Teisi tuntud metalle ja sulameid

  • 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.

Titaanist valmistatakse hambaraviks vajalikke detaile

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.

Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2

Tsinki on odav ja hästi töödeldav, seetõttu valmistatakse tsingist muu hulgas ka orelivilesid

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.

Elektrilistes seadmetes ühendatakse detailid jootes
      • 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.

      Nitinooli kasutatakse hambaklambrite valmistamiseks

      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.