Цветные металлы

Определения и обозначения

Цветные металлы — это металлы, в составе которых железо не является основным компонентом. К ним относят, например, медь, алюминий, цинк, свинец и олово. Название группы связано не с яркой окраской, а с отличием от чёрных металлов, к которым относят железо и материалы на его основе. Такое деление помогает понимать, из какого сырья делают изделия и какими свойствами они могут обладать.

Медь — красноватый металл, который хорошо проводит электрический ток и тепло. Она пластичная: её можно раскатывать в тонкие листы и вытягивать в проволоку. Благодаря этим свойствам медь используют, например, для электрических проводов и некоторых деталей. Узнавать медь полезно, чтобы понимать, почему её выбирают для таких изделий.

Алюминий — лёгкий серебристый цветной металл. Он хорошо проводит электричество, не боится обычной влаги так сильно, как железо, и при этом достаточно прочен для многих изделий. Из алюминия делают посуду, упаковку, части транспорта и конструкции, где важно уменьшить вес. Его свойства помогают выбирать материал для лёгких предметов.

Сплав — материал, который получают соединением двух или нескольких металлов либо металла с другими веществами. Это не отдельный чистый металл: состав сплава включает несколько компонентов. Например, сталь — сплав на основе железа, поэтому её не следует называть чистым железом. Понятие нужно, чтобы различать исходные металлы и материалы, свойства которых специально изменили.

Как это устроено

Цветные металлы выделяют в отдельную группу, потому что они отличаются от железа и материалов на его основе составом и свойствами. Главный признак группы — отсутствие железа как основного компонента, а не цвет поверхности. Медь красноватая, алюминий серебристый, а другие металлы тоже могут выглядеть по-разному. Поэтому определять группу только по внешнему виду нельзя: нужно знать состав материала.

Многие цветные металлы находятся в природе в составе руд. Руда — горная порода, из которой можно получить нужное полезное вещество. Сначала руду добывают, затем дробят на мелкие части, чтобы удобнее было отделить полезные частицы от ненужной породы. При обогащении долю нужного вещества увеличивают, а потом сырьё нагревают и выплавляют металл. Несколько этапов нужны потому, что чистый металл не лежит в руднике готовыми кусками.

Свойства металла подсказывают, где его применять. Медь хорошо проводит ток и легко вытягивается в проволоку, поэтому подходит для проводов и электрических деталей. Алюминий лёгкий, поэтому из него делают посуду, упаковку и части самолётов или других транспортных средств. Цинк помогает защищать железо от ржавчины, и им покрывают железные изделия. Свинец тяжёлый и мягкий, а олово используют для покрытий и в составе некоторых сплавов.

В проводах медь используют из-за высокой электропроводности: электрический ток проходит по ней легко, а пластичность позволяет изготовить тонкую длинную жилу. Алюминий тоже проводит ток, но значительно легче меди. Это полезно для проводов, где важна небольшая масса, например для линий электропередачи. Выбор между металлами зависит от задачи: учитывают не одно свойство, но и условия использования изделия.

Чистый металл не всегда обладает всеми качествами, которые нужны для изделия. Поэтому его соединяют с другими металлами или веществами и получают сплав. Состав и количество компонентов влияют на свойства: материал может стать твёрже, прочнее или лучше подходить для обработки. Так создают материалы для разных задач, но сплав при этом не становится чистым металлом.

Основные цветные металлы и их применение

Сравнивайте в таблице не только внешний вид, но и свойства металла с назначением изделия. Например, для провода важна электропроводность, а для лёгкой конструкции — небольшая масса. Так проще объяснить, почему для разных предметов выбирают разные материалы.

Разбор задач

Задача 1. Распределите медь, железо, алюминий, сталь и цинк на чёрные и цветные металлы. Объясните, почему сталь нельзя считать чистым железом, хотя она относится к чёрным металлам.

1. Вспоминаем главный признак: чёрные металлы содержат железо как основной компонент, а цветные не содержат его как основной.
2. Железо — чёрный металл. Медь, алюминий и цинк не относятся к железу, поэтому записываем их в цветную группу.
3. Сталь — не чистый металл, а сплав на основе железа. Значит, по основному компоненту она относится к чёрным металлам.

Ответ: чёрные — железо и сталь; цветные — медь, алюминий и цинк. Сталь является сплавом на основе железа, а не чистым железом.

Задача 2. Выберите металл для электрического провода, лёгкой посуды и защиты железной детали от ржавчины. Объясните каждый выбор свойством материала.

1. Для провода выбираем медь: она хорошо проводит электрический ток и её можно вытянуть в проволоку. Алюминий также проводит ток, и его выбирают, когда важна малая масса.
2. Для лёгкой посуды подходит алюминий. Он мало весит и достаточно прочен для повседневного использования.
3. Для защиты железной детали выбираем цинк. Цинковое покрытие отделяет железо от воздействия влаги и помогает замедлить ржавление.

Ответ: провод делают из меди или алюминия, лёгкую посуду — из алюминия, железную деталь покрывают цинком. Выбор основан на электропроводности, малой массе и защитном действии покрытия.

Задача 3. Определите материал изделий: лёгкий корпус самолёта, медный провод, покрытая цинком железная деталь и оловянное покрытие. Используйте и свойства, и назначение каждого материала.

1. Для лёгкого корпуса подходит алюминий или сплав на его основе: малая масса помогает уменьшить вес самолёта, а материал должен быть достаточно прочным.
2. Медный провод сделан из меди: её красноватый цвет и хорошая электропроводность соответствуют назначению.
3. В детали основой служит железо, а снаружи нанесён цинк. Это покрытие помогает защитить железо от ржавчины, но не превращает всю деталь в цинковую.
4. Тонкий слой олова на изделии — оловянное покрытие. Само изделие может быть сделано из другого материала, поэтому важно отличать покрытие от основы.

Ответ: корпус — алюминий или алюминиевый сплав, провод — медь, защитный слой детали — цинк, покрытие — олово. У покрытых изделий нужно отдельно называть материал основы и материал наружного слоя.

Типичные ошибки

Ошибка — думать, что цветными называют только ярко окрашенные металлы. Такое объяснение кажется логичным из-за слова «цветные», но группа названа по составу, а не по оттенку. Проверьте себя: медь и алюминий выглядят по-разному, однако оба относятся к цветным металлам, потому что железо не является их основным компонентом.

Не следует путать цветные металлы со сплавами и считать любой сплав отдельным металлом. Путаница возникает, потому что сплав часто выглядит как единый материал и используется как готовое изделие. Чтобы проверить себя, спросите, состоит ли материал из одного металла или получен соединением нескольких веществ. Например, сталь — сплав на основе железа, а не чистое железо.

Иногда алюминий называют тяжёлым, потому что он может быть прочным. Но прочность и масса — разные свойства: материал может выдерживать нагрузку и при этом мало весить. Проверяйте объяснение по обоим признакам, не заменяйте один другим. Алюминий лёгкий, хотя из него делают прочные изделия.

Ещё одна ошибка — перечислять применения, не объясняя, почему выбрали именно этот металл. Так теряется связь между свойством и назначением. Проверяйте себя вопросом: какое качество материала помогает изделию работать? Для провода это хорошая электропроводность, для лёгкой конструкции — малая масса, для защиты железа — действие цинкового покрытия.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, полезно знать, что такое полезные ископаемые и руда, а также уметь отличать металл от сплава. Понятие чёрных металлов и свойства железа помогают сравнить их с цветными. Позже эти знания пригодятся при изучении добычи полезных ископаемых, промышленности, электричества и транспорта. В повседневной жизни они помогают узнавать материалы посуды, проводов, строительных деталей и упаковки и внимательнее относиться к использованию природных ресурсов.

Что запомнить

• Цветные металлы — металлы, не содержащие железа как основного компонента.
• Цветные металлы получают главным образом из руд.
• Медь хорошо проводит электрический ток и поэтому используется в проводах.
• Алюминий лёгкий, прочный и устойчивый к коррозии.
• Цинк применяют для защиты железа от ржавчины.
• Свинец тяжёлый и мягкий, а олово используют для покрытий и получения сплавов.
• Сплавы получают, чтобы изменить и улучшить свойства исходных металлов.