- Millised tuntud igapäevatooted on valmistatud sulamitest?
- Miks vajame mitmeid erinevaid sulameid?
- Millised on nende sulamite omadused?
Sulamid meditsiinis
Narvas tegutsev innovaatiline ja rahvusvahelist kuulsust koguv ettevõte toodab titaanist detaile auto-, keemia- ja meditsiinitööstusele. Näiteks valmistatakse seal luude parandamiseks mikroskoopilisi titaanist kruvisid ning hammaste ja keskkõrva raviks vajalikke imepisikesi implantaate. Titaani kasutatakse peamiselt seetõttu, et see on äärmiselt vastupidav ja üks väheseid materjale, mis luuga hästi seostub ja mida inimorganism kergesti omaks võtab.
Tsink
Tsink on keskmise aktiivsusega metall ning esineb seetõttu looduses ühenditena. Tsingi ühendeid ja sulameid tuntakse juba muinasajast, puhast metalli hakati tootma alles 18. sajandil. Tsink on sinakas hõbehall keskmise kõvadusega habras ja keemilistelt keskmise aktiivsusega metall. Metall kattub õhus kiiresti oksiidikihiga (ZnO), niiskes õhus korrodeerub metall CO2 toimel aeglaselt. Tsink reageerib kergesti hapete lahustega, kust tõrjub välja vesinikku.
Tsink on tähtis metall ning toodangu mahult raua, alumiiniumi ja vase järel 4. kohal. Tsinki kasutatakse kõige enam korrosioonitõrjes ohverdusmetallina (vt ptk 7.3), aga samuti akudes ja sulamites. Tsingiga kaetud terasest autokered ei roosteta isegi siis, kui värvikiht on kahjustatud, sest tsink on rauast aktiivsem ja oksüdeerub enne. Tsingi oksüdeerumisel Zn2+-iooniks eralduvat energiat kasutatakse ära patareides energiaallikana. Erinevalt liitiumioonakudest ei saa enamikku tsingil põhinevaid patareisid uuesti laadida, kuna neis tekkinud aineid ei saa elektrivoolu toimel tagasi lähteaineteks muundada.
- Tsink on helekollane keskmise kõvadusega habras metall.
- Tsink on keskmise aktiivusega metall ja esineb seetõttu looduses peamiselt ühenditena.
- Õhu toimel oksüdeerub tsink kiiresti ja kattub oksiidikihiga.
- Toodangu mahult on tsink maailmas raua, alumiiniumi, vase ja titaani järel viiendal kohal.
- Kõige rohkem leiab tsink kasutust patareides.
Lisalugemine
Patarei tööpõhimõte
Patarei on keemiline vooluallikas. Keemiliseks vooluallikaks nimetatakse seadet, milles tekib elektrivool keemilise reaktsiooni tulemusel. Näiteks tsinkpatarei koosneb silindrikujulisest tsinkkestast, mille keskel paikneb süsinikvarras. Tsinkpatarei on täidetud niiske ammooniumkloriidi (NH4Cl), mangaan(IV)oksiidi (MnO2) ja söepulbri seguga.
Tsinkpatareis toimuva keemilise reaktsiooni käigus tsink (Zn) oksüdeerub tsinkiooniks (Zn2+) ja mangaan(IV)oksiid (MnO2) redutseerub mangaan(III)oksiidiks (Mn2O3), mangaan(III)hüdroksiidiks (MnOOH) või mangaan(II)hüdroksiidiks (Mn(OH)2). Elektronide ülekandumisel tekibki elektrivool.
Tina, plii ja jootetina
Tina ja plii on looduses suhteliselt vähe levinud, peamiselt sulfiidsete ja oksiidsete maakidena. Tina ja pliid tunneb inimkond juba tuhandeid aastaid, neid on kerge maakidest toota. Tina on kasutatud koos vasega pronksi saamiseks.
Tina on hõbedane kergesti töödeldav pehme (Mohsi skaalal 1,5, küünega kriimustatav) madala sulamistemperatuuriga (232 ℃) metall. Üle poole tina toodangust läheb mitmesuguste sulamite valmistamiseks. Näiteks vasest ja tinast valmistatakse pronksi. Umbes kolmandik kasutatakse terasest konservikarpide sisemuse katmiseks, kuna tina on vähetoksiline ja keemiliselt suhteliselt püsiv.
Plii on sinakas hõbehall metall. See on sama pehme kui tina ja selle sulamistemperatuur on 327 °C. Pea pool toodetavast pliist kasutatakse pliiakudes. Plii neelab hästi radioaktiivset ja röntgenikiirgust ja sellest valmistatakse kaitseekraane. Plii ja selle ühendid on väga mürgised ning toidunõudes seda kasutada ei tohi.
Jootetina on plii ja tina sulam. Jootetina kasutatakse peamiselt elektriseadmetes metallkontaktide jootmiseks, st metalldetailid ühendatakse sulametalliga ehk joodisega. Kuigi jootetina koosneb 63% tinast ja 37% pliist, on selle sulamistemperatuur mõlema puhta metalli omast madalam, s.o 183 °C. Jootetina on mugav kasutada ka koduse jootekolviga, sest see ei vaja väga kõrget temperatuuri. Jootetina tuleb kasutada hästi õhutatud ruumis ja järgides ohutusnõudeid, sest kuumutamise käigus eralduvad pliiühendid kahjustavad tervist. Tänapäeval on võimalik kasutada ka pliivaba jootetina, mis sisaldab näiteks 99,3% tina ja 0,7% vaske.
- Toksiline
- Pronksi koostisaine
- Sulamistemperatuur >300 ℃
- Neelab eriti hästi radioaktiivset ja röntgenikiirgust
- Sulamistemperatuur <300 ℃
- Kasutatakse konservikarpide valmistamisel
- Vähetoksiline
- Kasutatakse peamiselt akudes
- Kasutatakse peamiselt sulamite valmistamisel
Titaan ja nitinool
Titaan on üks korrosioonile vastupidavamaid metalle, sest moodustab hapniku toimel tiheda ja vastupidava oksiidikihi nagu alumiinium ja kroomgi. Titaani kõige tähtsam omadus on selle tugevus. Puhas titaan on paljudest terastest tugevam, kuid seejuures oluliselt väiksema tihedusega. Enamik toodetavast titaanist kasutatakse selle omaduste tõttu lennukiehituses ja kosmoseseadmetes.
Titaan on hinnatud metall ka meditsiinis, eelkõige luude asendamiseks. See ei purune ja on suhteliselt väikse tihedusega. Tähtsaim titaani omadus seejuures on selle sobivus organismiga: see ei oksüdeeru, keha ei hakka titaanist implantaadi vastu antikehi tootma ning luu kasvab titaaniga tihedalt kokku.
Nitinool on titaani (50%) ja nikli (50%) sulam. Nitinool on nn mälumetall, st pärast deformeerumist saab eseme esialgse kuju taastada, kui seda kuumutada. Nitinool on ka ülimalt elastne, seda on võimalik tugevalt painutada, enne kui see puruneb. Nitinooli kasutatakse meditsiinis väikese tiheduse ja painduvuse tõttu näiteks hambaklambrites ja prilliraamides.
Ma tean, et
- Metallidel ja nende sulamitel on erinevad omadused, mistõttu saab neid kasutada mitmesuguseks otstarbeks.
- Jootetina on tina ja plii sulam.
- Nitinool on titaani ja nikli sulam.
Jätan meelde!
Metall | Omadused | Sulam |
Tsink | Keskmise kõvadusega, keskmise aktiivsusega, odav, kergesti töödeldav; kasutatakse korrosioonitõrjes, aakudes | Messing – tsingi ja vase sulam, akustilised omadused; valmistatakse puhkpille |
Tina | Kergesti töödeldav, pehme; kasutatakse, sulamite valmistamiseks, konservikarpide sisemuses | Jootetina – tina ja plii sulam; kasutatakse elektriliste seadmete kontaktide ühendamiseks |
Plii | Pehme, mürgine, neelab hästi radioaktiivset ja röntgenikiirgust; kasutatakse pliiakudes | |
Titaan | Tugev, korrosioonikindel, väikese tihedusega, sobib inimorganismiga; kasutatakse lennukiehituses, meditsiinis | Nitinool (nn mälumetall) – titaani ja nikli sulam, väga elastne; kasutatakse hambaklambrites |
Küsimused ja ülesanded
- Miks saab tsinki kasutada korrosioonitõrjes ohverdusmetallina?
- Miks on tina ja plii olulised metallid?
- Kirjelda titaani ja nimeta selle kasutusvaldkondi.
