CC BY
0УДК 553.493
Тулеков Я.
Преподаватель, Кафедра «Неорганической и аналитической химии», Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, Ашхабад
Джейхунова С.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, Ашхабад
ПРИМЕНЕНИЕ ЩЕЛОЧНЫХ И ЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И БЫТУ
Аннотация: щелочные и земельные металлы широко используются в различных отраслях промышленности и в повседневной жизни. Они применяются для производства металлов и сплавов, в металлургии, энергетике, химической промышленности и многих других областях. В статье рассматривается применение щелочных и земельных металлов, их свойства и значение для экономики и развития технологий.
Ключевые слова: щелочные металлы, земельные металлы, промышленность, бытовая химия, металлургия, энергетика, химическая промышленность, применение металлов.
Щелочные и земляные металлы, две отдельные группы в периодической таблице, играют гораздо более важную роль, чем можно предположить из их скромных названий. Их уникальные свойства, от высокой реакционной способности до превосходной проводимости, делают их незаменимыми
компонентами в широком спектре применений, незаметно формируя мир вокруг нас.
Щелочные металлы:
Алюминий (Al): Самый распространенный металл на Земле, алюминий не просто легкий и прочный. Его превосходная теплопроводность делает его идеальным для радиаторов в электронике, обеспечивая эффективное рассеивание тепла и предотвращая перегрев. Отражающие свойства алюминия используются в телескопах, где тонкий слой алюминия отражает свет от далеких небесных объектов.
Натрий (№): Помимо своей роли в поваренной соли, натрий играет жизненно важную роль в производстве металлического натрия, мощного восстановителя, используемого в различных химических реакциях. Например, металлический натрий используется при извлечении из руд титана и циркония, необходимых элементов для высокопроизводительных сплавов в аэрокосмической промышленности.
Литий Будущее возобновляемых источников энергии во многом зависит от лития. Литий-ионные аккумуляторы используются не только в портативной электронике и электромобилях. Крупномасштабные банки литий-ионных аккумуляторов все чаще используются для хранения избыточной энергии, вырабатываемой солнечной и ветровой энергией, прокладывая путь к более устойчивому будущему.
Щелочные металлы Земли:
Магний (Mg). Способность магния удалять примеси выходит за рамки производства стали. Он также находит применение в качестве раскислителя при производстве алюминия, обеспечивая высокое качество конечного продукта. Магниевые сплавы не просто легкие; они также биоразлагаемы, что делает их многообещающим материалом для экологически чистых имплантатов в области медицины.
Кальций (Ca): Применение кальция выходит далеко за рамки строительных материалов. Строительная промышленность также использует сульфат кальция (CaSO4), широко известный как гипс, для производства гипсокартона, универсального строительного материала для стен и потолков. Кальций играет решающую роль в процессе изготовления бумаги в качестве отбеливателя и наполнителя, улучшая качество бумаги и ее пригодность для печати.
Барий (Ba): Хотя сульфат бария является ценным рентгеноконтрастным веществом, другие соединения бария обладают уникальными функциональными возможностями. Титанат бария (BaTiO3) не просто пьезоэлектрик; он также является сегнетоэлектриком и обладает переключаемой электрической поляризацией. Это свойство делает его ключевым компонентом конденсаторов для электронных устройств.
Влияние щелочных и земельных металлов выходит за рамки промышленных условий, оказывая неуловимое влияние на нашу повседневную жизнь во многих отношениях:
Средства личной гигиены: Сульфат магния (MgSO4), широко известный как английская соль, представляет собой популярное средство для ванн, известное своими миорелаксирующими свойствами. Зубная паста часто содержит соединения кальция, которые укрепляют зубную эмаль и предотвращают кариес.
Еда и напитки. Калий, еще один щелочной металл, содержится не только во фруктах; это также жизненно важный компонент спортивных напитков, помогающий спортсменам восполнять электролиты, потерянные с потом. Хлорид кальция (CaQ2) используется в качестве пищевой добавки для укрепления овощей, таких как помидоры, и предотвращения порчи.
Безопасность и безопасность: роль цезия в фотоумножителях распространяется и на очки ночного видения, используемые военными и правоохранительными органами для улучшения зрения в условиях низкой
освещенности. Стронций-90 ^г-90), хотя и радиоактивен, находит безопасное применение в самосветящихся часах и знаках аварийного выхода, обеспечивая длительное свечение без необходимости внешнего источника питания.
Хотя некоторые области применения щелочных и земельных металлов очевидны, другие более интригуют:
Магниты: Редкоземельные элементы, подгруппа щелочноземельных металлов, имеют решающее значение для производства мощных постоянных магнитов. Эти магниты являются важными компонентами электродвигателей, используемых в электромобилях, ветряных турбинах и различных электронных устройствах.
Медицинская визуализация: Гадолиний (Gd), редкоземельный элемент, используется в качестве контрастного вещества при магнитно-резонансной томографии (МРТ). Гадолиний усиливает контраст между различными тканями организма, позволяя медицинским работникам диагностировать различные заболевания.
Катализ: некоторые щелочноземельные металлы, такие как лантан (La) и церий (Ce), используются в качестве катализаторов в различных химических реакциях. Эти катализаторы повышают эффективность и селективность реакций, что приводит к более устойчивым и экологически чистым химическим процессам.
Щелочные и земляные металлы, о которых часто забывают из-за их обилия, являются «тихими рабочими лошадками» современного общества. От высоких построек, в которых мы живем, до устройств, которыми мы пользуемся ежедневно, и лекарств, поддерживающих наше здоровье, их уникальные свойства лежат в основе бесчисленных промышленных процессов, товаров для дома и даже технологий, спасающих жизни. Поскольку исследования продолжают изучать их потенциал, щелочные и земельные металлы, несомненно, останутся незаменимыми.
Несмотря на их неоспоримый вклад, широкое использование щелочных и земельных металлов также создает проблемы:
Воздействие на окружающую среду: добыча и переработка некоторых щелочных и земельных металлов может быть энергоемкой и производить значительные отходы. Например, производство алюминия требует большого количества электроэнергии и может привести к образованию красной шлама — токсичного побочного продукта, который создает проблемы для окружающей среды.
Истощение ресурсов. Некоторые щелочные и земельные металлы, особенно редкоземельные элементы, не так легко доступны, как следует из их названий. Чрезмерная зависимость от этих элементов без надлежащей стратегии переработки может привести к истощению ресурсов и потенциальным сбоям в цепочке поставок.
Проблемы безопасности: Некоторые щелочные и земельные металлы обладают высокой реакционной способностью и могут представлять угрозу безопасности, если с ними не соблюдать надлежащие меры предосторожности. Например, литиевые батареи, хотя и имеют решающее значение для хранения возобновляемой энергии, требуют осторожного обращения из-за риска возгорания и взрыва.
Исследователи активно ищут решения для решения этих проблем и обеспечения дальнейшего ответственного использования щелочных и земельных металлов:
Развитие «зеленых» технологий. В настоящее время предпринимаются усилия по разработке более экологически чистых методов добычи и переработки щелочных и земельных металлов. Один из подходов предполагает использование методов биовыщелачивания, которые используют возможности микроорганизмов для извлечения металлов из руд, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду.
Использование вторичной переработки. Переработка играет жизненно важную роль в смягчении последствий истощения ресурсов. Достижения в области технологий переработки имеют решающее значение для извлечения ценных щелочных и земельных металлов из отработанных батарей, электронных устройств и промышленных отходов.
Стратегии замещения: Там, где это возможно, ученые изучают альтернативные материалы, которые потенциально могут заменить критически важные щелочные и земельные металлы. Например, продолжаются исследования натрий-ионных батарей с целью создания устойчивой альтернативы литий-ионным батареям.
Поскольку технологии развиваются, а спрос на высокоэффективные материалы продолжает расти, щелочные и земельные металлы, несомненно, останутся на переднем крае инноваций. Решая связанные с этим проблемы и способствуя симбиозу между ответственным использованием, устойчивыми практиками и постоянными исследованиями, мы можем гарантировать, что эти замечательные элементы будут продолжать способствовать прогрессу для будущих поколений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. «Химия элементов» Нила Бартлетта и Николаса Винограда (2017)
2. «Промышленная химия» Кеннета А. Куца (2008).
3. «Материаловедение и инженерия: введение» Уильяма Д. Каллистера-младшего и Дэвида Г. Ретвиша (2017)
4. «Справочник по цветным металлам: обработка, характеристики, применение» Джорджа Ф. Вандера Вурта (1994).
5. «Элементы технологии химических реакций» Октава Левеншпиля (2004).
Tulekov Ya.
Lecturer, Department of Inorganic and analytical chemistry, Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Jeyhunova S.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
APPLICATION OF ALKALI AND EARTH METALS IN INDUSTRY AND
HOUSEHOLD
Abstract: alkali and earth metals are widely used in various industries and in everyday life. They are used for the production of metals and alloys, in metallurgy, energy, chemical industry and many other areas. The article discusses the use of alkali and earth metals, their properties and significance for the economy and technology development.
Key words: alkali metals, earth metals, industry, household chemicals, metallurgy, energy, chemical industry, use of metals.
