Лекція 5

1.

Одержання Металів та
Неметалів: Методи та
Принципи
Ця презентація призначена для студентів, аспірантів,
лабораторних працівників та викладачів хімічних спеціальностей.
Ми розглянемо ключові методи одержання металів та неметалів,
що використовуються в сучасній хімії та промисловості.

2.

Відновлення Воднем та Гідрування
Відновлення воднем
Реакції гідрування
Використання водню як відновника для отримання
Приєднання водню до ненасичених сполук,
металів з їх оксидів, особливо для металів
важливе для органічного синтезу та
середньої та низької активності.
промисловості.
Водень є одним із найпоширеніших відновників, його використання дозволяє отримувати чисті метали та
модифікувати органічні сполуки.

3.

Відновлення Воднем: Принципи та Застосування
Водень ефективно відновлює метали із їхніх оксидів, особливо тих, що
мають середню або низьку активність (Cu, Fe, Pb, Zn). Цей екологічно
чистий метод широко використовується у металургії та лабораторному
синтезі.
Загальний принцип реакції:
Металевий оксид + H_2 → Метал + H_2O
Приклади:
Відновлення міді: CuO + H₂ → Cu + H₂O
Відновлення оксиду заліза: Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

4.

Одержання Металів та Неметалів з Оксидів
Оксиди є ключовою сировиною для отримання чистих елементів. Метод відновлення залежить від активності
металу.
Малореакційні метали
Метали середньої активності
(Cu, Hg, Ag, Au): добувають
Активні метали
(Na, Mg, Al, Ca): потребують
простим нагріванням оксиду,
(Fe, Zn, Pb, Sn): відновлюють
електролізу розплавів або
наприклад: 2HgO → 2Hg + O₂.
вуглецем, оксидом вуглецю(II)
металотермії через високу
або воднем, наприклад: Fe₂O₃
спорідненість до кисню.
+ 3CO → 2Fe + 3CO₂.
Відновлення з оксидів є основою традиційної та сучасної металургії.

5.

Металотермічні Методи: Алюмінотермія та Магнійтермія
Металотермія – це відновлення оксидів або солей металів активнішими металами, які мають більшу спорідненість до кисню.
Алюмінотермія
Відновник: порошкоподібний алюміній.
Високоекзотермічна реакція, що виділяє велику кількість тепла.
Приклад: Fe₂O₃ + 2Al → 2Fe + Al₂O₃ + Q
Використання: добування Fe, Cr, Mn, V, Mo; термітне зварювання.
Магнійтермія
Відновник: магній.
Приклад: TiCl₄ + 2Mg → Ti + 2MgCl₂
Використання: добування Ti, Zr, U, Be; часто в інертному середовищі.

6.

Одержання Металів Відновленням з Водних Розчинів Солей
Цей гідрометалургійний метод ґрунтується на заміщенні іонів металів у розчині іншими, більш активними металами.
Приклад реакції
Принцип заміщення
Більш активний метал (Me') витісняє менш активний метал
CuSO₄ + Fe → Cu↓ + FeSO₄, де залізо відновлює мідь із
розчину.
(Me) з розчину його солі: Meⁿ⁺ + Me' → Me + Me'ⁿ⁺.
Застосування
Обмеження
Використовується для очищення розчинів, добування Cu,
Дуже активні метали (Na, K, Ca) не можуть бути добуті цим
Zn, Ag, Au, а також для відновлення дорогоцінних металів з
методом, оскільки вони реагують з водою.
вторинної сировини.
Метод є економічним, дозволяє працювати з розведеними розчинами та використовує просте обладнання.

7.

Електрохімічні методи
Електроліз Розплавів та Розчинів Солей
Температура
Низька (кімнатна)
Висока (розплав)
Доступність
Простіше організувати
Потрібне спецобладнання
Метали, що
Cu, Ag, Zn, Ni
Na, K, Ca, Al, Mg
Можливе виділення H₂ або O₂
Мінімальні
добуваються
Побічні реакції
Електроліз є ключовим методом для одержання чистих металів, особливо тих, які неможливо отримати іншими
способами.

8.

Електросинтез, Рафінування та Гальванопластика
Ці електрохімічні методи дозволяють не лише добувати, але й очищувати метали та створювати складні металеві вироби.
1
Електросинтез
Хімічне синтезування нових сполук на електродах за допомогою електричного струму. Застосовується для добування
фтору, хлорної кислоти та в органічному синтезі.
2
Рафінування металів
Очищення металів від домішок електролізом (наприклад, міді до 99,99%). Неочищений метал слугує анодом, а чистий
осаджується на катоді.
3
Гальванопластика
Осадження товстого шару металу на форму для створення точних копій (копії монет, друковані плати). Відрізняється від
гальванопокриття тим, що створює самостійний об'єкт.
Ці процеси є важливими для отримання високоякісних продуктів у хімічній промисловості та сучасному виробництві.

9.

Порошкова Металургія: Від Одержання до Застосування
Порошкова металургія дозволяє отримувати метали, сплави та композиційні матеріали шляхом пресування та спікання порошків.
Одержання порошку
Механічне подрібнення, відновлення оксидів, електроліз, розпилення розплавів.
Підготовка
Змішування компонентів, додавання змащувачів.
Формування
Пресування порошку в заготовки ("зелені тіла").
Спікання
Нагрівання заготовок до температури нижче точки плавлення для утворення монолітного матеріалу.
Оздоблення
Механічна та термічна обробка.
Цей метод забезпечує високу точність, економію матеріалів та дозволяє виготовляти деталі зі складними формами.

10.

Ключові Висновки
• Різноманіття методів: Одержання металів та неметалів залежить від їхньої активності та властивостей,
використовуючи відновлення воднем, оксидів, металотермію, електрохімічні процеси та порошкову металургію.
• Технологічна важливість: Кожен метод має свої переваги та недоліки, застосовується для конкретних цілей у
промисловості, науці та побуті.
• Екологічні аспекти: Сучасні методи прагнуть до підвищення чистоти продукту та мінімізації негативного впливу на
довкілля.
Дякую за увагу!