- 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 titaan on äärmiselt vastupidav ja see on üks väheseid materjale, mis luuga hästi seostub ja mida inimorganism kergesti omaks võtab.

Tsink
Tsink on tähtis metall ning toodangu mahult raua, alumiiniumi ja vase järel neljandal kohal. Tsink on suhteliselt aktiivne ning esineb seetõttu looduses ühenditena. Tsingi ühendeid ja sulameid tuntakse juba muinasajast, puhast metalli hakati tootma alles 18. sajandil. Tsink on sinakashõbehall keskmise kõvadusega habras ja keemiliselt keskmise aktiivsusega metall. Metall kattub õhus kiiresti oksiidikihiga (ZnO), niiskes õhus korrodeerub metall CO2 toimel aeglaselt. Tsink reageerib kergesti hapete lahustega, kust tõrjub välja vesiniku.

Tsinki kasutatakse kõige enam korrosioonitõrjes ohverdusmetallina, 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 ühendites.
- 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)ioon (Mn4+) redutseerub mangaan(III)iooniks (Mn3+). Elektronide ülekandumisel tekibki elektrivool.

Tina, plii ja jootetina
Tina ja plii on perioodilisustabeli IVA rühma metallid. Mõlemad 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. 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 ℃. 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 metallide 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 ℃. Seetõttu on jootetina mugav kasutada ka koduse jootekolviga, sest see ei vaja väga kõrget temperatuuri. Jootetina kasutatakse peamiselt elektrilistes seadmetes kontaktide ühendamiseks.



- Neelab eriti hästi radioaktiivset ja röntgenikiirgust
- Vase koostisaine
- Sulamistemperatuur >300 ℃
- Kasutatakse peamiselt sulamite valmistamisel
- Sulamistemperatuur <300 ℃
- Kasutatakse peamiselt akudes
- Vähetoksiline
- IVA rühma 6. perioodi metall
- IVA rühma 5. perioodi metall
- Toksiline
- Kasutatakse konservikarpide valmistamisel
Titaan ja nitinool
Titaan on omadustelt väljapaistev metall: sel on suurepärased mehaanilised ja keemilised omadused. See 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 kergem.
Enamik toodetavast titaanist kasutatakse selle omaduste tõttu lennukiehituses ja kosmoseseadmetes. Näiteks koosnesid paljud Saturni kuule Titaanile maandunud Cassini-Huygensi sondi osad titaanist või selle sulamitest.
Titaan on hinnatud metall ka meditsiinis, eelkõige luude asendamiseks. See ei purune ja pole liiga raske. 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. Lisaks on nitinool ülimalt elastne, seda on võimalik tugevalt painutada, enne kui see puruneb. Nitinooli kasutatakse meditsiinis näiteks hambaklambrites ja prilliraamides kerguse ja painduvuse tõttu.

Ma tean, et ...
- Metallidel ja nende sulamitel on erinevad omadused, mistõttu saab neid kasutada erinevaks otstarbeks.
- Jootetina on tina ja plii sulam.
- Nitinool on titaani ja nikli sulam.
Küsimused
- Miks saab tsinki kasutada korrosioonitõrjes ohverdusmetallina?
- Mille poolest on tina ja plii olulised metallid?
- Iseloomusta titaani ja selle kasutusvaldkondi.