Wynalazki ktre zmieniy wiat Metale i ich stopy

Wynalazki, które zmieniły świat - Metale i ich stopy Szkło i materiały ceramiczne Papier Mydła i detergenty Leki Ropa naftowa i produkty jej przetwarzania Włókna i tworzywa Materiały wybuchowe

Metale i ich stopy v Metale – ciała stałe (wyjątek Hg), kowalne, ciągliwe, dają się walcować, podatne na odkształcenia, z reguły białe z srebrzystym połyskiem, bardzo dobre przewodniki prądu i ciepła v. Epoka miedzi (ok. 5000 r. p. n. e. ) – narzędzia, broń i ozdoby v. Epoka brązu (ok. 3400 r. p. n. e) – stop Cu, Sn, Zn o większej twardości niż miedź v. Epoka żelaza (ok. 1200 r. p. n. e)

Stopy metali – mieszaniny metali i niemetali (C, Si, P, S) charakteryzują się lepszymi właściwościami fizycznymi – twardością, podatnością na odkształcanie, właściwościami chemicznymi – zwiększona odporność na korozję metali i działanie czynników chemicznych Ważniejsze rodzaje stopów metali Nazwa Brązy Mosiądze Stal Żeliwo Duraluminium Główny skład. stopu Cu ≥ 80% Cu lub Zn Fe Fe Al ok. 95% Domieszki metali i niemetali Sn ≤ 20% Zn, P, Si, Pb Czerwony ≤ 20% Zn (tombak) Żółty 20 – 60% Zn Biały 60 – 80% Zn C < 1, 7%, i < 0, 3% Cr, Mn, Ti, Ni C 2 – 4%, Si, Mn 3 -5% Cu, 0, 5 -2% Mg Mn ≤ 1% Zastosowa -nie / właściwości monety, dzwony, pomniki, przewody elektryczne Tombak – biżuteria Żółty – części maszyn, okrętów i przedmiotów codziennego użytku Stal nierdzewna chromowoniklowa 18%Cr i 8% Ni Odlewy o dużej twardości jednak kruche Stop o dużej wytrzymałoś ci i twardości o 3 -krotnie lżejszy od stali

Procesy zachodzące w piecu hutniczym Etapy wytapiania żelaza: ØSpalanie koksu w celu otrzymania energii cieplnej üC + O 2 CO 2 ØRedukcja CO 2 do CO üCO 2 + C 2 CO ØRedukcja tlenków żelaza do żelaza wolnego üFe 2 O 3 + CO 2 Fe O+ CO 2 üFe. O + CO Fe + CO 2 ØTopniki Ca. CO 3 + Si. O 2 umożliwiają usunięcie trudnotopliwych zanieczyszczeń: üCa. CO 3 Ca. O + CO 2 üCa. O + Si. O 2 Ca. Si. O 3 üMetakrzemiany mają mniejszą gęstość niż surówka i zalegają na jej powierzchni

Stopy żelaza: żeliwo i stale v Surówki: Ø Szara zawiera od 2 do 4% C, przerabia się na żeliwo: stop twardy, kruchy, nieodporny na uderzenia, wykonuje się odlewy i obrabia się przez skrawanie, nie można walcować, kuć, spawać Ø Biała zawiera do 2% C, przerabia się na stal, stop podatny na kucie, walcowanie, prasowanie można spawać i poddawać skrawaniu, hartować

Szkło i materiały ceramiczne (1/5) v Szkło – mieszanina Si. O 2 oraz : Ø metakrzeminów(IV) głównie wapnia i sodu (szkło sodowowapniowe) Ø tlenków metali (Pb. O i K 2 O – szkło kryształowe), v Szkło: Ø nie posiada określonej temp. topnienia, ma nieuporządkowaną strukturę krystaliczną, nie przewodzi prądu elektrycznego Ø daje się dowolnie formować, Ø otrzymuje się przez stapianie w temp. ok. 1400 o. C krzemionki z określonymi dodatkami (np. tlenki metali dla nadania określonej barwy lub zwiększenia współczynnika załamania światła) v Szkło kwarcowe – otrzymuje się przez stopienie czystego Si. O 2 w temp. 1800 o. C (odporne na gwałtowne zmiany temp. )

Szkło cd Pierwsze szkło otrzymano w Mezopotamii ok 3500 r. p. n. e. v. Pierwsze szyby v. Produkcję tafli szklanych wytworzono datuje się na 1913 r – szkło w XIV wieku w kształcie wyciągane (ciągnione) – szkło owalnym – tzw. gomółki płaskie ciągnione jest produkowane metodą v. Szkło walcowane maszynowego ciągnienia masy ornamentowe jest to szklanej; jest szkło przezroczyste, najtańsze, ale może zawierać którego jedna strona ma pęcherze i odpryski wytłoczony wzór wykonany metodą walcowania gorącej tafli szkła.

Szkło v Wynalezienie w 1952 r. metody float było przełomem w produkcji szkła płaskiego (wylewanie masy szklanej na roztopioną cynę, pod wpływem grawitacji masa rozlewa się idealnie płasko) v Szkło produkowane tą metodą jest prawie idealnie płaskie, nie ma zniekształceń i wad optycznych. v Proces float, opracowany pierwotnie dla szkła o grubości 6 mm, pozwala obecnie na produkcję o grubości od 0, 4 mm do 25 mm. v W kwietniu 2011 roku firma Asahi Glass wprowadziła na rynek szkło o grubości 0, 28 mm. Miesiąc później koncern wyprodukował taflę o grubości 0, 1 mm

Materiały ceramiczne v Rodzaje materiałów ceramicznych: Ø Porcelana – produkowana z najszlachetniejszych gat. kaolinu (skały ilaste będące produktem wietrzenia glinokrzemianów – kaolinit [Al 2(OH)4][Si 2 O 5] - skała bardzo miękka, tłusta w dotyku, barwy białej lub żółtej) Ø Porcelit i fajans – wyroby mniej kruche niż porcelana (talerze, naczynia, ceramika sanitarna) Ø Kamionka – otrzymuje się z mieszaniny gliny, kwarcu i wody, wypalony produkt pokrywa się Na. Cl i ponownie poddaje się wypalaniu w temp. 1200 -1300 o. C w celu otrzymania szklistej glazury (płytki ceramiczne ścienne i podłogowe, rury kanalizacyjne, naczynia) Ø Z gliny przez wypalanie w temp. 1400 o. C produkuje się dachówki, cegły oraz terakotę.

Etapy produkcji wyrobów ceramicznych v Przygotowanie mieszaniny kaolinu z wodą (kwarcem, skaleniami w przypadku kamionki) v Formowanie – nadanie kształtu mieszaninie (np. na kole garncarskim, w gotowych formach) v Suszenie w wypalanie w temp. 1000 o. C v Barwienie i szkliwienie – nakłada się barwnik i szkliwem i ponownie poddaje się wypalaniu w temp. 1200 – 1400 o. C v Gotowy wyrób ma szklistą powierzchnię i jest nieprzepuszczalny dla wody

Papier – papirus (1/4) v. Stosowany w Egipcie (od ok. 3000 r. p. n. e do XI w. ), otrzymywany z łodyg Cibory papirusowej (Cyperus papyrus), vcienkie paski układano na zakład w 2 -ch krzyżujących się warstwach, vpo nawilżeniu pasowano i suszono vwiększe arkusze otrzymywano przez sklejanie brzegami za pomocą kleju z mąki z wodą oraz octu v. Arkusz zapisywano tylko z jednej strony

Papier – pergamin i papier v Pergamin stosowany w średniowieczu votrzymywany z wyprawianych skór zwierzęcych (cielęce, kozie, owcze) vzapisywany dwustronnie v. Papier v stosowany w Chinach od ok. 2200 lat temu, vpierwsze wytwórnie papieru czerpanego w Europie powstały w XII – XIII wieku (Hiszpania i Włochy)

Etapy produkcji papieru v Surowcem do produkcji jest celuloza (polisacharyd): słoma – 35%, drewno - 50%, bawełna – 90% celulozy Ø Otrzymanie masy drzewnej (ścier z drewna sosnowego) lub makulaturowej Ø Wymieszanie masy z wodą z oczyszczeniem (otrzymanie masy włóknistej) i bieleniem (związki chemiczne wykorzystywane w tej metodzie to najczęściej: tlen (O 2), ozon (O 3), nadtlenek wodoru (H 2 O 2) Ø Maszynowe uformowanie wstęgi papierowej o wilgotności 80% Ø Prasowanie wstęgi w celu usunięcia wody do wilgotności 50 -65%, suszenie do wilgotności 7, 5 -8% Ø Zwijanie papieru w bele (rolki)

Rodzaje papieru v Papier czerpany – masę papierniczą wylewa się ma sita, odsącza się zwody, aby otrzymać określoną fakturę przekłada się tkaniną o określonym splecie i poddaje się prasowaniu v Papier pergaminowy – gładki, częściowy przezroczysty, odporny w wodę i tłuszcze, otrzymuje się przez przepuszczanie przez roztwór H 2 SO 4, płukanie wodą, przepuszczenie przez roztwór Na 2 CO 3, powtórne płukanie oraz kilkukrotne prasowanie v Celofan – bezbarwny lub barwiony, otrzymuje się z wiskozy (celuloza poddana działaniu Na. OH i CS 2) nasączonej glicerolem (gliceryną) v Papier celulozowy – papier nie poddany procesowi bielenia (barwy szarej, brązowej, żółtawej) v Papier kredowy - papier powlekany cienką warstwą mieszaniny białego pigmentu mineralnego (zazwyczaj siarczanu baru i kaplinu) oraz kleju; charakteryzuje się obniżoną wsiąkliwością.

Mydła i detergenty v Detergenty – substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe wody v Saponiny – substancje o podobnym działaniu do detergentów Ø występ. np. w korzeniach Mydlnicy lekarskiej, skórce łodyg i łupinach owoców kasztanowca, naparstnicy, jukki, aloesu) Ø wykazują zdolność obniżania napięcia powierzchniowego roztworów wodnych Ø pienią się w wodzie jak mydło (szczególnie dobrze w ciepłej), dlatego organy roślinne bogate w saponiny stosowano jako namiastkę mydła, do prania

Mydła i detergenty oraz kosmetyki v Substancje mydłopodobne otrzymano ok. 4500 lat temu z tłuszczów zwierzęcych i roślinnych oraz popiołu, wynalezienie mydła przypisuje się Fenicjanom, v Obecnie mydła otrzymuje się w procesie zmydlania tłuszczów mocnym zasadami (Na. OH – mydła sodowe, KOH – mydła potasowe), proces przebiega wg schematu: Tłuszcz + zasada mydło + glicerol (w podwyższonej temp. ) v Pierwsze kosmetyki wytwarzano w Egipcie (ok. 3500 r. p. n. e. ) – Pb. CO 3 – filtr przeciwsłoneczny, oleje roślinne aromatyzowane cynamonem, mirrą v Do dalszego rozwoju produkcji kosmetyków doszyło po wynalezieniu destylacji i enfleurage – pochłaniania zapachów przez substancje tłuszczowe. v Od końca XIXw. stosuje się nadal substancje naturalne (ambra, piżmo) sztuczne i syntetyczne odpowiedniki substancji naturalnych

Leki v Ograniczone działanie kwasu salicylowego HO-C 6 H 4 -COOH znano w Egipcie (1500 r. p. n. e. ), wyodrębniono go soku (salicyna) kory wierzby v W 1853 r otrzymano kwas acetylosalicylowy, w 1899 r wprowadzono do sprzedaży jako aspirynę (ester kwasu octowego i kwasu salicylowego) – lek przeciwbólowy i przeciwgorączkowy v W 1928 r. odkryto penicylinę co spowodowało wzrost skuteczności w lecznictwie chorób infekcyjnych v W XX wieku – leki „projektuje się” w oparciu o znajomość mechanizmu działania określnych związków lub grup funkcyjnych na określone czynniki chorobotwórcze, leki są skuteczniejsze i mają działanie selektywne

Paliwa ropopochodne v Substancje (smoły, asfalty) stosowano w Mezopotamii do izolacji przeciwwodnych oraz w Grecji do pocisków zapalających (greckie ognie) v Ignacy Łukaszewicz w 1853 r. przeprowadził pierwszy proces destylacji ropy naftowej, skonstruował lampę naftową, od tego momentu zapoczątkowany został rozwój przemysłu naftowego: Ø produkcja paliw płynnych i gazowych Ø produkcja materiałów do nawierzchni dróg i materiałów izolacyjnych w budownictwie Ø produkcja kosmetyków na bazie parafiny i wazeliny Ø produkcja tworzyw sztucznych (polimerów i polikondensatów), oraz innych surowców chemicznych

Włókna i tworzywa v Włókna – podstawowa jednostka struktury materiałów, cechą charakterystyczną jest znaczna długość i niewielki przekrój v Włókna wstępują w materiałach naturalnych (wełna, len, bawełna) i jak sztucznych tj. polimery i polidondensaty v Najstarszym tworzywem sztucznym jest bakelit (1909 r. )oparte na żywicy fenolowo-formaldehydowej, dobry izolator, twardy, kruchy, niepalny, oporny chemicznie, stosowany do produkcji obudowy radioodbiorników, telefonów v Najstarszym termoplastem jest celuloid – XIXw [azotan(V) celulozy], stosowany w produkcji zabawek, taśm filmowych, błon fotograficznych, łatwopalny

Tworzywa sztuczne specjalne a sport v PMMA – poli(metakrylan metylu): twardy, bezbarwny, stosowany do produkcji okularów sportowych v PTFE – tefon: produkcja tkanin wodoodprnych i wiatroszczelnych, pokryć dachowych obiektów sportowych v Poliestry – tkaniny lżejsze do tkanin bawełnianych, o dużej elastyczności i mniejszej chłonności wody, produkcja odzieży sportowej v Poliamidy – lekkie, mocne i odporne obuwie sportowe v Włókna węglanowe i szklane – duża elastyczność, mała masa, produkcja tyczek do skoków, kadłubów sprzętu wodnego

Materiały wybuchowe v Materiał wybuchowy – związek chemiczny i mieszanina związków ulegająca gwałtownej reakcji egzoenergetycznej z wydzieleniem dużej ilości produktów gazowych i energii cieplnej co skutkuje wzrostem ciśnienia i powstaniem fali uderzeniowej v Proch czarny – mieszania węgla drzewnego, siarki i KNO 3, wynaleziony w Chinach w IX w. n. e. , w Europie znany od XIII w. , stosowany jako materiał kruszący i miotający, produktami wybuchu są N 2, CO 2, K 2 CO 3, K 2 SO 4, K 2 S, (NH 4)2 CO 3. v Proch bezdymny - proch nitrocelulozowy wynaleziony w XIX w. , który podczas spalania wytwarza wyłącznie lub głównie produkty gazowe (np. N 2, H 2 O, CO i CO 2), używany jako ładunek miotający do broni strzeleckiej i broni artyleryjskiej, ma znacznie większą siłę wybuchu od prochu czarnego (dymnego) i w znacznej mierze go wyparł

Materiały wybuchowe v Triazotan(V) glicerolu – ester kwasu azotowego(V) i glicerolu (błędna nazwa nitrogliceryna), otrzymana w 1847 r. Ø Oleista ciecz o jasnożółtej barwie, ławo ulegająca rozkładowi w wyniku wstrząsu, uderzenia lub ogrzania, produkty rozkładu CO 2, N 2, H 2 O, O 2 Ø Dynamit - materiał wybuchowy wynaleziony przez Alfreda Nobla (opatentowany w 1867 roku), początkowo zawierał 75% nitrogliceryny i 25% ziemi okrzemkowej.