Свойства на металите и сплавите (общи). Физични свойства на металите - Хипермаркет на знанието Физични свойства на металите химия 9

Тема на урока. "Физични свойства на металите" 9 клас

Учител по химия Иванова Вера Александровна

цели : да формира разбирането на учениците за структурните характеристики на металните атоми, техните общи физични свойства и зависимостта на свойствата от вида на кристалната решетка

Задачи:

Образователни: да обобщи информация за металната химическа връзка и кристалната решетка на металите,

формират идеи за природата на физическите свойства

Разработване: способността да се формира анализира, работи с таблици, текст, наблюдава, прави изводи

Образователни : засилване на познавателната активност на учениците, независимост, инициативност

Оборудване : колекция от метални проби, таблици, съдържащи материали за физичните свойства на металите, карти със задачи, периодичната система на химичните елементи D.I. Менделеев

Форми на работа: индивидуална работа по двойки

Тип урок : изучаване на нов материал

Мото на урока „На първо място, и възможно най-внимателно, изучавайте химия! Това е невероятна наука! Нейният пронизващ смел поглед прониква в тъмнината на земната кора М. Горки.

По време на часовете:

1. Организационен момент

Без кои вещества е немислима съвременната цивилизация?

Наистина металите играят важна роля в човешкия живот.

Думата метал в превод означава мой, мой. AT земната кораима големи запаси от метални и полиметални руди, които се използват за получаване на метали.

2. Актуализиране на знанията

Преди да преминем към изучаването на нов материал, нека разберем какво вече знаем за металите.

1. Къде се намират металите периодична системаелементи

2. Как се променя радиусът на металните атоми в групи, в периоди

3. Как се променят металните свойства в групи, периоди

4. Какви са характеристиките на структурата на металите?

3. Обяснение на нов материал

Учител.

Природата на металната химична връзка беше обсъдена по-рано в курса за 8 клас.

Каква е природата на металната връзка?

Какви са характеристиките на кристалната метална решетка?

Начертайте диаграма на металната кристална решетка на дъската.

Във възлите на кристалната решетка са разположени както неутрални атоми, така и метални катиони, свързани с помощта на социализирани електрони (те се наричат ​​още електронен газ), принадлежащи на целия кристал. Тези електрони се движат свободно и привличат метални катиони, които са разположени във възлите на кристалната решетка, осигурявайки нейната стабилност.

По този начин металната връзка е връзка, която възниква в кристалите в резултат на електростатичното взаимодействие на положително заредени метални йони с отрицателно заредени свободни електрони. Металната връзка е характерна за металите и техните сплави.

Какво разбираме под физичните свойства на материята?

Какви са физичните свойства?

Най-важните физични свойства на металите се дължат на естеството на металната връзка, структурата на кристалната решетка.

Помислете за колекция от метални проби. Работа на ученици с проби от метали.

1. Задайте цвят, прозрачност

2. Как се изразява способността за отразяване на светлината?

3. Как металните проби реагират на действието на магнит?

4. Какви физични свойства са характерни за металите?

Назовете общите физични свойства на металите.

Учениците отбелязват: метален блясък, твърдост, пластичност, електро- и топлопроводимост.

Учениците изучават таблицата с физичните свойства на металите, след което, използвайки данните в таблицата, отговарят на въпроси и пишат в тетрадка

Физични свойства на металите

Учениците записват физични свойства в тетрадка, дават примери.

Плътност. Според плътността металите се делят на две групи:

бели дробове , плътност не повече от 5 g/cm 3 –

тежък , плътност над 5 g/cm 3 –

Най-лекият е литий, плътност 0,53 g/cm 3 , най-тежкият - осмий, плътност 22,6 g / cm 3

температура. Металите, в зависимост от точката на топене, се разделят на:

стопим , точка на топене не по-висока от 1000°С -

огнеупорен , точка на топене над 1000°С -

Най-топимият метал е живакът t = -39 °С , най-огнеупорният - волфрам

t = 3340 °С

твърдост. Твърдостта на металите се сравнява с твърдостта на диаманта и се разделя на групи:

мек -

твърдо -

най-твърдият метал - хром, драска стъкло, най-мекият - алкални метали, които се режат с нож

Електропроводимост.Електрическата проводимост се обяснява с наличието на свободни електрони, под въздействието на приложено електрическо напрежение произволно движещите се електрони в метала придобиват насочено движение, възниква електрически ток.

Среброто, медта, златото, алуминият имат висока електропроводимост.

Имат ниска електропроводимост - живак, олово, волфрам

Топлопроводимост. Индексът на топлопроводимост на металите, като правило, съвпада с индекса на електрическата проводимост.

метален блясък. Металите са в състояние да отразяват светлинните вълни, магнезият и алуминият могат да запазят метален блясък дори в прах.

цвят - повечето метали са сребристи, с изключение на златисто-жълтите, медта е червено-жълта.

Пластмаса. Пластичност - способността да променя формата си при удар, да се разтяга в тел, да се навива на тънки листове. В редицата Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe намалява.

Магнитни свойства.Магнитните свойства се определят от способността на металите да бъдат привлечени от външната страна магнитно полеи запазват способността си да се магнетизират. Най-силните магнитни свойства са: желязо, никел, кобалт. Тези метали се наричат ​​феромагнитни (от латинската дума ferrum - желязо).

4. Затвърдяване на знанията

Учениците получават карти със задачи и отговарят на въпросите.

Карти със задачи.

Указания за теста: изберете един верен отговор

Опция 1

отговори

1. Изберете група от елементи, която съдържа само метали

A) Cu K Mg C

B) Ba Zn Pb Li

B) Na Mn Br Fe

2, Посочете общото в структурата на Li и K

А) 1 електрон в последното електронно ниво

Б) същият брой електронни нива

В) 2 електрона в последното електронно ниво

3. За метали от група 1А не е характерно

А) степента на окисление в съединения -1

Б) степен на окисление в съединения +1

В) общата формула на висшия оксид R 2 О

4. Металните свойства на калция се проявяват, по-слаби от

А) калий

Б) литий

Б) желязо

5. Активните метали включват

A) Cu Ag Ca Fe

B) Mg K Ba Ca

B) Pb Li Zn Sn

6. Нискоактивните метали включват

А) Hg Ag Cu

Б) CaSrBa

C) Cs Mg K

5. Обобщаване на урока

Учител:

Какво научихте за физичните свойства на металите?

Как може да се обясни съществуването на общи физични свойства в толкова голям брой прости вещества?

6. Домашна работа

Подгответе доклади за ролята на металите в нашия живот.

Всички метали и метални сплавиимат определени свойства. Имоти метали и сплавиразделени на четири групи: физични, химични, механични и технологични.

Физични свойства. към физически свойства метали и сплавивключват: плътност, точка на топене, топлопроводимост, топлинно разширение, специфичен топлинен капацитет, електрическа проводимост и магнетизираемост. Физичните свойства на някои метали са дадени в таблицата:

Физични свойства на металите

Плътност.Количеството вещество, съдържащо се в единица обем, се нарича плътност.Плътността на метала може да варира в зависимост от метода на неговото производство и естеството на обработката.

температуратопене. Температурата, при която металът напълно преминава от твърдо в течно състояние, се нарича точка на топене. Всеки метал или сплав има своя точка на топене. Познаването на температурата на топене на металите помага за правилното провеждане на термичните процеси по време на термичната обработка на металите.

Топлопроводимост.Способността на телата да предават топлина от по-нагрети частици към по-малко нагрети частици се нарича топлопроводимост. . Топлинната проводимост на метала се определя от количеството топлина, което преминава през метален прът с напречно сечение 1 cm 2 , 1см дължина в рамките на 1 сек. при температурна разлика от 1°C.

топлиннаразширение.Нагряването на метал до определена температура го кара да се разширява.

Размерът на удължението на метала по време на нагряване е лесно да се определи, ако е известен коефициентът на линейно разширение на метала α. Коефициентът на обемно разширение на метала ß е равен на 3α.

Специфичнитоплинен капацитет. Количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата 1 Жвещества за 1°C се нарича специфичен топлинен капацитет. Металите, в сравнение с други вещества, имат по-малък топлинен капацитет, така че се нагряват без големи разходи на топлина.

Електропроводимост.Способността на металите да провеждат електричество се нарича електропроводимост. Основното количество, което характеризира електрическите свойства на метала, е електрическото съпротивление ρ, т.е. съпротивлението, което проводник от даден метал с дължина 1 m осигурява на тока и раздел 1 mm 2 .Посочва се в омове. Реципрочната стойност на електрическото съпротивление се нарича елекпроводимост.

Повечето метали са с висока електропроводимост, като сребро, мед и алуминий. С повишаване на температурата електропроводимостта намалява, а с понижаване на температурата се увеличава.

Магнитни свойства.Магнитните свойства на металите се характеризират със следните величини: остатъчна индукция, коерцитивна сила и магнитна проницаемост.

Остатъчна индукция (ATr) наречена магнитна индукция, която остава в пробата след намагнитизиране и премахване на магнитното поле. Остатъчната индукция се измерва в гаус.

принудителна сила (Ns)те наричат ​​силата на магнитното поле, което трябва да се приложи към пробата, за да се намали остатъчната индукция до нула, т.е. да се демагнетизира пробата. Принудителната сила се измерва в ерстеди.

Магнитната проницаемост μ характеризира способността на метала да се магнетизира под се определя от формулата

Желязото, никелът, кобалтът и гадолиният се привличат от външно магнитно поле много по-силно от другите метали и постоянно запазват способността си да се магнетизират. Тези метали се наричат ​​феромагнитни (от латинската дума ferrum - желязо), а техните магнитни свойства се наричат ​​феромагнетизъм. При нагряване до температура от 768 ° C (температура на Кюри), феромагнетизмът изчезва и металът става немагнитен.

Химични свойства.Химичните свойства на металите и метални сплавиназовавайте свойствата, които определят връзката им с химичните ефекти на различни активни среди. Всеки метал или метална сплав има определена способност да издържа на тези среди.

Химически влияниясреди се появяват в различни форми: желязото ръждясва, бронзът е покрит със зелен слой от оксид, стоманата, когато се нагрява в пещи за закаляване без защитна атмосфера, се окислява, превръщайки се в мащаб и се разтваря в сярна киселина и т.н. Следователно, за практическото използване на метали и сплави , е необходимо да ги познавате Химични свойства. Тези свойства се определят от промяната в теглото на изпитваните образци за единица време на единица повърхност. Например устойчивостта на стоманата към образуване на котлен камък (топлоустойчивост) се определя чрез увеличаване на теглото на пробите за 1 час с 1 дмповърхност в грамове (печалбата се получава поради образуването на оксиди).

Механични свойства.Механичните свойства определят производителността метални сплавикогато са изложени на външни сили. Те включват здравина, твърдост, еластичност, пластичност, якост на удар и др.

За определяне на механичните свойства метални сплавите са подложени на различни тестове.

Пробен периодопън(пауза). Това е основният метод за изпитване, използван за определяне на границата на пропорционалност σ точки, граница на провлачване σ с, издръжливост на опън σ b относително удължение σ и относително стесняване ψ.

За изпитване на опън се изработват специални образци - цилиндрични и плоски. Те могат да бъдат с различни размери, в зависимост от вида на машината за изпитване на опън, на която металът се изпитва за опън.

Машината за изпитване на опън работи по следния начин: тестовият образец се фиксира в скобите на главите и постепенно се разтяга с нарастваща сила Рдо почивка.

В началото на теста при малки товариобразецът се деформира еластично, неговото удължение е пропорционално на увеличаването на натоварването. Зависимостта на удължението на пробата от приложеното натоварване се нарича законът за пропорционалността.

Най-голямото натоварване, което една проба може да издържи, без да се отклонява от закона за пропорционалност, се нарича предипропорционалност на лоста:

σ pc = стр/Fo

Еотносно mm 2 .

С увеличаване на натоварването кривата се отклонява настрани, т.е. законът за пропорционалност е нарушен. Към основния въпрос R pдеформацията на пробата е еластична. Деформацията се нарича еластична, ако напълно изчезне след разтоварване на пробата. На практика еластичната граница за стоманата се приема равна на пропорционалната граница.

С по-нататъшно увеличаване на натоварването (над точката П д)кривата започва да се отклонява значително. Най-малкото натоварване, при което пробата се деформира без забележимо увеличение на натоварването, се нарича провлачване:

σ с=PS/Fo

където , kgf;

F o е началната площ на напречното сечение на образеца, mm 2 .След границата на провлачване натоварването се увеличава до точката ре,където достига своя максимум. Чрез разделяне на максималното натоварване на площта на напречното сечение на образеца, издръжливост на опън:

σb=Pb/Fo,

F o е началната площ на напречното сечение на образеца, mm 2 .В точката R допробата е счупена. Чрез промяна на пробата след разкъсване се преценява пластичността на метала, която се характеризира с относително удължение δ и стесняване ψ.

Относителното удължение се разбира като съотношението на нарастването на дължината на пробата след разкъсване към нейната първоначална дължина, изразено като процент:

δ= л 1 - л 0 / л 0 · 100%

където л 1 - дължина на пробата след разкъсване, mm;

л 0 - първоначална дължина на пробата, мм.

Относителното свиване е съотношението на намаляването на площта на напречното сечение на пробата след разкъсване към нейната първоначална площ на напречното сечение

φ= F o- Е 1 / Е 0 · 100%,

където F o - първоначалната площ на напречното сечение на пробата, mm 2;

Е 1 е площта на напречното сечение на образеца в точката на разкъсване (шийка), mm 2 .

Тест за пълзене.Пълзенето е свойство метални сплавибавно и непрекъснато пластично се деформират при постоянно натоварване и високи температури. Основната цел на теста за пълзене е да се определи границата на пълзене - големината на напрежението, действащо продължително време при определена температура.

За части, които работят дълго времепри повишени температури, вземете предвид само скоростта на пълзене в постоянен процес и задайте граничните условия, например 1 ° / o за 1000 часа. или 1°/o на 10 000 часа.

Пробен периодза якост на удар.Способността на металите да издържат на ударни натоварвания се нарича издръжливост. Конструкционните стомани се подлагат основно на изпитване на удар, тъй като те трябва да имат не само висока статична якост, но и висока якост на удар.

За тестване вземете проба със стандартна форма и размер. Пробата се нарязва в средата, така че да се счупи на това място по време на теста.

Пробата се тества, както следва. Тестовият образец се поставя върху опорите на уреда за изпитване на удар с махало. разрез към леглото . Махало претегляне Ж повдигам на височина ч 1 . При падане от тази височина махалото разрушава пробата с острие на ножа, след което тя се издига на височина ч 2 .

Изразходваната работа се определя от теглото на махалото и височината на издигането му преди и след разрушаването на образеца. НО.

Познавайки работата на разрушаване на пробата, изчисляваме якостта на удара:

α да се=А/Е

където НО- работата, изразходвана за унищожаването на пробата, kgcm;

Е е площта на напречното сечение на пробата на мястото на разреза, cm 2.

начинБринел. Същността на този метод е , че с помощта на механична преса топка от закалена стомана се притиска в изпитвания метал под определено натоварване и диаметърът на получения отпечатък определят твърдостта.

Метод на Рокуел. За определяне на твърдостта по метода на Рокуел се използва диамантен конус с ъгъл на върха 120 °, или стоманена топка с диаметър 1,58 мм.При този метод не се измерва диаметърът на отпечатъка, а дълбочината на вдлъбнатина на диамантения конус или стоманената топка. Твърдостта се обозначава със стрелката на индикатора веднага след края на теста. При тестване на закалени части с висока твърдост, диамантен конус и натоварване от 150 kgf.Твърдостта в този случай се измерва на скала ОТи обозначават HRC.Ако по време на теста се вземе стоманена топка и товар от 100 kgf, тогава твърдостта се измерва на скала ATи обозначават HRB.Когато тествате много твърди материали или тънки продукти, използвайте диамантен конус и тежест 60 kgf.Твърдостта се измерва на скала НОи обозначават H.R.A.

Частите за тестване на твърдостта на тестер Rockwell трябва да бъдат добре почистени и да нямат дълбоки драскотини. Методът на Рокуел позволява точно и бързо изпитване на метали.

Метод на Викерс . При определяне на твърдостта по метода на Викерс като връх, притиснат в материала, се използва тетраедрична диамантена пирамида с ъгъл между страните 136 °. Полученият отпечатък се измерва с микроскоп, включен в устройството. След това според таблицата се намира числото на твърдостта Н.В.При измерване на твърдостта се използва едно от следните натоварвания: 5, 10, 20, 30, 50, 100 kgf.Малките натоварвания позволяват да се определи твърдостта на тънки продукти и повърхностни слоеве на азотирани и цианидирани части. Инструментът Vickers обикновено се използва в лаборатории.

Метод за определяне на микротвърдостта . Този метод измерва твърдостта на много тънки повърхностни слоеве и някои структурни съставки. метални сплави.

Микротвърдостта се определя с помощта на устройство PMT-3, което се състои от механизъм за вдлъбнатина на диамантена пирамида при натоварване от 0,005-0,5 kgfи металографски микроскоп. В резултат на теста се определя дължината на диагонала на получения отпечатък, след което стойността на твърдостта се намира от таблицата. Микрошлифове с полирана повърхност се използват като проби за определяне на микротвърдост.

Метод на еластичен откат. За определяне на твърдостта по метода на еластичния откат се използва устройство на Shore, което работи по следния начин. На добре почистена повърхност на изпитваната част от височина зударникът, оборудван с диамантен връх, пада. Удряйки повърхността на детайла, ударникът се издига на височина ч.Според височината на отскока на нападателя се отчитат числата на твърдостта. Колкото по-твърд е тестваният метал, толкова по-голяма е височината на отскок на ударника и обратно. Тестерът по Шор се използва главно за тестване на твърдостта на големи колянови валове, глави на биелни пръти, цилиндри и други големи части, чиято твърдост е трудно да се измери с други инструменти. Инструментът Shore ви позволява да проверявате шлифовани части, без да нарушавате качеството на повърхността, но резултатите, получени от проверката, не винаги са точни.

Таблица за преобразуване на твърдост

Метод на надраскване.Този метод, за разлика от описаните, се характеризира с това, че по време на изпитването се получава не само еластична и пластична деформация на изпитвания материал, но и неговото разрушаване.

Понастоящем за проверка на твърдостта и качеството на топлинна обработка на стоманени заготовки и готови части без разрушаване се използва устройство - индуктивен дефектоскоп DI-4. Това устройство работи с вихрови токове, възбудени чрез редуване електромагнитно поле, което се създава от сензори в контролираните части и стандарта.

Плътност.Това е една от най-важните характеристики на металите и сплавите. По плътност металите се разделят на следните групи:

бели дробове(плътност не повече от 5 g / cm 3) - магнезий, алуминий, титан и др.:

тежък- (плътност от 5 до 10 g / cm 3) - желязо, никел, мед, цинк, калай и др. (това е най-обширната група);

много тежко(плътност над 10 g / cm 3) - молибден, волфрам, злато, олово и др.

Таблица 2 показва стойностите на плътността на металите. (Тази и следващите таблици характеризират свойствата на онези метали, които формират основата на сплавите за художествено леене).

Таблица 2. Плътност на метала.

Температура на топене.В зависимост от температурата на топене металът се разделя на следните групи:

стопим(точка на топене не надвишава 600 o C) - цинк, калай, олово, бисмут и др.;

средно топене(от 600 o C до 1600 o C) - те включват почти половината от металите, включително магнезий, алуминий, желязо, никел, мед, злато;

огнеупорен(повече от 1600 o C) - волфрам, молибден, титан, хром и др.

Живакът е течност.

При производството на художествени отливки температурата на топене на метала или сплавта определя избора на топилна единица и огнеупорен формовъчен материал. Когато в метала се въвеждат добавки, температурата на топене като правило намалява.

Таблица 3. Точки на топене и кипене на метали.

Специфична топлина. Това е количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на единица маса с един градус. Специфичният топлинен капацитет намалява с увеличаване на поредния номер на елемента в периодичната таблица. Зависимостта на специфичната топлина на елемент в твърдо състояние от атомната маса се описва приблизително от закона на Дюлонг и Пети:

m a c m = 6.

където, m a- атомна маса; см- специфичен топлинен капацитет (J / kg * o C).

Таблица 4 показва стойностите на специфичния топлинен капацитет на някои метали.

Таблица 4. Специфичен топлинен капацитет на металите.

Скрита топлина на топене на метали. Тази характеристика (Таблица 5), заедно със специфичната топлина на металите, до голяма степен определя необходимата мощност на топилния агрегат. За да се разтопи нискотопим метал, понякога е необходима повече топлинна енергия, отколкото за огнеупорен. Например, нагряването на мед от 20 до 1133 o C ще изисква един и половина пъти по-малко топлинна енергия, отколкото нагряването на същото количество алуминий от 20 до 710 o C.

Таблица 5. Скрита топлина на метал

Топлинен капацитет. Топлинният капацитет характеризира преноса на топлинна енергия от една част на тялото към друга, или по-скоро молекулярния пренос на топлина в непрекъсната среда, поради наличието на температурен градиент. (таблица 6)

Таблица 6. Коефициент на топлопроводимост на металите при 20 o C

Качеството на художественото леене е тясно свързано с топлопроводимостта на метала. В процеса на топене е важно не само да осигурите достатъчно висока температураметал, но и за постигане на равномерно разпределение на температурата в целия обем на течната баня. Колкото по-висока е топлопроводимостта, толкова по-равномерно се разпределя температурата. При електродъгово топене, въпреки високата топлопроводимост на повечето метали, спадът на температурата в напречното сечение на ваната достига 70-80 o C, а за метал с ниска топлопроводимост тази разлика може да достигне 200 o C или повече.

благоприятни условияза изравняване на температурата се създават по време на индукционното топене.

Коефициент на термично разширение. Тази стойност, която характеризира промяната в размерите на образец с дължина 1 m при нагряване с 1 o C, има важностпо време на работа с емайл (таблица 7)

Коефициентите на термично разширение на металната основа и емайла трябва да бъдат възможно най-близки, така че емайлът да не се напука след изпичане. Повечето емайли, които са твърди силициеви оксиди и други елементи, имат нисък коефициент на топлинно разширение. Както показва практиката, емайлите се придържат много добре към желязо, злато, по-малко здраво - към мед и сребро. Може да се предположи, че титанът е много подходящ материал за емайлиране.

Таблица 7. Коефициент на топлинно разширение на металите.

отразяваща способност. Това е способността на метала да отразява светлинни вълни с определена дължина, която се възприема от човешкото око като цвят (таблица 8). Металните цветове са показани в таблица 9.

Таблица 8 Съответствие между цвят и дължина на вълната.

Таблица 9. Цветове на металите.

Чистите метали практически не се използват в изкуствата и занаятите. За производството на различни продукти се използват сплави, чиито цветови характеристики се различават значително от цвета на основния метал.

От дълго време е натрупан богат опит в използването на различни леярски сплави за производството на бижута, предмети от бита, скулптури и много други видове художествено леене. Все още обаче не е разкрита връзката между структурата на сплавта и нейната отразяваща способност.

1. Как са металите в периодичната таблица на Д. И. Менделеев? Каква е разликата между структурата на металните атоми и структурата на неметалните атоми?
Металите са разположени предимно отляво и отдолу на периодичната таблица, т.е. предимно в I-III групи. А на външно енергийно ниво металите обикновено имат от един до три електрона (въпреки че са възможни изключения: антимонът и бисмутът имат 5 електрона, полоният има 6).

2. Как кристалните решетки на металите се различават по структура и свойства от йонните и атомните кристални решетки?
Във възлите на металната кристална решетка има положително заредени йони и атоми, между които се движат електрони, а в молекулярната и атомната кристална решеткавъв възлите са съответно молекули и атоми.

3. Какви са общите физични свойства на металите? Обяснете тези свойства въз основа на идеи за металната връзка.

4. Защо някои метали са пластични (напр. мед), докато други са крехки (напр. антимон)?
Антимонът има 5 електрона на външно енергийно ниво, медта има 1. С увеличаване на броя на електроните се осигурява силата на отделните слоеве йони, предотвратявайки тяхното свободно плъзгане, намалявайки пластичността.

5. Когато се "разтваря" в солна киселина, 12,9 g сплав, състояща се от мед и цинк, получава 2,24 литра водород (n.o.). Изчислете масовите дялове (в проценти) на цинк и мед в тази сплав.

6. Медно-алуминиева сплав обработена 60гр на солна киселина(масова част на HCl - 10%). Изчислете масата и обема на освободения газ (n.o.s.).

ТЕСТОВЕ

1. Най-удивителните метални свойства се проявяват от просто вещество, чиито атоми имат структура на електронна обвивка
1) 2e, 1e

2. Най-удивителните метални свойства се проявяват от просто вещество, чиито атоми имат структурата на електронна обвивка
4) 2e, 8e, 18e, 8e, 2e

3. Твърдо вещество с кристална решетка провежда добре електричество
3) метал

Плътност.Това е една от най-важните характеристики на металите и сплавите. По плътност металите се разделят на следните групи:

бели дробове(плътност не повече от 5 g / cm 3) - магнезий, алуминий, титан и др.:

тежък- (плътност от 5 до 10 g / cm 3) - желязо, никел, мед, цинк, калай и др. (това е най-обширната група);

много тежко(плътност над 10 g / cm 3) - молибден, волфрам, злато, олово и др.

Таблица 2 показва стойностите на плътността на металите. (Тази и следващите таблици характеризират свойствата на онези метали, които формират основата на сплавите за художествено леене).

Таблица 2. Плътност на метала.

Температура на топене.В зависимост от температурата на топене металът се разделя на следните групи:

стопим(точка на топене не надвишава 600 o C) - цинк, калай, олово, бисмут и др.;

средно топене(от 600 o C до 1600 o C) - те включват почти половината от металите, включително магнезий, алуминий, желязо, никел, мед, злато;

огнеупорен(повече от 1600 o C) - волфрам, молибден, титан, хром и др.

Живакът е течност.

При производството на художествени отливки температурата на топене на метала или сплавта определя избора на топилна единица и огнеупорен формовъчен материал. Когато в метала се въвеждат добавки, температурата на топене като правило намалява.

Таблица 3. Точки на топене и кипене на метали.

Специфична топлина. Това е количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на единица маса с един градус. Специфичният топлинен капацитет намалява с увеличаване на поредния номер на елемента в периодичната таблица. Зависимостта на специфичната топлина на елемент в твърдо състояние от атомната маса се описва приблизително от закона на Дюлонг и Пети:

m a c m = 6.

където, m a- атомна маса; см- специфичен топлинен капацитет (J / kg * o C).

Таблица 4 показва стойностите на специфичния топлинен капацитет на някои метали.

Таблица 4. Специфичен топлинен капацитет на металите.

Скрита топлина на топене на метали. Тази характеристика (Таблица 5), заедно със специфичната топлина на металите, до голяма степен определя необходимата мощност на топилния агрегат. За да се разтопи нискотопим метал, понякога е необходима повече топлинна енергия, отколкото за огнеупорен. Например, нагряването на мед от 20 до 1133 o C ще изисква един и половина пъти по-малко топлинна енергия, отколкото нагряването на същото количество алуминий от 20 до 710 o C.

Таблица 5. Скрита топлина на метал

Топлинен капацитет. Топлинният капацитет характеризира преноса на топлинна енергия от една част на тялото към друга, или по-скоро молекулярния пренос на топлина в непрекъсната среда, поради наличието на температурен градиент. (таблица 6)

Таблица 6. Коефициент на топлопроводимост на металите при 20 o C

Качеството на художественото леене е тясно свързано с топлопроводимостта на метала. В процеса на топене е важно не само да се осигури достатъчно висока температура на метала, но и да се постигне равномерно разпределение на температурата в целия обем на течната баня. Колкото по-висока е топлопроводимостта, толкова по-равномерно се разпределя температурата. При електродъгово топене, въпреки високата топлопроводимост на повечето метали, спадът на температурата в напречното сечение на ваната достига 70-80 o C, а за метал с ниска топлопроводимост тази разлика може да достигне 200 o C или повече.

При индукционното топене се създават благоприятни условия за изравняване на температурата.

Коефициент на термично разширение. Тази стойност, която характеризира промяната в размерите на проба с дължина 1 m при нагряване с 1 o C, е важна при работата с емайл (таблица 7)

Коефициентите на термично разширение на металната основа и емайла трябва да бъдат възможно най-близки, така че емайлът да не се напука след изпичане. Повечето емайли, които са твърди силициеви оксиди и други елементи, имат нисък коефициент на топлинно разширение. Както показва практиката, емайлите се придържат много добре към желязо, злато, по-малко здраво - към мед и сребро. Може да се предположи, че титанът е много подходящ материал за емайлиране.

Таблица 7. Коефициент на топлинно разширение на металите.

отразяваща способност. Това е способността на метала да отразява светлинни вълни с определена дължина, която се възприема от човешкото око като цвят (таблица 8). Металните цветове са показани в таблица 9.

Таблица 8 Съответствие между цвят и дължина на вълната.

Таблица 9. Цветове на металите.

Чистите метали практически не се използват в изкуствата и занаятите. За производството на различни продукти се използват сплави, чиито цветови характеристики се различават значително от цвета на основния метал.

От дълго време е натрупан богат опит в използването на различни леярски сплави за производството на бижута, предмети от бита, скулптури и много други видове художествено леене. Все още обаче не е разкрита връзката между структурата на сплавта и нейната отразяваща способност.