выступы, колонны и потолки, отделка стен и каминов и прочее и прочее. Все, что обшивается и облицовывается гипсокартоном, пленкой, плиткой, вагонкой, панелями – абсолютно все имеет каркас из металлического профиля. В изготовлении мебели – шкафов-купе, например, также применяется специализированный профиль. Стальной по сравнению с алюминиевым отличается куда большей прочностью и долговечностью.
• Металл может выступать не только каркасом, но отделочным материалом. Реечные, кассетные, панельные потолки исключительно разнообразны, интересны и долговечны. И рейки, и панели могут изготавливаться из алюминия, но если требуется долговечное и прочное решение – например, для отделки потолка железнодорожного вокзала, где требуется стойкость к вибрациям, используется, конечно же, сталь.
• Двери – к отделочным работам уже не относятся, а выступают, скорее, элементом системы защиты. Входные двери из стали достаточной толщины являются самым популярным и надежным способом предупредить взлом жилища. То же самое можно сказать о гаражных воротах, например, или воротах во двор.
• Лестничные конструкции – металлические лестницы очень разнообразны: от приставной или складной мансардной, до капитального сооружения на 2 этаж. Такой вариант прочен и надежен, при этом может быть очень красив. Современные модульные лестницы комбинируются со стеклом, прозрачным пластиком или даже деревом, а каменную лестницу могут украсить кованые перила.

Коммуникации

Несмотря на то что стальной трубопровод активно вытесняет пластиковые и металлопластиковые, до полной сдачи позиций еще чрезвычайно далеко. Причина проста: с прочностью и стойкостью стали мало что сравнится.

• Водопровод и канализация – если для обслуживания частного дома или квартиры можно подключать пластиковые изделия, то о магистрали и даже трубопроводе, обслуживающем многоквартирный дом этого сказать нельзя. Допускаются только железные трубы, причем соответствующие твердо установленным стандартам.
• Газопровод – вариантов нет, используется только сталь.
• Системы отопления – в здании система может включать пластиковые трубы. Городские и районные магистрали, не говоря уже о трубопроводе, непосредственно обслуживающем котельную, могут быть только железными. Начальная температура нагретой воды намного выше той, которую может выдержать пластиковые водоводы, не говоря уж о давлении.
• Батареи и радиаторы, как правило, тоже используются железные или чугунные – у чугуна выше теплоемкость и стойкость к гидроударам. Какими бы современными вариантами отопители не заменялись, сталь в конструкции все равно наличествует. Электрические радиаторы – конвекторные, масляные, всегда изготавливаются из стали, поскольку последняя, обладая высокой теплопроводностью, моментально отдает тепло воздуху.
• Кабели – проводку в доме чаще всего прячут в пластиковые короба. Однако силовые кабели с большим сечением защищаются металлическими трубами.
• Дымоходы – стальные трубы являются вариантом самым простым, доступным и легким. Для их изготовления применяют специальную жаростойкую сталь, причем устойчивую к коррозии.

Оборудование и предметы быта

Любая техника, устанавливаемая в доме, производится из стали.

• Отопительные котлы – на каком бы топливе аппараты не работали, корпуса их всегда изготавливаются из стали. В твердотопливных печах есть чугунные детали.
• Кухонное оборудование – плиты, духовки, микроволновки, пароварки и так далее имеют стальные корпуса и детали. На кухне сталь является и востребованным отделочным материалом: рабочие столешницы, например, отделка фартука. Сталь – материал очень декоративный и лишь кажется простым.
• Стиральные машины, сушилки и посудомойки также не обходятся без железа.
• Сантехника из стали применяется редко – из-за высокой теплопроводности, а вот чугунные ванны и умывальники устанавливают до сих пор. Материал лучше хранит тепло и очень долговечен.
• Посуда и столовые приборы, подставки и вазы, держатели и фурнитура, электрооборудование и мелкие аксессуары – места, где железо не используется, на пальцах можно пересчитать.
• Кованое железо – декоративные предметы такого рода являются настоящим произведением искусства, особенно когда речь идет о горячей ковке, при которой каждое изделие, каждая деталь изготавливается вручную и только один раз. Кованые решетки, перила, камины, ограждения украшают дворцы и современные павильоны, и, конечно, жилые квартиры.

Железо – главный конструкционный материал. В строительстве сталь и чугун являются базовыми материалами наряду со строительным камнем. Применение и разнообразие сплавов не поддается описанию.

Еще больше полезной информации по вопросу применения железа содержится в этом видео:

Основные области применения железа

Под железом зачастую подразумевают вовсе не вещество как таковое, а низкоуглеродистую электротехническую сталь – так называется сплав металла по ГОСТ. Действительно чистое железо получить непросто, и используется оно исключительно для производства магнитных материалов.

Железо является ферромагнетиком, то есть, намагничивается в присутствии магнитного поля. Однако это его свойство сильно зависит от примесей и структуры металла. Магнитные свойства абсолютного чистого железа в 100–200 раз превышают аналогичные показатели технической стали. То же самое можно сказать о величине зерна: чем крупнее зерно, тем лучше магнитные свойства вещества. Имеет значение и механическая обработка, хотя ее влияние и не столь впечатляющее. Только такое железо применяют для получения всех магнитных материалов для электротехники и магнитоприводов.

Соединения

Все металлы, используемые в производстве, делят на цветные и черные. Черные – это сплавы железа, в частности, сталь и чугун, остальные – медные, никелевые, серебряные — относятся к цветным. На долю черной металлургии приходится 95% всех металлургических процессов. Разделяются черные сплавы таким образом:

Сталь – сплав железа с углеродом и другими ингредиентами, чья массовая доля не превышает 2,14%. Углерод придает стали пластичность и твердость. В состав могут входить также марганец, фосфор, сера и так далее; нержавеющая сталь используется в строительстве и машиностроении, где требуется более высокая, чем обычно стойкость к коррозии; жаропрочные сплавы «работают» в условиях высоких температур – турбины, магистрали отопления. Жаростойкие – не окисляются при высоких температурах, что важно для многих рабочих узлов в теплотехнике.

Чугун – сплав с углеродом, где допускается большее содержание элемента – до 4,3%. Причем чугуны отличаются по своим свойствам в зависимости от того, в каком виде сплав содержит углерод: если вещество вступило в реакцию с железом, получают белый чугун, если включено в виде графита – серый; износостойкий чугун применяется для изготовления насосных деталей, тормозов, дисков сцепления; жаростойкий применяется при сооружении доменных, мартеновских, термических печей; жаропрочный используется при сооружении газовых печей, при изготовлении компрессорного оборудования, дизельных двигателей.

Злейший враг железа и его сплавов это коррозия. Автомобиль давно перестал быть роскошью , а стал средством передвижения для большинства граждан. Сейчас огромное количество автомобилей разных производителей, разных марок, но все они изготовлены из сплавов на основе железа. Мы решили выяснить автомобили каких производителей меньше подвержены коррозии и тем самым меньше доставляют хлопот своим хозяевам.

Пара слов о группе металлов и ее свойствах

Металлические металлы подразделяются на 2 категории – черные и цветные. К первым относят различные сплавы и чистые вариации с железом, а остальные – это цвет металл. В чистом виде группа металлических элементов имеет низкие показатели механических свойств, из-за чего при 98% случаев в технике и промышленности используются разнообразные сплавы.

Обратите внимание: практическая значимость различных типов металлов сильно варьируется. Наибольшее значение имеет железо. На базе данного материала изготавливается более 88% всей металлургической продукции в мире.

Группа цветных металлов хоть и применяется реже, но ее физические и химические свойства являются более уникальными, и заменить их более доступным аналогом бывает просто невозможно. Среди промышленно значимых цвет металлов наибольшее значение имеет алюминий, медь, магний и титан.

О базовых свойствах металлов расскажу отдельной таблицей.

В твердом состоянии подавляющее большинство металлов имеет кристаллическое строение решетки. Форма может быть одной из трех – кубическая объёмно-центрическая, гранецентрическая или гексагональная с плотной упаковкой атомов.

Влияние железа на организм человека

Роль железа в организме

У железа очень много функций. Вот основные из них:

Транспортировка кислорода к тканям. Железо входит в состав гемоглобина — белка, из которого состоят красные кровяные тельца (эритроциты). Именно железо отвечает за захват кислорода, после чего эритроциты переносят его ко всем органам и системам организма.

Метаболизм. Железо в организме человека является составной частью многих ферментов и белков, которые необходимы для обменных процессов — разрушения и утилизации токсинов, холестеринового обмена, превращения калорий в энергию. Оно также помогает иммунной системе организма справляться с агрессорами.

Человек употребляет железо с такими продуктами, как: печень, креветки, яйца, гречневая крупа, яблоки, орехи, сыр, говядина, утка, пшеница.

Недостаток железа

Нет ничего удивительного в том, что недостаток железа отражается на внешности, здоровье и самочувствии.

При дефиците этого элемента кожа становится бледной и сухой, волосы — тусклыми и слабыми, а ногти — ломкими. В уголках губ возникают незаживающие язвочки, а на кистях рук и ступнях — очень болезненные трещины. По мере снижения количества железа в организме самочувствие ухудшается — пропадает аппетит, многие замечают дискомфорт при глотании. Иногда вкусы меняются самым странным образом, например, человеку очень хочется погрызть мел или пожевать бумагу.

Люди с нехваткой железа испытывают постоянный упадок сил — они даже просыпаются уставшими. Малейшие физические нагрузки вызывают сильную одышку — так сказывается недостаток кислорода. Другие типичные симптомы дефицита железа — головокружения и даже обмороки, сонливость, раздражительность, ухудшение памяти.

Для людей, страдающих нехваткой железа, типичны постоянные простуды и кишечные инфекции. Как мы уже говорили, железо принимает непосредственное участие в работе защитной системы организма, и при его дефиците иммунитет не может вовремя отражать атаки болезнетворных бактерий.

Наверняка многим эти симптомы покажутся очень знакомыми. Ничего удивительного: по статистике ВОЗ, примерно у 60% населения планеты отмечается недостаток железа в организме, а у 30% дефицит этого элемента так велик, что речь идет уже о железодефицитной анемии — состоянии, при котором значительно понижается уровень гемоглобина.

Практическая часть: алюминий

Пути попадания алюминия в организм человека:

алюминиевая посуда и препараты, содержащие ионы алюминия

Исследование наличия ионов алюминия в еде, приготовленной в алюминиевой посуде

Цель: Мы часто используем алюминиевую посуду, поэтому мы решили исследовать безопасность алюминевой посуды.

Опыт №1

Алюминий реагирует с водой, при этом выделяется водород и образуется нерастворимый гидроксид алюминия. 2Al + 6H2O = 2 Al(OH)3 ↓ + 3H2↑

В течении 15 минут кипятил воду в алюминиевой кастрюле, затем остудила раствор и проверила его прозрачность.

Наблюдения: Никаких изменений в пробе воды, которая кипятилась в алюминиевой посуде, не наблюдала. Проделывая этот опыт, я убедилась, что оксидная пленка на металле защищает его от взаимодействия с водой, так оксид алюминия в воде не растворяется и не реагирует с ней.

Опыт №2

Алюминий взаимодействует со щелочью, при этом образуется соль и выделяется водород.

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Средство для мытья духовок и плит содержит в своём составе каустическую соду, то есть гидроксид натрия. При нанесения этого средства на алюминиевый предмет, достаточно быстро я увидел признаки реакции в виде выделяющегося газа.

Вывод: Если алюминий реагирует со щелочами, и в щелочной среде он переходит в раствор в виде солей, то приготовление и хранение пищи со щелочной реакцией среды приведет к тому, что он в виде иона он так же поступит в пищу.

Металлы

Металлы (название происходит от лат. metalum — рудник) — вещества, которые, в отличие от неметаллов (и металлоидов), обладают характерными металлическими свойствами. Эти характерные свойства металла обусловлены наличием в его кристаллической решетке свободно перемещающихся электронов. Из 107 химических элементов, известных в настоящее время, 85 относятся к металлам. Последние очень распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в глубинах суши, в водах рек, озер, морей и океанов, в составе тел животных и растений и даже в атмосфере. Самым распространенным металлом в земной коре является алюминий.

Если включить тот или иной элемент в категорию металлов, то имеется в виду наличие определенных характерных свойств: металлический блеск, хорошая электропроводность, возможность легкой обработки (пластичность), высокая плотность, высокая температура плавления, высокая теплопроводность, способность к образованию сплавов.

Неметаллы не обладают вышеуказанными свойствами и резко отличаются по внешнему виду от металлов.

Классификация всех химических элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева по металлам и неметаллам является условной. Если периодическая таблица проходит по диагонали через бор и астат, то основные подгруппы справа от диагонали — неметаллические, а основные подгруппы слева от диагонали — боковые подгруппы, а восьмая группа (за исключением инертных газов) — металлы. А элементами, находящимися рядом с разделительной линией, являются так называемые металлоиды, т.е. вещества с промежуточными свойствами (металлы и неметаллы). В том числе: бор B, кремний Si, германий Ge, мышьяк A, сурьма Sb, теллур Te, полоний Ro.

В соответствии с местом, занимаемым в периодической таблице, проводится различие между переходными металлами (элементы боковых подгрупп) и непереходными металлами (элементы основных подгрупп). Металлы основных подгрупп характеризуются тем, что их атомы последовательно заполняются на электронном s- и p-уровне. В атомах металлов боковых подгрупп находится завершение d- и f-подгрупп.

Практическая часть: железо

Опыт «Исследование содержания железа в яблоках».
Сначала провожу опыт на красном яблоке. Разрезал красное яблоко пополам, рассмотрел поперечный срез красного яблока.

Через некоторое время одна из половинок яблока, не смазанная лимонным соком потемнела, а та, что была «защищена» лимонным соком, осталась белой.

Разрезал лимон. Одну половинку яблока смазал лимонным соком, а вторую половинку красного яблока положил на тарелку срезом вверх. То же самое, в той же последовательности проделал с зелёным яблоком. Положил обе половинки зелёного яблока на тарелку срезом вверх и стал наблюдать за изменениями.

Вывод. Потемнение происходит из-за окисления железа, которое содержится в яблоках, кислородом воздуха. Кислота, которая содержится в лимонном соке, защищает срез яблока от окисления и замедляет процесс окисления.

Я заметил, что срезы красного яблока почти совсем не потемнели, значит, железа в зелёных яблоках содержится больше и они полезнее.

Заключение

Наша жизнь немыслима без металлов. В нашей творческой работе, посвящённой железу и алюминию, я расширил свои знания об этих элементах, простых веществах металлах их свойствах и применении.

Роль железа и алюминия в развитии и становлении технической культуры человечества исключительно велика. Твёрдость, пластичность, ковкость сделали их незаменимым материалом для изготовления орудий труда и производства. Выглянув на улицу, мы видим сотни автомашин, каждая из которых сделана из железа. Из сплавов железа или алюминия изготавливают тросы, мосты, рельсы, трамваи, поезда, и наконец, самолёты. Везде металлы!… Ну и в нас самих есть эти металлы. Они используются для осуществления различных процессов в организме.

В нашей теоретической части мы охарактеризовали строение и свойства железа и алюминия, применение их в медицине и описали, что бывает при избытке и недостатке ионов этих элементов.

В результате проделанной работы мы сделали выводы:

Ионы железа и алюминия оказывают жизненно важное влияние на организм человека.

Ионы алюминия в большом количестве опасны для здоровья. Поэтому следует в алюминиевой посуде только готовить, а не хранить продукты питания. Не увлекаться употреблением таблеток от изжоги.

Ионы железа благоприятно влияют на организм человека. Поэтому необходимо употреблять продукты питания богатые железом. Такие как, хурма , яблоки, грецкие орехи.

Список использованной литературы

1. Горынин И. В. и др. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Москва «Металлургия», 1978 г.
2. Хэтч Дж. Е. Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справочник. Москва, «Металлургия», 1989 г.
3. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник.
4. Краткая химическая энциклопедия. «Советская энциклопедия», 1963 г.
5. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. «Химия», 1981 г.
6. Венецкий С. И. Рассказы о металлах
7. Беккерт М.. Железо. Факты и легенды.