Samenvatting Smart Materials hoofdstuk 21
21.1 Bronnen van metallische elementen
Meeste metalen komen in de natuur voor als mineralen
- Mineralen: kristallijne, anorganische bestanddelen uit de aard korst
- Meest voorkomende mineralen: silicaten en aluminosilicaten
(moeilijk te gebruiken onbelangrijk als commerciële bron van
mineralen)
- Meer belangrijk: oxiden en sulfiden
- Ertsen: minerale afzettingen waaruit metalen economisch kunnen
worden geproduceerd
Plekin periodiek systeem d-orbitalen:
- Links in d-blok: komen vooral voor al oxiden
- Rechts in d-blok: komen vooral voor als sulfiden
- Minder elektronegatieve metalen vormen ionische stoffen door het
verliezen van een elektron aan hoge elektronegatieve niet-metalen,
zoals zuurstof
- Meer elektronegatieve metalen + minder elektronegatieve niet-
metalen, zoals zwavel
Geen oxides van s-blok: s-blok metalen zijn sterk basisch en veel te
reactief om voor te komen in een omgeving die zuuroxides bevat
- s-blok metalen komen in de natuur voor als carbonaten, silicaten en
(Na en K) als chlorieten
- Alleen goud en de platina-metalen (Ru, Os, Rh, Ir, Pd en Pt) zijn niet
reactief genoeg om voor te komen in ongebonden vorm als vrije
metalen
21.2 Metallurgie
Erts: complex mengsel van een metaal-bevattend mineraal en een
economisch waardeloos materiaal (ganggesteente)
- Ganggesteente: zand, klei en andere onzuiverheden
Extractie van een metaal van zijn erts:
1. Concentratie van de erts en eventuele voorbehandeling voor
reductie
2. Reductie van mineraal tot vrij metaal
3. Raffinage of zuivering van het metaal
Andere aspecten van metallurgie: maken van legeringen, vaste
metallische oplossing bestaande uit twee of meer elementen
Ertsen zijn geconcentreerd door het scheiden van het mineraal van het
ganggesteente
- Verschillende scheidingsmethoden, door de verschillende
eigenschappen
- Flotatie (metaal sulfide ertsen): proces dat verschillen laat zien in
het vermogen van water en olie om de oppervlakken van mineraal
, en ganggesteente nat te krijgen het ganggesteente zinkt naar de
bodem door de ionische silicaten die worden vervuild door polaire
water moleculen mineralen (bevatten minder polaire metaal
sulfiden) worden gecoat met een apolaire olie en komen vast te
zitten aan de zeepbubbels (oppervlak)
- Roosteren: verhitten van het mineraal in de lucht
Reductie:
- Geconcentreerde erts vrij metaal
- Chemische reductie of elektrolyse (afhankelijk van
reductiepotentiaal)
- Meest actieve metalen hebben het meest negatieve standaard
reductiepotentiaal reductie met elektrolyse (Li, Na, Mg)
- Minst actieve metalen (meest positief potentiaal) zijn het
makkelijkste te reduceren chemische reductie (met O2, C en H2)
Raffinage:
- Voor de meeste toepassingen moeten metalen verkregen uit ertsen
worden gezuiverd
- Destillatie, chemische zuivering en elektroraffinage
21.3 IJzer en staal
IJzer is het grootste bestanddeel van staal
Hoogoven:
- Grote reactor waarin ijzer wordt geproduceerd door koolmonoxide
reductie tot ijzererts
- In: ijzererts, coke en kalksteen (zorgt voor scheiding ganggesteente
van ijzererts)
- Er wordt hete lucht ingeblazen aan de onderkant
- Coke en kalksteen hebben een hoger kookpunt er wordt
gesmolten ijzer gewonnen
- Ook wordt er metaalschuim (CaSiO3) verkregen kleinere dichtheid
wordt boven het ijzer weggehaald
- Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (l) + 3 CO2 (g)
Elementair zuurstof proces:
- Gesmolten ijzer (uit hoogoven) wordt overgebracht naar een vat
puur zuurstofgas
- De oven is bekleed met basische oxides zoals CaO
- Onzuiverheden in het ijzer worden geoxideerd en de zuur oxides
vormen een reactie met de basische oxides (verwijdering
metaalschuim)
Extra: hoofdstuk 10
Ionische vaste stoffen (NaCl):
- Geordend in 3D structuur
- Ionische bindingen
Moleculaire vaste stoffen (ijs):
- Intermoleculaire krachten
21.1 Bronnen van metallische elementen
Meeste metalen komen in de natuur voor als mineralen
- Mineralen: kristallijne, anorganische bestanddelen uit de aard korst
- Meest voorkomende mineralen: silicaten en aluminosilicaten
(moeilijk te gebruiken onbelangrijk als commerciële bron van
mineralen)
- Meer belangrijk: oxiden en sulfiden
- Ertsen: minerale afzettingen waaruit metalen economisch kunnen
worden geproduceerd
Plekin periodiek systeem d-orbitalen:
- Links in d-blok: komen vooral voor al oxiden
- Rechts in d-blok: komen vooral voor als sulfiden
- Minder elektronegatieve metalen vormen ionische stoffen door het
verliezen van een elektron aan hoge elektronegatieve niet-metalen,
zoals zuurstof
- Meer elektronegatieve metalen + minder elektronegatieve niet-
metalen, zoals zwavel
Geen oxides van s-blok: s-blok metalen zijn sterk basisch en veel te
reactief om voor te komen in een omgeving die zuuroxides bevat
- s-blok metalen komen in de natuur voor als carbonaten, silicaten en
(Na en K) als chlorieten
- Alleen goud en de platina-metalen (Ru, Os, Rh, Ir, Pd en Pt) zijn niet
reactief genoeg om voor te komen in ongebonden vorm als vrije
metalen
21.2 Metallurgie
Erts: complex mengsel van een metaal-bevattend mineraal en een
economisch waardeloos materiaal (ganggesteente)
- Ganggesteente: zand, klei en andere onzuiverheden
Extractie van een metaal van zijn erts:
1. Concentratie van de erts en eventuele voorbehandeling voor
reductie
2. Reductie van mineraal tot vrij metaal
3. Raffinage of zuivering van het metaal
Andere aspecten van metallurgie: maken van legeringen, vaste
metallische oplossing bestaande uit twee of meer elementen
Ertsen zijn geconcentreerd door het scheiden van het mineraal van het
ganggesteente
- Verschillende scheidingsmethoden, door de verschillende
eigenschappen
- Flotatie (metaal sulfide ertsen): proces dat verschillen laat zien in
het vermogen van water en olie om de oppervlakken van mineraal
, en ganggesteente nat te krijgen het ganggesteente zinkt naar de
bodem door de ionische silicaten die worden vervuild door polaire
water moleculen mineralen (bevatten minder polaire metaal
sulfiden) worden gecoat met een apolaire olie en komen vast te
zitten aan de zeepbubbels (oppervlak)
- Roosteren: verhitten van het mineraal in de lucht
Reductie:
- Geconcentreerde erts vrij metaal
- Chemische reductie of elektrolyse (afhankelijk van
reductiepotentiaal)
- Meest actieve metalen hebben het meest negatieve standaard
reductiepotentiaal reductie met elektrolyse (Li, Na, Mg)
- Minst actieve metalen (meest positief potentiaal) zijn het
makkelijkste te reduceren chemische reductie (met O2, C en H2)
Raffinage:
- Voor de meeste toepassingen moeten metalen verkregen uit ertsen
worden gezuiverd
- Destillatie, chemische zuivering en elektroraffinage
21.3 IJzer en staal
IJzer is het grootste bestanddeel van staal
Hoogoven:
- Grote reactor waarin ijzer wordt geproduceerd door koolmonoxide
reductie tot ijzererts
- In: ijzererts, coke en kalksteen (zorgt voor scheiding ganggesteente
van ijzererts)
- Er wordt hete lucht ingeblazen aan de onderkant
- Coke en kalksteen hebben een hoger kookpunt er wordt
gesmolten ijzer gewonnen
- Ook wordt er metaalschuim (CaSiO3) verkregen kleinere dichtheid
wordt boven het ijzer weggehaald
- Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (l) + 3 CO2 (g)
Elementair zuurstof proces:
- Gesmolten ijzer (uit hoogoven) wordt overgebracht naar een vat
puur zuurstofgas
- De oven is bekleed met basische oxides zoals CaO
- Onzuiverheden in het ijzer worden geoxideerd en de zuur oxides
vormen een reactie met de basische oxides (verwijdering
metaalschuim)
Extra: hoofdstuk 10
Ionische vaste stoffen (NaCl):
- Geordend in 3D structuur
- Ionische bindingen
Moleculaire vaste stoffen (ijs):
- Intermoleculaire krachten
