XVI СПЛАВЫ 1 страница

В предыдущих главах мы рассмотрели свойства неметаллов и лишь нескольких элементов, относящихся к металлам. Прежде чем рассматривать остальные металлы по группам периодической си­стемы, остановимся на их общих свойствах и методах получения из природных соединений.

190. Физические и химические свойства металлов. Электронное строение металлов, изоляторов и полупроводников. Металлы обла­дают рядом общих свойств. К общим физическим свойствам ме­таллов относятся их высокая электрическая проводимость и тепло­проводность, пластичность, т. е. способность подвергаться деформации при обычных и при повышенных температурах, не разрушаясь. Пластичность металлов имеет очень большое практи­ческое значение. Благодаря этому свойству металлы поддаются ковке, прокатке, вытягиванию в проволоку (волочению)", штам­повке. Металлам присущи также металлический блеск, обусловлен­ный их способностью хорошо отражать свет, и непрозрачность [121], В табл. 29 приведены значения удельного электрического со­противления и теплопроводности некоторых металлов. Для срав­нения в ней даны сведения для двух неметаллов.

Таблица 29. Удельное электрическое сопротивление р и коэффициент теплопроводности X некоторых простых веществ при 20 '"С

Вещество	р, Ом'см	К ДжДсМ'сК)	Вещество	р, Ом'см	Дж'(см'С-К)
Алюминий	2,66- КГ®	2,26	Серебро	1,56 • 10~^б	4,586
Железо	9,71 • 10 ^8	0,732	Свинец	20,6-10 ^6	0,347
Медь	1.6Ы0 •	3,85	Сера	Около Ю^23	0,0025
Никель	6,84 • 10	0,586	Иод	» 10^16

В химическом отношении все металлы характеризуются сравни­тельной легкостью отдачи валентных электронов и, как следствие этого, способностью образовывать положительно заряженные ионы и проявлять в своих соединениях только положительную окислен­ность. Многие металлы, например железо, хром, марганец, имеют в различных соединениях разную степень окисленности, но она всегда положительна. В связи с этим металлы в свободном состоя­нии являются восстановителями. Восстановительная способность разных металлов неодинакова. Для реакций в водных растворах она определяется положением металла в ряду напряжений и кон­центрацией (активностью) его ионов в растворе.

Причина общности как физических, так и химических свойств металлов лежит в общности строения их атомов и природы кри­сталлических решеток металлов.

Общей особенностью атомов металлов являются их большие в сравнении с атомами неметаллов размеры (см. § 33). Внешние электроны в атомах металлов находятся на значительном удале­нии от ядра и связаны с ним сравнительно слабо — атомы метал­лов характеризуются низкими потенциалами ионизации (см. § 34, табл. 4 и 5) и близким к нулю или отрицательным сродством к электрону. Именно поэтому металлы легко отдают валентные электроны, выступая в качестве восстановителей, и, как правило, не способны присоединять электроны — проявлять окислительные свойства.

Рассмотрим особенности строения металлов в кристаллическом состоянии. Как отмечалось, металлы обладают высокой электриче­ской проводимостью, причем переносчиками тока в металлах служат электроны. Это говорит о.том, что в металлах имеются

Рис. 135. Схема ооразозания энергетических уровн.й при увеличении числа взаимодейст­вующих атомов.

«свободные» электроны, способ­ные перемещаться по кристаллу под действием даже слабых элек­трических ползи. В то же время неметаллы в кристаллическом со­стоянии обычно представляют со­бою изоляторы и, следовательно, не содержат свободных электро­нов. Причины этих различий можно объяснить на основе метода молекулярных орбиталей (метод МО).

В § 45 было показано, что при взаимодействии двух одинако­вых атомов вместо двух энергетически равноценных исходных атомных орбиталей образуются две молекулярные орбитали, отве­чающие различным уровням энергии (рис. 45). Если взаимодей­ствуют три атома, причем их валентные орбитали заметно пере­крываются, то возникают не две, а три молекулярные орбитали, в равной степени принадлежащие всем трем атомам (дел ока- л из о в а иные орбитали) и характеризующиеся тремя различ­ными значениями энергии. При последовательном увеличении числа взаимодействующих атомов добавление каждого из них приводит к образованию еще одного энергетического уровня и к дальнейшей делокализации молекулярных орбиталей (т. е. к рас­пространению их на большее число атомов); общее число энерге­тических уровней будет при этом равно числу взаимодействующих атомов. Схема подобного процесса представлена на рис. 135.

Как показывает эта схема, с ростом числа атомов возрастает число разрешенных энергетических состояний, а расстояния между соседними энергетическими уровнями уменьшаются. При неболь­шом числе взаимодействующих атомов для перевода электрона с какого-либо энергетического уровня на ближайший более высо­кий уровень необходима затрата сравнительно большой энергии. Но при большом числе атомов N (в макроскопическом кристалле N имеет порядок числа Авогадро) соседние уровни настолько мало различаются, что образуется практически непрерывная энерге­тическая зона, и переход электрона на ближайший более высокий уровень может осуществиться при затрате ничтожно ма­лой энергии. Если такой ближайший уровень не занят электрона­ми, то находящийся на предшествующем уровне электрон ведет себя как «свободный»; вследствие делокализованности орбиталей он может перемещаться по кристаллу при сколь угодно малых энергетических воздействиях.

2*8. Чис/ш атомов

Заполнение электронами МО, составляющих энергетическую зону, происходит в порядке последовательного возрастания энергии. При этом, в соответствии с принципом Паули, на каждой МО может размещаться по два электрона.

Рис. 136. Схема заполнения электронами энергетических уровней в кристалле щелочного металла: о — занятые уровни (валентная зона); 6 — незанятые уровни (зона проводимости). Рис. 137. Схема заполнения электронами энергетических уровней в кристалле металла главной подгруппы второй группы: а — валентная зона, образованная нз исходных внешних s-орбиталей; б — зона проводимости, образованная из исходных внешних р-орбиталей.

В кристалле какого-нибудь щелочного металла, например ка­лия, атомные орбитали внутренних электронных слоев практически не перекрываются. Можно считать, что в этом случае непрерывная энергетическая зона создается только за счет орбиталей внешнего электронного слоя и заполняется электронами этого слоя. В кри­сталле, содержащем N атомов, из исходных атомных s-орбиталей внешнего слоя образуется энергетическая зона, состоящая из N уровней. В этой зоне размещаются N внешних s-электронов ато­мов щелочного металла, которые занимают N/2 энергетических уровней (по два электрона на каждом уровне). Совокупность этих занятых валентными электронами уровней называется валент­ной зоной. В рассматриваемом случае валентная зона занимает лишь половину имеющихся энергетических уровней. Остальные уровни остаются незаполненными, образуя зону проводи­мости (рис. 136). Здесь в непосредственной близости от верхних занятых уровней имеются свободные уровни, на которые могут переходить электроны под действием электрического поля. Это и создает возможность переноса тока электронами — обеспечивает электрическую проводимость металла.

В кристалле металла главной подгруппы второй группы (на­пример, кальция) из исходных атомных s-орбиталей наружного слоя также образуется зона, состоящая из N уровней. Но, по­скольку здесь каждый атом обладает двумя внешними s-электро- нами, то в этой зоне должно разместиться 2N электронов, так что все ее уровни окажутся полностью занятыми. Однако при взаимо­действии атомов металла перекрываются не только внешние s-op- битали, но и внешние р-орбитали. В результате также образуется непрерывная энергетическая зона, не заполненная электронами. При этом зоны, образованные s- и р-орбиталями, перекрываются (рис. 137), так что и в этом случае зона проводимости, содер­жащая свободные энергетические уровни, непосредственно при­мыкает к валентной зоне. Таким образом, рассматриваемый кристалл также должен обладать высокой электрической прово­димостью.

На рис. 136 и 137 изображена резкая граница между валент­ной зоной и зоной проводимости. В действительности эта граница размыта; вследствие теплового движения электроны могут пере­ходить с верхних уровней валентной зоны на нижние уровни зоны проводимости. Способность этих электронов свободно передви­гаться по кристаллу и переносить энергию из одной его части (нагретой) в другую (более холодную) служит причиной высокой теплопроводности металлов. Таким образом, и электрическая про­водимость и теплопроводность металлов обусловлены возмож­ностью свободного передвижения электронов зоны проводимости. Именно поэтому для большинства металлов наблюдается паралле­лизм между этими величинами. Например, лучшие проводники электричества — серебро и медь — обладают и наиболее высокой теплопроводностью (см. табл. 29).

При нагревании колебания атомов металла около их равновес­ных положений в кристаллической решетке становятся более ин­тенсивными, что затрудняет движение электронов. Поэтому с повы­шением температуры электрическое сопротивление металлов возра­стает.

Рассмотренная картина электронного строения твердых метал­лов показывает, что валентные электроны, осуществляющие хими­ческую связь, принадлежат не двум или нескольким определенным атомам, а всему кристаллу металла. При этом валентные электро­ны способны свободно перемещаться в объеме кристалла. Обра­зованную подобным образом химическую связь называют метал­лической связью, а совокупность «свободных» электронов в металле — электронным газом. Металлическая связь ха­рактерна для металлов, их сплавов и интерметаллических соеди­нений (см. стр. 534).

Пластичность металлов также объясняется специфическими свойствами металлической связи. При механическом воздействии на твердое тело отдельные слои его кристаллической решетки сме щаются относительно друг друга. В кристаллах с атомной струк­турой это приводит к разрыву ковалентных связей между атомами, принадлежащими различным слоям, и кристалл разрушается. В кристаллах с ионной структурой при взаимном смещении слоев неизбежно создается такое положение, при котором рядом оказы­ваются одноименно заряженные ионы; при этом возникают силы электростатического отталкивания и кристалл также разрушается. В случае же металла при смещении отдельных слоев его кристал­лической решетки происходит лишь некоторое перераспределение электронного газа, связывающего друг с другом атомы металла, но разрыва химических связей не происходит — металл деформи­руется, не разрушаясь.

В отличие от металлов кристаллы простых веществ, образо­ванных неметаллами, обычно не обладают заметной электронной проводимостью (см. табл. 29); они представляют собою изоляторы (диэлектрики). Хотя в этом случае тоже возможно образование непрерывных энергетических зон, но здесь зона проводимости от­делена от валентной зоны запрещенной зоной, т.е. значи­тельным энегретическим промежутком АЕ (рис. 138, изолятор). Энергия теплового движения или слабого электрического поля оказывается недостаточной для преодоления этого промежутка, и электроны не переходят из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, в изоляторах электроны не могут свободно пере­мещаться по кристаллу и служить переносчиками электрического тока.

Особыми свойствами, отличающими их как от металлов, так и от изоляторов, обладают полупроводники. При низких температурах их электрическое сопротивление весьма велико и в этих условиях они проявляют свойства изоляторов. Однако при нагревании или при освещении электрическая проводимость полу­проводников резко возрастает и может достигать величин, сравни­мых с проводимостью металлов.

Зависимость электрических свойств полупроводников от тем­пературы и освещенности объясняется электронным строением их кристаллов. Здесь, как и у изоляторов, валентная зона отделена от зоны проводимости запрещенной зоной (рис. 138, полу провод­ник). Однако ширина запрещенной зоны АЕ в случае полупровод­ников невелика. Поэтому при действии квантов лучистой энергии или при нагревании электроны, занимающие верхние уровни ва­лентной зоны, могут переходить в зону проводимости и участво­вать в переносе электрического тока. С повышением теглпературы или при увеличении освещенности число электронов, переходящих в зону проводимости, возрастает; в соответствии с этим увеличи­вается и электрическая проводимость полупроводника.

При переходе электронов в зону проводимости в валентной зоне возникают не полностью занятые электронами энергетические уровни — электронные вакан*

/

■V

а

X
	©
		/

Ркс. 13Э. Основные типы кристаллических решеток металлов:

а — объемноцентрпрозанкая кубическая; О — гракецентрирс-закпая кубическая; в — гексаго­нальная.

Рис. 149. C::_v::а различной ориентации кристаллических регпгток в полукристаллическом теле.

спи, или «дырки». В электрическом поле такие дырки ведут себя как положи­тельные электрические заряды. Поэтому перенос тока в полупроводниках мо­жет осуществляться как электронами зоны проводимости (n-проводиыость,[122] от латинского «negative» — отрицательный), так и дырками валентной зоны (р-проводимость, от латинского «positive» — положительный).

191. Кристаллическое строение металлов. Кристаллическое строение металлов изучается различными методами. Их можно разделить на две группы. К первой принадлежат методы изучения внутреннего строения кристаллов, ко второй—методы изучения их внешних форм.

Внутреннее строение кристаллов изучается главным образом с помощью рентгеноструктурного анализа (см. § 50). По его дан­ным для всех металлов установлены типы и параметры кристал­лических решеток.

Кристаллические решетки металлов могут быть различных ти­пов. Однако для большинства металлов характерны три типа ре­шеток: объе мноцвптрировапн ая кубическая (Li, Na, К, V, Сг, Fe *, РЬ, W и др.), гранецентрированная кубическая (Al, Са, Fe [123], Ni, Cu, Ag, Au и др.), гексагональная (Be, Mg, Cd, Ti, Co, Zn и др.). На рис. 139 показаны элементарные ячейки (см. § 50) решеток этих типов.

Размеры, форму и взаимное расположение кристаллов в метал­лах изучают металлографическими методами. Наиболее полную оценку структуры металла в этом отношении дает микро­скопический анализ его шлифа. Из испытуемого металла вырезают образец и его плоскость шлифуют, полируют и протравливают спе­циальным раствором (т р а в и т е л е м). В результате травления выявляется структура образца, которую рассматривают или фото­графируют с помощью металлографического микро­скопа.

Кристаллы металлов обычно имеют небольшие размеры. По­этому любое металлическое изделие состоит из большого числа
кристаллов. Такая структура называется поликристалличе­ской. При кристаллизации металла из расплавленного состояния растущие кристаллы мешают друг другу принять правильную форму. Поэтому кристаллы поликристаллического тела имеют не­правильную форму и в отличие от правильно ограненных кри­сталлов называются кристаллитами или зернами. Зерна различаются между собой пространственной ориентацией их кри­сталлических решеток (рис. 140).

При травлении шлифа границы зерен разъедаются сильнее; они становятся углубленными. Свет, падая на них, рассеивается, и в поле зрения микроскопа границы зерен представляются темными, а сами зерна — светлыми (рис. 141).

Специальными способами получают куски металлов, представляющие собой один кристалл — монокристаллы. Монокристаллы металлов, а также не­металлов изготовляют для научных исследований и для специальных отраслей техники (полупроводники, лазеры и др.).

Внутренняя структура зерна металла не является строго пра­вильной. Металлам, как и всем реальным кристаллам (см. § 51), присущи дефекты структуры. При этом многие свойства металлов сильно зависят от характера и от числа имеющихся в металле де­фектов. Так, в процессах диффузии важную роль играют вакансии. Эти процессы протекают, например, при насыщении в горячем состоянии поверхностного слоя металлического изделия другими элементами для защиты от коррозии или для придания поверхно­сти изделия твердости. Проникновение атомов постороннего эле­мента в глубь металла происходит в основном по местам вакансий. С повышением температуры число вакансий возрастает, что слу­жит одной из причин ускорения процесса диффузии.

Некоторые механические свойства металлов зависят от количе­ства дислокаций и от их способности к перемещению по металлу. Так, высокая пластичность металлов объясняется перемещением дислокаций.

Схема пластического сдвига в кристалле металла изображена на рис. 142. Внешняя сила Р первоначально вызывает небольшое смещение атомов верти­кальных рядов /, 2, 3 (рис. 142, а). С увеличением силы Р это смещение воз­растает и ряд атомов 1 (выше плоскости скольжения А А) проскакивает ней­тральное положение между 1' и 2'. При этом ряд 2 превращается в лишнюю пло­скость и образует дислокацию (рис. 142, б), знакомую нам по рис. 62 (стр. 156). В ре­зультате образования дислокации решетка искажается по обе стороны плоскости скольжения. Поэтому далее уже при не­большой силе Р вертикальные ряды ато­мов над плоскостью скольжения будут смещаться — дислокация подобно эстафете будет последовательно передаваться рядам 3,4 и далее.

Рис. 141. Микроструктура металла (стократное увеличение).

й Р

в г Рис. 142. Дислокационная схема пластического сдвига.

В какой-то момент будет иметь место положение, представленное на рис. 142, е. В итоге же дислокация выйдет на поверхность и исчезнет, как по­казано на рис. 142, г.

Таким образом, пластический сдвиг в реальном металле происходит не пу­тем одновременного сдвига всей атомной плоскости, что потребовало бы за­траты гораздо большей энергии, а путем перемещения дислокаций вдоль пло­скости скольжения.

Металлические кристаллы, лишенные дислокаций, обладают весьма высо­кой прочностью. Такими кристаллами являются выращиваемые в особых усло­виях нитевидные кристаллы или «усы». Их прочность во много раз превышает прочность обычных образцов соответствующего металла и близка к теоретиче­ской величине, вычисленной для кристаллической решетки металла, не имеющей дефектов структуры.

С другой стороны, появление в металле очень большого числа различно ориентированных дислокаций также приводит к повышению прочности, так как при этом кристаллическая структура металла сильно искажается и перемеще­ние дислокаций затрудняется. В этом состоит объяснение явления наклепа — упрочнения металла под действием пластической деформации. При нагревании сильно деформированного металла искажения его структуры, вызванные сдви­гами, постепенно снимаются — металл возвращается в структурно более устой­чивое состояние; его пластичность возрастает, а твердость и прочность сни­жаются.

192. Добывание металлов из руд. Огромное большинство ме­таллов находится в природе в виде соединений с другими элемен­тами. Только немногие металлы встречаются в свободном состоя­нии, и тогда они называются самородными. Золото и платина встречаются почти исключительно в самородном виде, а серебро и медь — отчасти; иногда попадаются также самородные ртуть и некоторые другие металлы.

Добывание золота и платины производится или посредством механического отделения их от той породы, в которой они заклю­чены, например промывкой водой, или путем извлечения их из породы различными реагентами с последующим выделением из раствора. Все же остальные металлы добываются химической пе­реработкой их природных соединений.

Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов заводским путем, носят название руд. Главнейшие руды содержат оксиды, сульфиды и карбонаты металлов. Получение металлов из руд составляет за­дачу металлургии — одной из наиболее древних отраслей химической промышленности. Металлургические процессы, проте­кающие при высоких температурах, называются п прометал- л у р г и ч е с к и м и. Пирометаллургическим путем получают, на­пример, чугун и сталь.

Важнейший способ получения металлов из руд основан на вос­становлении их оксидов углем или СО. Если, например, смешать красную медную руду Cu₂0 с углем и накалить, то уголь, восста­навливая медь, превращается в оксид углерода (II), а медь выде­ляется в расплавленном состоянии:

Cu₂0 + С = 2Си + СО|

Выплавка чугуна производится восстановлением железных руд оксидом углерода.

При переработке сульфидных руд сперва переводят сульфиды в оксиды путем обжига в специальных печах, а затем уже восста­навливают полученные оксиды углем. Например: 2ZnS + 30₂ = 2ZnO -f 2SQ₂f ZnO + С = Zn + COf

Кроме пирометаллургических методов, при добывании метал­лов применяются гидрометаллургические методы. Они представляют собою извлечение металлов из руд в виде их соеди­нений водными растворами различных реагентов с последующим выделением металла из раствора. Гидрометаллургическим путем получают, например, золото (см. § 202).

Обычно руды представляют собой совокупность минералов. Ми­нералы, содержащие извлекаемый металл, называются рудными минералами, все остальные — пустой породой. Послед­няя чаще всего состоит из песка, глины, известняка, которые трудно плавятся. Чтобы облегчить выплавку металла, к руде при­мешивают специальные вещества — флюсы. Флюсы образуют с веществами пустой породы легкоплавкие соединения — шлаки, которые обычно собираются на поверхности расплавленного ме­талла и удаляются. Если пустая порода состоит из известняка, то в качестве флюса применяется песок. Для руд, содержащих большие количества песка, флюсом служит известняк. В обоих случаях в качестве шлака образуется силикат кальция, поскольку песок состоит в основном из диоксида кремния.

Во многих рудах количество пустой породы столь велико, что непосредственная выплавка металла из таких руд экономически невыгодна. Такие руды предварительно обогащают — отде­ляют от них часть пустой породы. В остающемся концентрате содержание рудного минерала повышается. Существуют различ­ные способы обогащения руд. Чаще других применяются флота­ционный, гравитационный и магнитный способы.

Флотационный метод основан на различной смачиваемо­сти поверхности минералов водою. Тонкоизмельченную руду обра­батывают водой, к которой добавлено небольшое количество фло­тационного реагента, усиливающего различие в смачиваемости частиц рудного минерала и пустой породы. Через образующуюся смесь энергично продувают воздух; при этом его пузырьки при­липают к зернам тех минералов, которые хуже смачиваются. Эти минералы выносятся вместе с пузырьками воздуха на поверхность и таким образом отделяются от пустой породы.

Гравитационное обогащение основано на различии плот­ности и вследствие этого скорости падения зерен минералов в жидкости.

Магнитный способ основан на разделении минералов по их магнитным свойствам.

Не все металлы можно получить восстановлением их оксидов углем или СО. Подсчитаем, например, стандартную энергию Гибб­са реакции восстановления хрома:

Сг₂0₃ + ЗСО = 2Сг + ЗС0₂

о

Воспользовавшись табл. 7 (стр. 194), находим AG₀6p сг₂о₃ — = —1059 кДж/моль, AGosp со* =—394,4 кДж/моль, AGogpco³ = -137,1 кДж/моль, откуда AG° = 3 (-394,4) - [-1059 + + 3(—137,1)] = +267,1 кДж. Полученная величина положительна. Это показывает, что при 25 °С и стандартных концентрациях реа­гирующих веществ реакция не протекает в интересующем нас направлении. Положительное и большое по абсолютной величине значение AG° указывает на то, что реакция не протекает в направ­лении восстановления металла не только при стандартных усло­виях, но и при температурах и концентрациях, заметно отличаю­щихся от стандартных.

Для металлов, не восстанавливаемых ни углем, ни оксидом углерода (II), применяются более сильные восстановители: водо­род, магний, алюминий, кремний. Восстановление металла из его оксида с помощью другого металла называется металлотер­мией. Если, в частности, в качестве восстановителя применяется алюминий, то процесс носит название алюминотермии. Такие металлы, как хром, марганец, получают главным образом алюми­нотермией, а также восстановлением кремнием. Если мы подсчи­таем AG° реакции

Сг₂0₃ + 2А1 = 2Сг + АЦОз

то получим отрицательную величину (—523 кДж). Это говорит о том, что восстановление хрома алюминием может протекать самопроизвольно.

Наконец, металлы, оксиды которых наиболее прочны (алюми­ний, магний и другие), получают электролизом (см. § 103).

193. Получение металлов высокой чистоты. На протяжении по­следних десятилетий в связи с развитей новых отраслей техники потребовались металлы, обладающие очень высокой чистотой. На­пример, для надежной работы ядерного реактора необходимо, чтобы в расщепляющихся материалах такие «опасные» примеси, как бор, кадмий и другие, содержались в количествах, не превы­шающих миллионных долей процента. Чистый цирконий — один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов — становится совершенно непригодным для этой цели, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния. В используе­мом в качестве полупроводника германии допускается содержание не более одного атома фосфора, мышьяка или сурьмы на десять миллионов атомов металла. В жаропрочных сплавах, широко при­меняемых, например, в ракетостроении, совершенно недопустима даже ничтожная примесь свинца или серы.

В связи с потребностями промышленности разработаны новые методы очистки веществ. Рассмотрим наиболее важные из них.

Перегонка в вакууме. Этот метод основан на различии летучестей очищаемого металла и имеющихся в нем примесей. Исходный металл загружается в специальный сосуд, соединенный с вакуум-насосом, после чего нижняя часть сосуда нагревается. В ходе перегонки на холодных частях сосуда осаждаются либо примеси[124] (если они более летучи, чем основной металл), либо очищенный металл (если примеси менее летучи). Процесс ведется при непрерывной откачке воздуха, так как присутствие даже не­больших количеств кислорода приводило бы к окислению поверх­ности расплавленного металла и тем самым к торможению процес­са испарения.

Зонная плавка заключается в медленном протягивании бруска очищаемого металла через кольцевую печь. Тот участок (зона) бруска, который находится в данный момент в печи, пла­вится. По мере продвижения бруска жидкая зона перемещается от начала бруска к его концу.

Зонной плавке подвергают металл, прошедший предваритель­ную очистку. Содержание примесей в нем уже невелико, так что основной металл и примеси образуют гомогенный твердый рас­твор. При движении бруска через кольцевую печь происходит пла­вление металла у передней границы зоны и кристаллизация его у задней границы. При этом состав образующихся кристаллов, находящихся в равновесии с расплавом, отличается от состава расплава (см. стр. 530). Примеси одних металлов концентрируются в расплавленной зоне и перемещаются вместе с ней к концу бру­ска; примеси других металлов концентрируются в образующихся кристаллах, остаются за движущейся зоной и при неоднократном повторении процесса перемещаются к началу бруска. В результате средняя часть бруска получается наиболее чистой; ее вырезают и используют.

Зонную плавку применяют для очистки не только металлов, но и других веществ.

Термическое разложение летучих соединений металла. Карбонильный процесс. Этот метод применяется для получения высокочистых никеля и железа. Подлежащий очистке никель нагревают в атмосфере оксида углерода (II), находящегося под давлением около 20 МПа. При этом никель взаимодействует с СО, образуя летучий тетракарбонил никеля Ni(CO)₄ (темп. кии. 42 °С); содержащиеся в исходном металле примеси в такого рода реакцию не вступают. Образовавшийся Ni(CO)₄ отгоняют, а затем нагревают до более высокой температуры. В результате карбонил разрушается с выделением высокочистого металла.

Дата добавления: 2015-08-21