§ 19. Видобування металевих руд

Сучасну цивілізацію неможливо уявити без металу та виробів із нього. Метали отримують із металевих руд, які залежно від властивостей поділяють на руди чорних, кольорових, рідкоземельних, благородних металів тощо.

1. Видобуток металевих руд у світі.

До чорних металів відносять залізо, марганець, хром. Основним серед чорних металів є залізо, яке отримують із залізних руд, — гематиту, лімоніту, магнетиту та ін.

Мал. 1. Рудні корисні копалини світу.

Найбільші запаси залізних руд зосереджені в Бразилії, Австралії, Канаді, Китаї, Індії, Казахстані, Україні, Росії, ПАР, Швеції (мал. 1). Залізорудні родовища освоюють у понад 50 країнах світу, однак майже 80% світового видобутку забезпечують Китай, Бразилія, Росія, Австралія та Індія. Практично вся залізна руда, яку видобувають у світі, використовується для виплавки сталі. Китай тримає світову першість відразу за трьома показниками: як виробник, споживач та імпортер залізних руд. Великими імпортерами залізорудної сировини є країни Європейського Союзу, Японія та Південна Корея.

Незамінним елементом у виробництві сталі є марганець. Основні світові запаси марганцевих руд зосереджені в Україні, ПАР, Бразилії, Австралії та Індії. Руди марганцю видобувають переважно відкритим способом; застосовуються також і підземні способи розробки. Найбільші обсяги видобутку марганцевих руд мають Китай, ПАР та Україна.

Мал. 2. Мідні дроти. Завдяки високій електропровідності мідь використовується в електротехніці для виготовлення дротів, кабелів, струмопровідних частин електротехнічної апаратури.

Мал. 3. Олово та його сплави застосовують при виготовленні підшипників, жерсті, фольги, паянні деталей.

Найбільший попит серед кольорових металів мають алюміній, мідь, олово. Легкий та водночас міцний алюміній широко застосовують в авіації — корпуси літаків виготовляють зі сплавів на основі алюмінію. Цей метал характеризується високою електропровідністю, тому також використовується для виготовлення кабелів високої напруги. Найбільш цінними алюмінієвими рудами є боксити. Особливістю поширення бокситів є те, що вони приурочені до вологих тропіків, де існують найкращі умови для їх утворення. Лідерами за запасами бокситів є Австралія, Бразилія, Індія, Китай, Гвінея, Суринам, Гаяна, Ямайка. Щорічно у світі видобувають понад 125 млн т бокситів. Найбільшими їх виробниками є Австралія, Китай, Гвінея і Ямайка.

Мідь та олово люди почали використовувати за кілька тисяч років до нашої ери для виробництва бронзи. І в наші часи попит на ці метали залишається високим (мал. 2, 3).

Родовища міді утворюють кілька «мідних поясів». Найважливіші з них розташовані в Африці на території ДР Конго й Замбії та на заході Америки в Кордильєрах та Андах (48 % світових запасів міді). Найбільшими виробниками міді є Чилі, Перу та США.

Понад 90% запасів олов’яних руд світу зосереджені у «вольфрамово-олов’яному поясі», розташованому вздовж тихоокеанського узбережжя Азії. Він проходить через території Росії, Монголії, Китаю, В’єтнаму, Таїланду, Малайзії, Індонезії. Крім олова, там розробляються родовища вольфраму, свинцю, цинку, ртуті.

Основними імпортерами кольорових металів є Китай, Японія, США, країни Європейського Союзу.

Як ви знаєте, до благородних металів належать золото, срібло, платина. На відміну від інших металів, вони є стійкими до впливу зовнішнього середовища та досить рідкісними в земній корі. Завдяки своїм унікальним властивостям благородні метали знайшли широке застосування у виробництві різноманітної техніки, медицині, хімічній та ювелірній промисловості. Найбільші запаси золота зосереджені в ПАР, однак за обсягами видобутку у світі зі значною перевагою знову лідирує Китай. Великими виробниками золота також є Австралія, США, Росія. Срібло видобувають у Мексиці, Перу, Китаї, Австралії, Росії. Світову першість за видобутком платини зберігають ПАР, Росія, Зімбабве, США та Канада.

2. Видобуток металевих руд в Україні.

У надрах нашої країни зосереджені величезні запаси залізних і марганцевих руд. Надзвичайно вигідним для господарства країни є те, що найбільші родовища цих ресурсів залягають поряд — у межах Дніпропетровської та сусідніх із нею областей.

За розвіданими запасами залізних руд (11% чистого заліза на планеті) Україна посідає четверте місце та входить до десятки світових виробників та експортерів залізорудної сировини.

Залізні руди видобувають у Криворізькому басейні, Кременчуцькому та Білозерському залізорудних районах (мал. 4). До 1992 р. розроблялися й родовища Керченського басейну.

Головною залізорудною базою України є Криворізький басейн. Руду там почали видобувати понад 150 років тому. Зараз тут відкрито 60 родовищ, із яких шахтним способом видобувають багаті на вміст заліза (понад 46 %) червоні залізняки та відкритим способом — залізисті кварцити (вміст заліза — від 20%). За період промислової розробки вже видобуто понад 2 млрд т залізних руд. Найбільше видобувних підприємств зосереджено в Кривому Розі, де працюють чотири гірничозбагачувапьні комбінати: Північний, Південний, Центральний та Інгулецький. Українські вчені вважають, що рудних багатств Криворіжжя вистачить ще на 100 років.

Україні належить провідне місце у світі за запасами марганцевих руд (22% світових запасів). Видобувають марганцеву руду як відкритим, так і підземним способами в Придніпровському марганцеворудному басейні, який широкою смугою простягається через Дніпропетровську та Запорізьку області.

В Україні зосереджено 20% світових запасів і видобутку титанової руди — ільменіту. Титан широко застосовують у будівництві літаків, космічних апаратів, суден. Цей легкий та міцний метал є незамінним при виготовленні медичного обладнання та альпіністського спорядження. Найбільші запаси та видобуток титанових руд зосереджені в Іршанському (Житомирська обл.) та Малишівському (Дніпропетровська обл.) родовищах.

Мал. 4. Рудні корисні копалини України.

За запасами уранових руд Україна посідає десяте місце у світі та перше в Європі (входить до десятки провідних уранодобувних країн світу). Родовища уранових руд зосереджені в Дніпропетровській і Кіровоградській областях. Нині активно розробляються Мічуринське, Ватутінське, Центральне та Новокостянтинівське родовища (Кіровоградська обл.). На основі збагаченого урану отримують ядерне паливо для атомних електростанцій.

Унікальним із точки зору перспективного освоєння є Побузький гірничорудний район у середній течії Південного Бугу. Тут зосереджені численні родовища нікелевих, кобальтових, хромових, залізних руд, золота й платини. Зараз у Побужжі здійснюється видобуток нікелевих руд, запасів яких, за прогнозами вчених, вистачить приблизно на десять років.

В Україні виявлені та можуть розглядатися як потенційні родовища мідних, алюмінієвих, олов’яних, свинцево-цинкових руд. їх геологічне вивчення, оцінка промислових запасів та освоєння зможуть зменшити обсяги імпорту кольорових металів в Україну.

Головне

• Руди металів є основою для створення конструкційних матеріалів, мають широке застосування в господарстві.

• Найбільше залізних руд видобувають у Китаї, Бразилії, Росії, Австралії та Індії; марганцевих руд — у Китаї, ПАР та Україні.

• Найбільше бокситів видобувають в Австралії, Китаї, Гвінеї та на Ямайці.

• Основні райони видобутку руд кольорових металів у світі — Кордильєри-Анди, «мідний пояс» Африки, «вольфрамово-олов’яний пояс» Азії.

• Україна посідає провідні місця у світі за обсягами видобутку залізних, марганцевих, титанових, уранових руд. Існує проблема дослідження та освоєння власних ресурсів руд кольорових, рідкоземельних, благородних металів.

Запитання та завдання для самоперевірки

1. Назвіть та покажіть на карті країни, які є світовими лідерами за видобутком залізних руд. Поясніть причини, що обумовлюють великі обсяги видобутку залізорудної сировини. 2. У яких країнах видобувають найбільше марганцевих руд? 3. Назвіть та покажіть на карті найбільші райони видобутку руд кольорових металів. 4. Охарактеризуйте географію видобутку золота, срібла та платини у світі. 5. Назвіть і покажіть на карті басейни та райони видобування залізних та марганцевих руд в Україні. 6. Укажіть основні родовища руд кольорових металів, які розробляють в Україні.

Поміркуйте

Чому в Україні існує дефіцит окремих видів кольорових металів? Запропонуйте можливі шляхи вирішення проблеми забезпечення України рудною сировиною та скорочення її імпорту.

Практичне завдання

За текстом та картографічними матеріалами параграфа дослідіть географію світового видобутку металевих руд. Результати занесіть у таблицю.

Металева руда

Країни — найбільші виробники

Країни-імпортери

§ 4. Будова атома

Складові частини атома. Уявлення давніх філософів про атом як найдрібнішу однорідну й неподільну частинку речовини не змінювалися протягом століть. Однак у другій половині XIX ст. вчені виявили, що в атомі містяться ще дрібніші частинки.

Із курсу хімії 7 класу вам відомо наступне:

атом — це найменша електронейтральна частинка речовини, яка складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього (мал. 10);
величина заряду ядра і кількість електронів в атомі збігаються з порядковим (атомним) номером елемента;
ядро в десятки тисяч разів менше за атом;
майже вся маса атома зосереджена в ядрі.

Мал. 10. Модель атома Гідрогену — елемента № 1

Подальші дослідження будови атома на початку XX ст. показали, що в ядрі містяться частинки двох типів — протони 1 і нейтрони 2 . Їх загальна назва — нуклони 3 .

1 Термін походить від грецького слова prötos — перший, найпростіший.

2 Термін походить від латинського слова neutrum — ні те, ні інше.

3 Термін походить від латинського слова nucleus — ядро.

Протон має такий самий за значенням заряд, як і електрон, але позитивний: +1. Кількість протонів визначає заряд ядра атома і є такою самою, що й кількість електронів. Нейтрон — незаряджена частинка. Протон позначають р + , а нейтрон — n 0 .

Для характеристики частинок, які входять до складу атомів, як і для самих атомів, використовують не абсолютні, а відносні маси. Маси протона і нейтрона приблизно однакові і майже у 2000 разів більші за масу електрона. Значення відносних мас протона і нейтрона дорівнюють одиниці.

Отже, в атомі співіснують частинки трьох типів — із позитивним, негативним зарядами, а також ті, що не мають заряду (схема 1).

Електрони притягуються до ядра атома так званими електростатичними силами, однак не падають на нього, оскільки рухаються з високою швидкістю. Протони й нейтрони утримуються разом у ядрі завдяки дії особливих, «ядерних», сил. Природу цих сил повністю ще не з’ясовано.

Протонне і нуклонне числа. Кількість протонів в атомі називають протонним числом. Його вказують нижнім індексом зліва від символу елемента: ₄Ве.

Складники атома

• Які значення протонних чисел мають елементи Флуор і Натрій?

Зважаючи на будову атома, можна дати таке означення хімічного елемента:

хімічний елемент — вид атомів із певним протонним числом.

Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклонним числом. Його позначають літерою А, а значення записують верхнім індексом зліва від символу елемента: 9 Ве.

Кількість нейтронів дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами. Цих частинок в атомі Берилію налічується 9 – 4 = 5 (мал. 11).

Мал. 11. Модель атома Берилію

Існує двадцять хімічних елементів, у кожного з яких усі атоми мають однакові нуклонні числа (вони майже збігаються з відносними атомними масами, наведеними в періодичній системі):

Be, F, Na, Al, Р, Sc, Μn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, Bi.

• Визначте кількість протонів, нейтронів і електронів в атомах Флуору і Натрію.

Будь-який із решти елементів має атоми з різними нуклонними числами. Пояснення цьому ви знайдете в наступному параграфі.

Підсумуємо викладене вище і запишемо відповідні математичні вирази.

Оскільки атом електронейтральний, він містить однакову кількість протонів і електронів, що дорівнює порядковому номеру елемента:

Кількість нейтронів у будь-якому атомі становить різницю між нуклонним числом і кількістю протонів (електронів) або порядковим номером елемента:

Кількість нейтронів в атомах двадцяти елементів, указаних вище, можна обчислити, використавши значення відносних атомних мас:

Для 20 елементів

ВИСНОВКИ

Атом складається з ядра і електронів. Ядро має позитивний заряд; у ньому містяться протони та нейтрони і зосереджена майже вся маса атома. Кількість протонів та електронів в атомі однакова і збігається з порядковим номером елемента. Кількість нейтронів в атомі дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами.

21. Які частинки входять до складу атома? Чим вони різняться? Який склад атомного ядра?
22. Яких частинок у будь-якому атомі однакова кількість?
23. Чи існують елементи, в атомах яких немає: а) протонів; б) нейтронів?
24. Заповніть порожні клітинки в таблиці:

Кількість в атомі

порядковий номер (протонне число)