خواص فلزات و آلیاژها (عمومی). خواص فیزیکی فلزات - هایپر مارکت دانش خواص فیزیکی فلزات شیمی 9

موضوع درس. "خواص فیزیکی فلزات" درجه 9

معلم شیمی ایوانووا ورا الکساندرونا

اهداف : ایجاد درک دانش آموزان از ویژگی های ساختاری اتم های فلزی، خواص فیزیکی عمومی آنها و وابستگی خواص به نوع شبکه کریستالی.

وظایف:

آموزشی: خلاصه کردن اطلاعات در مورد پیوند شیمیایی فلز و شبکه کریستالی فلزات،

ایده هایی در مورد ماهیت خواص فیزیکی ایجاد کنید

در حال توسعه: توانایی تجزیه و تحلیل، کار با جداول، متن، مشاهده، نتیجه گیری

آموزشی : تشدید فعالیت شناختی دانش آموزان، استقلال، ابتکار

تجهیزات : مجموعه ای از نمونه های فلزی، جداول حاوی مواد در مورد خواص فیزیکی فلزات، کارت وظایف، سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف

اشکال کار: انفرادی، کار زوجی

نوع درس : یادگیری مطالب جدید

شعار درس "اول از همه، و تا حد امکان با دقت، شیمی را مطالعه کنید! این علم شگفت انگیز است! نگاه جسورانه نافذ او در تاریکی پوسته زمین نفوذ می کند. M. Gorky.

در طول کلاس ها:

1. لحظه سازمانی

تمدن مدرن بدون کدام مواد قابل تصور نیست؟

در واقع فلزات نقش مهمی در زندگی انسان دارند.

کلمه متال در ترجمه به معنای مال من است. AT پوسته زمینذخایر زیادی از سنگ معدن فلزی و چند فلزی وجود دارد که برای به دست آوردن فلزات استفاده می شود.

2. به روز رسانی دانش

قبل از اینکه به مطالعه مواد جدید بپردازیم، بیایید آنچه را که قبلاً در مورد فلزات می دانیم، دریابیم.

1. فلزات در جدول تناوبی عناصر در کجا قرار دارند

2. چگونه شعاع اتم های فلز در گروه ها، در دوره ها تغییر می کند

3. چگونه خواص فلزی در گروه ها، دوره ها تغییر می کند

4. ساختار فلزات چه ویژگی هایی دارد؟

3. توضیح مطالب جدید

معلم.

ماهیت پیوند شیمیایی فلزی قبلاً در درس کلاس هشتم مورد بحث قرار گرفت.

ماهیت پیوند فلزی چیست؟

ویژگی های یک شبکه فلزی کریستالی چیست؟

نموداری از شبکه کریستالی فلزی روی تخته بکشید.

در گره‌های شبکه کریستالی، هم اتم‌های خنثی و هم کاتیون‌های فلزی قرار دارند که با استفاده از الکترون‌های اجتماعی شده (که به آنها گاز الکترون نیز می‌گویند) متعلق به کل کریستال به هم متصل می‌شوند. این الکترون‌ها آزادانه در اطراف حرکت می‌کنند و کاتیون‌های فلزی را که در گره‌های شبکه کریستالی قرار دارند جذب می‌کنند و از پایداری آن اطمینان می‌دهند.

بنابراین، پیوند فلزی پیوندی است که در کریستال ها در نتیجه برهمکنش الکترواستاتیکی یون های فلزی با بار مثبت با الکترون های آزاد با بار منفی ایجاد می شود. پیوند فلزی مشخصه فلزات و آلیاژهای آنهاست.

منظور ما از خواص فیزیکی ماده چیست؟

خواص فیزیکی چیست؟

مهمترین خواص فیزیکی فلزات به دلیل ماهیت پیوند فلزی، ساختار شبکه کریستالی است.

مجموعه ای از نمونه های فلزی را در نظر بگیرید. کار دانش آموزان با نمونه فلزات.

1. تنظیم رنگ، شفافیت

2. توانایی بازتاب نور چگونه بیان می شود؟

3-نمونه های فلزی چگونه به عمل آهنربا واکنش نشان می دهند؟

4. ویژگی های فیزیکی فلزات چیست؟

خواص فیزیکی عمومی فلزات را نام ببرید.

دانش آموزان توجه داشته باشند: درخشش فلزی، سختی، انعطاف پذیری، هدایت الکتریکی و حرارتی.

دانش آموزان جدول خواص فیزیکی فلزات را مطالعه می کنند سپس با استفاده از داده های جدول به سوالات پاسخ می دهند و در دفترچه یادداشت می نویسند.

خواص فیزیکی فلزات

دانش آموزان خصوصیات فیزیکی را در یک دفتر می نویسند، مثال می زنند.

تراکم. از نظر چگالی، فلزات به دو گروه تقسیم می شوند:

ریه ها ، چگالی بیش از 5 گرم در سانتی متر نیست 3 –

سنگین ، چگالی بیش از 5 گرم در سانتی متر 3 –

سبک ترین لیتیوم با چگالی 0.53 گرم بر سانتی متر است 3 ، سنگین ترین - اسمیم، چگالی 22.6 گرم در سانتی متر 3

درجه حرارت. فلزات بسته به نقطه ذوب به دو دسته تقسیم می شوند:

ذوب پذیر ، نقطه ذوب بالاتر از 1000 نباشد°С -

نسوز نقطه ذوب بالای 1000°С -

قابل ذوب ترین فلز جیوه است t = -39 درجه سانتیگراد نسوز ترین - تنگستن

t = 3340 درجه سانتی گراد

سختی. سختی فلزات با سختی الماس مقایسه می شود و به گروه های زیر تقسیم می شود:

نرم -

جامد -

سخت ترین فلز - کروم، خراش شیشه، نرم ترین - فلزات قلیایی، که با چاقو بریده می شوند.

رسانایی الکتریکی.هدایت الکتریکی با حضور الکترون‌های آزاد توضیح داده می‌شود، تحت تأثیر ولتاژ الکتریکی اعمال شده، الکترون‌های متحرک هرج و مرج در فلز حرکتی جهت‌دار پیدا می‌کنند، جریان الکتریکی ایجاد می‌شود.

نقره، مس، طلا، آلومینیوم رسانایی الکتریکی بالایی دارند.

رسانایی الکتریکی پایینی دارند - جیوه، سرب، تنگستن

هدایت حرارتی. شاخص هدایت حرارتی فلزات، به عنوان یک قاعده، با شاخص هدایت الکتریکی منطبق است.

درخشش فلزی. فلزات قادر به بازتاب امواج نور هستند، منیزیم و آلومینیوم قادر به حفظ درخشش فلزی حتی در پودر هستند.

رنگ - بیشتر فلزات نقره ای هستند، به استثنای طلایی-زرد، مس قرمز-زرد است.

پلاستیک. انعطاف پذیری - توانایی تغییر شکل در اثر ضربه، کشش به یک سیم، غلتیدن به ورق های نازک. در سری طلا، Ag، Cu، Sn، Pb، Zn، Fe کاهش می یابد.

خواص مغناطیسیخواص مغناطیسی توسط توانایی فلزات برای جذب به بیرون تعیین می شود میدان مغناطیسیو قابلیت مغناطیسی شدن را حفظ می کند. قوی ترین خواص مغناطیسی عبارتند از: آهن، نیکل، کبالت. این فلزات فرومغناطیسی (از کلمه لاتین ferrum - آهن) نامیده می شوند.

4. تحکیم دانش

دانش آموزان کارت هایی با وظایف دریافت می کنند و به سوالات پاسخ می دهند.

کارت های وظیفه

دستورالعمل آزمون: یک پاسخ صحیح را انتخاب کنید

انتخاب 1

پاسخ می دهد

1. گروهی از عناصر را انتخاب کنید که فقط شامل فلزات باشد

الف) Cu K Mg C

ب) Ba Zn Pb Li

ب) Na Mn Br Fe

2، مشترک در ساختار Li و K را نشان دهید

الف) 1 الکترون در آخرین سطح الکترونیکی

ب) همان تعداد سطوح الکترونیکی

ج) 2 الکترون در آخرین سطح الکترونیکی

3. برای فلزات گروه 1A معمولی نیست

الف) حالت اکسیداسیون در ترکیبات -1

ب) حالت اکسیداسیون در ترکیبات +1

ج) فرمول کلی اکسید بالاتر R 2 O

4. خواص فلزی کلسیم آشکار است، ضعیف تر از

الف) پتاسیم

ب) لیتیوم

ب) آهن

5. فلزات فعال شامل

الف) Cu Ag Ca Fe

ب) Mg K Ba Ca

ب) Pb Li Zn Sn

6. فلزات کم فعال شامل

الف) Hg Ag Cu

ب) CaSrBa

ج) Cs Mg K

5. جمع بندی درس

معلم:

در مورد خواص فیزیکی فلزات چه آموخته اید؟

چگونه می توان وجود خصوصیات فیزیکی مشترک در چنین تعداد زیادی از مواد ساده را توضیح داد؟

6. تکالیف

گزارش هایی در مورد نقش فلزات در زندگی ما تهیه کنید.

تمام فلزات و آلیاژهای فلزیخواص خاصی دارند خواص فلزات و آلیاژهابه چهار گروه فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و تکنولوژیکی تقسیم می شود.

مشخصات فیزیکی. به خواص فیزیکی فلزات و آلیاژهاعبارتند از: چگالی، نقطه ذوب، هدایت حرارتی، انبساط حرارتی، ظرفیت گرمایی ویژه، هدایت الکتریکی و قابلیت مغناطیسی. خواص فیزیکی برخی از فلزات در جدول آورده شده است:

خواص فیزیکی فلزات

تراکم.مقدار ماده موجود در واحد حجم نامیده می شود تراکمچگالی فلز ممکن است بسته به روش تولید آن و ماهیت پردازش متفاوت باشد.

درجه حرارتذوب شدن. دمایی که در آن یک فلز به طور کامل از جامد به مایع تبدیل می شود نامیده می شود نقطه ذوب. هر فلز یا آلیاژ نقطه ذوب خاص خود را دارد. آگاهی از دمای ذوب فلزات به انجام صحیح فرآیندهای حرارتی در طی عملیات حرارتی فلزات کمک می کند.

هدایت حرارتی.توانایی اجسام برای انتقال گرما از ذرات گرم‌تر به ذرات گرم‌تر، هدایت حرارتی نامیده می‌شود. . رسانایی حرارتی یک فلز با مقدار حرارتی که از یک میله فلزی با سطح مقطع 1 سانتی متر مربع عبور می کند تعیین می شود. , طول 1 سانتی متر در عرض 1 ثانیه در اختلاف دمای 1 درجه سانتی گراد

حرارتیافزونه.حرارت دادن یک فلز تا دمای مشخصی باعث انبساط آن می شود.

تعیین میزان ازدیاد طول فلز در حین گرمایش آسان است که آیا ضریب انبساط خطی فلز α مشخص است یا خیر. ضریب انبساط حجمی فلز ß برابر با 3α است.

خاصظرفیت گرمایی. مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش دما 1 جیمواد در هر 1 درجه سانتیگراد ظرفیت گرمایی ویژه نامیده می شود. فلزات در مقایسه با سایر مواد ظرفیت گرمایی کمتری دارند، بنابراین بدون صرف هزینه زیاد گرما گرم می شوند.

رسانایی الکتریکی.توانایی فلزات برای هدایت الکتریسیته نامیده می شود رسانایی الکتریکی. مقدار اصلی که خواص الکتریکی یک فلز را مشخص می کند، مقاومت الکتریکی ρ است، یعنی مقاومتی که یک سیم از یک فلز معین به طول 1 متر در برابر جریان ایجاد می کند. و بخش 1 میلی متر 2.بر حسب اهم مشخص شده است. متقابل مقاومت الکتریکی نامیده می شود الکهدایت

بیشتر فلزات مانند نقره، مس و آلومینیوم دارای رسانایی الکتریکی بالایی هستند. با افزایش دما هدایت الکتریکی کاهش می یابد و با کاهش دما افزایش می یابد.

خواص مغناطیسیخواص مغناطیسی فلزات با مقادیر زیر مشخص می شود: القای باقیمانده، نیروی اجباری و نفوذپذیری مغناطیسی.

القای باقیمانده (ATr) القای مغناطیسی نامیده می شود که پس از مغناطیسی شدن نمونه و حذف میدان مغناطیسی در آن باقی می ماند. القای باقی مانده بر حسب گاوس اندازه گیری می شود.

نیروی اجباری (Ns)آنها قدرت میدان مغناطیسی را می گویند که باید به نمونه اعمال شود تا القای باقیمانده را به صفر برساند، یعنی نمونه را مغناطیسی زدایی کند. نیروی اجباری در اورستد اندازه گیری می شود.

نفوذپذیری مغناطیسی μ مشخص کننده توانایی یک فلز برای مغناطیسی شدن با فرمول تعیین می شود

آهن، نیکل، کبالت و گادولینیوم به یک میدان مغناطیسی خارجی بسیار قوی تر از سایر فلزات جذب می شوند و دائماً توانایی مغناطیسی شدن را حفظ می کنند. این فلزات را فرومغناطیس (از کلمه لاتین ferrum - آهن) و خواص مغناطیسی آنها را فرومغناطیس می نامند. هنگامی که تا دمای 768 درجه سانتیگراد (دمای کوری) گرم می شود، فرومغناطیس از بین می رود و فلز غیر مغناطیسی می شود.

خواص شیمیایی.خواص شیمیایی فلزات و آلیاژهای فلزیخواصی را نام ببرید که رابطه آنها را با اثرات شیمیایی محیط های فعال مختلف تعیین می کند. هر فلز یا آلیاژ فلزی توانایی خاصی در مقاومت در برابر این محیط ها دارد.

تأثیرات شیمیاییمحیط ها ظاهر می شوند اشکال گوناگون: آهن زنگ می زند، برنز با لایه ای سبز رنگ از اکسید پوشیده می شود، فولاد وقتی در کوره های سخت کننده بدون اتمسفر محافظ حرارت داده می شود، اکسید می شود، تبدیل به رسوب می شود و در اسید سولفوریک حل می شود و ... بنابراین برای استفاده عملی از فلزات و آلیاژها. ، شناخت آنها ضروری است خواص شیمیایی. این ویژگی ها با تغییر وزن نمونه های آزمایشی در واحد زمان در واحد سطح تعیین می شود. به عنوان مثال، مقاومت فولاد در برابر تشکیل رسوب (مقاومت حرارتی) با افزایش وزن نمونه ها در 1 ساعت در 1 تنظیم می شود. dmسطح به گرم (به دلیل تشکیل اکسیدها افزایش می یابد).

ویژگی های مکانیکی.خواص مکانیکی عملکرد را تعیین می کند آلیاژهای فلزیهنگامی که در معرض نیروهای خارجی قرار می گیرند. اینها عبارتند از استحکام، سختی، کشش، شکل پذیری، مقاومت ضربه و غیره.

برای تعیین خواص مکانیکی آلیاژهای فلزیآنها تحت آزمایش های مختلف قرار می گیرند.

آزمایشکششی(زنگ تفريح). این روش اصلی آزمون مورد استفاده برای تعیین حد تناسب σ pts، قدرت تسلیم است σ س, استحکام کششی σ ب ازدیاد طول نسبی σ و باریک شدن نسبی ψ.

برای آزمایش کشش، نمونه های خاصی ساخته می شود - استوانه ای و مسطح. بسته به نوع دستگاه تست کشش که فلز روی آن از نظر کشش آزمایش می شود، می توانند اندازه های مختلفی داشته باشند.

دستگاه تست کشش به شرح زیر عمل می کند: نمونه آزمایش در گیره سرها ثابت می شود و به تدریج با افزایش نیرو کشیده می شود. آرتا زمان استراحت

در ابتدای آزمون در بارهای کوچکنمونه به صورت الاستیک تغییر شکل می دهد، ازدیاد طول آن متناسب با افزایش بار است. وابستگی طول نمونه به بار اعمال شده نامیده می شود قانون تناسب

بیشترین باری که یک نمونه می تواند بدون انحراف از قانون تناسب تحمل کند، نامیده می شود قبل ازتناسب کلاغ:

σ pc = pp/فو

افدر باره میلی متر 2.

با افزایش بار، منحنی به سمت منحرف می شود، یعنی قانون تناسب نقض می شود. به نقطه R pتغییر شکل نمونه الاستیک بود. اگر پس از تخلیه نمونه کاملاً از بین برود تغییر شکل الاستیک نامیده می شود. در عمل، حد الاستیک برای فولاد برابر با حد متناسب در نظر گرفته می شود.

با افزایش بیشتر بار (بالای نقطه پلی اتیلن)منحنی شروع به انحراف قابل توجهی می کند. کوچکترین باری که در آن نمونه بدون افزایش محسوس بار تغییر شکل می‌دهد نامیده می‌شود قدرت تسلیم:

σ س=PS/Fo

جایی که ، کیلوگرم

F o سطح مقطع اولیه نمونه است، میلی متر 2.پس از نقطه تسلیم، بار تا نقطه افزایش می یابد R eجایی که به حداکثر خود می رسد. با تقسیم حداکثر بار بر سطح مقطع نمونه، استحکام کششی:

σb=Pb/Fo,

F o سطح مقطع اولیه نمونه است، میلی متر 2.در نقطه R بهنمونه شکسته است با تغییر نمونه پس از گسیختگی، شکل پذیری فلز مورد قضاوت قرار می گیرد که با کشیدگی نسبی δ و باریک شدن ψ مشخص می شود.

ازدیاد طول نسبی به عنوان نسبت افزایش طول نمونه پس از گسیختگی به طول اولیه آن، که به صورت درصد بیان می شود، درک می شود:

δ= ل 1 - ل 0 / ل 0 · 100%

جایی که ل 1 - طول نمونه پس از پارگی، میلی متر

ل 0 - طول نمونه اولیه، میلی متر

انقباض نسبی نسبت کاهش سطح مقطع نمونه پس از پارگی به سطح مقطع اولیه آن است.

φ= F o- اف 1 / اف 0 · 100%,

جایی که F o - سطح مقطع اولیه نمونه، میلی متر 2;

اف 1 سطح مقطع نمونه در نقطه پارگی (گردن) است. میلی متر 2.

تست خزشخزش یک خاصیت است آلیاژهای فلزیبه آرامی و به طور مداوم تحت بار ثابت و دمای بالا تغییر شکل پلاستیکی می دهند. هدف اصلی آزمایش خزش تعیین حد خزش است - مقدار تنش که برای مدت طولانی در یک دمای خاص عمل می کند.

برای قطعاتی که کار می کنند مدت زمان طولانیدر دماهای بالا، فقط سرعت خزش را در یک فرآیند ثابت در نظر بگیرید و شرایط مرزی را به عنوان مثال 1 درجه بر درجه برای 1000 ساعت تنظیم کنید. یا 1 درجه در هر 10000 ساعت.

آزمایشبرای قدرت ضربهتوانایی فلزات در مقاومت در برابر بارهای ضربه ای نامیده می شود سختی. فولادهای سازه ای عمدتاً تحت آزمایش ضربه قرار می گیرند، زیرا باید نه تنها دارای استحکام استاتیکی بالا، بلکه مقاومت ضربه ای بالایی نیز باشند.

برای آزمایش، یک نمونه از شکل و اندازه استاندارد بگیرید. نمونه از وسط بریده می شود تا در حین آزمایش در این محل بشکند.

نمونه به شرح زیر آزمایش می شود. نمونه آزمایش بر روی تکیه گاه های دستگاه ضربه سنج آونگ قرار می گیرد. برش روی تخت . آونگ وزن کردن جی بالا بردن به ارتفاع ساعت 1 . هنگام سقوط از این ارتفاع، آونگ نمونه را با لبه چاقو از بین می برد و پس از آن تا ارتفاع بالا می رود. ساعت 2 .

کار صرف شده با وزن آونگ و ارتفاع بالا آمدن آن قبل و بعد از تخریب نمونه تعیین می شود. ولی.

با دانستن کار تخریب نمونه، قدرت ضربه را محاسبه می کنیم:

α به=A/اف

جایی که ولی- کار صرف شده برای تخریب نمونه، کیلوگرم سانتی متر؛

اف سطح مقطع نمونه در محل برش است، سانتی متر 2.

مسیربرینل. ماهیت این روش این است , که با استفاده از یک پرس مکانیکی، یک توپ فولادی سخت شده تحت یک بار معین به فلز آزمایش شده فشار داده می شود. و قطر اثر به دست آمده سختی را تعیین می کند.

روش راکول. برای تعیین سختی به روش راکول، از مخروط الماس با زاویه بالای 120 درجه استفاده می شود. یا توپ فولادی با قطر 1.58 میلی متربا این روش، قطر اثر اندازه گیری نمی شود، بلکه عمق فرورفتگی مخروط الماس یا توپ فولادی است. سختی با فلش نشانگر بلافاصله پس از پایان آزمایش نشان داده می شود. هنگام تست قطعات سخت شده با سختی بالا، مخروط الماس و بار 150 کیلوگرمسختی در این مورد با مقیاس اندازه گیری می شود باو نشان دهند HRC.اگر در حین آزمایش یک توپ فولادی و باری 100 کیلوگرمی گرفته شود، سختی بر روی ترازو اندازه گیری می شود. ATو نشان دهند HRB.هنگام آزمایش مواد بسیار سخت یا محصولات نازک، از مخروط الماس و وزن 60 استفاده کنید کیلوگرمسختی در مقیاس اندازه گیری می شود ولیو نشان دهند H.R.A.

قطعات تست سختی روی تستر Rockwell باید به خوبی تمیز شده و دارای خراش عمیق نباشند. روش راکول امکان آزمایش دقیق و سریع فلزات را فراهم می کند.

روش ویکرز . هنگام تعیین سختی با روش ویکرز، از یک هرم الماس چهار وجهی با زاویه 136 درجه به عنوان نوک فشرده در ماده استفاده می شود. اثر حاصل با استفاده از میکروسکوپ موجود در دستگاه اندازه گیری می شود. سپس مطابق جدول عدد سختی پیدا می شود H.V.هنگام اندازه گیری سختی از یکی از بارهای زیر استفاده می شود: 5، 10، 20، 30، 50، 100 کیلوگرمبارهای کوچک امکان تعیین سختی محصولات نازک و لایه های سطحی قطعات نیترید و سیانور را فراهم می کند. ابزار ویکرز معمولاً در آزمایشگاه ها استفاده می شود.

روش تعیین ریزسختی . این روش سختی لایه های سطحی بسیار نازک و برخی از اجزای ساختاری را اندازه گیری می کند. آلیاژهای فلزی.

ریزسختی با استفاده از دستگاه PMT-3 تعیین می شود که از مکانیزمی برای فرورفتگی یک هرم الماس تحت بار 0.005-0.5 تشکیل شده است. کیلوگرمو میکروسکوپ متالوگرافی در نتیجه آزمایش، طول مورب اثر حاصل تعیین می شود و پس از آن مقدار سختی از جدول پیدا می شود. ریز مقاطع با سطح صیقلی به عنوان نمونه برای تعیین ریزسختی استفاده می شود.

روش پس زدن الاستیک. برای تعیین سختی به روش پس زدن الاستیک از دستگاه Shore استفاده می شود که به شرح زیر عمل می کند. روی سطح تمیز شده قطعه مورد آزمایش از ارتفاع اچمهاجم مجهز به نوک الماس سقوط می کند. ضربه زدن به سطح قطعه، مهاجم تا ارتفاع بالا می رود ساعتبا توجه به ارتفاع ریباند مهاجم، اعداد سختی شمارش می شود. هر چه فلز مورد آزمایش سخت تر باشد، ارتفاع ریباند مهاجم بیشتر است و بالعکس. تستر Shore عمدتا برای تست سختی میل لنگ بزرگ، سر شاتون، سیلندرها و سایر قطعات بزرگ استفاده می شود که اندازه گیری سختی آنها با ابزارهای دیگر دشوار است. ابزار Shore به شما امکان می دهد تا قطعات زمین را بدون به خطر انداختن کیفیت سطح بررسی کنید، با این حال، نتایج به دست آمده از بررسی همیشه دقیق نیستند.

سختی جدول تبدیل

روش خراش.این روش، بر خلاف آنچه که توضیح داده شد، با این واقعیت مشخص می شود که در طول آزمایش، نه تنها تغییر شکل الاستیک و پلاستیکی ماده آزمایش شده، بلکه تخریب آن نیز رخ می دهد.

در حال حاضر، برای بررسی سختی و کیفیت عملیات حرارتی بیلت های فولادی و قطعات تمام شده بدون تخریب، از دستگاهی استفاده می شود - آشکارساز عیب القایی DI-4. این دستگاه بر روی جریان های گردابی برانگیخته شده توسط متناوب کار می کند میدان الکترومغناطیسی، که توسط سنسورهای موجود در قطعات کنترل شده و استاندارد ایجاد می شود.

تراکم.این یکی از مهمترین ویژگی های فلزات و آلیاژها است. از نظر چگالی، فلزات به گروه های زیر تقسیم می شوند:

ریه ها(چگالی نه بیشتر از 5 گرم در سانتی متر 3) - منیزیم، آلومینیوم، تیتانیوم و غیره .:

سنگین- (چگالی از 5 تا 10 گرم / سانتی متر 3) - آهن، نیکل، مس، روی، قلع و غیره (این گسترده ترین گروه است).

بسیار سنگین(تراکم بیش از 10 گرم در سانتی متر 3) - مولیبدن، تنگستن، طلا، سرب و غیره.

جدول 2 مقادیر چگالی فلزات را نشان می دهد. (این و جداول بعدی ویژگی های فلزاتی را که اساس آلیاژهای ریخته گری هنری را تشکیل می دهند مشخص می کند).

جدول 2. چگالی فلز.

دمای ذوب.بسته به دمای ذوب، فلز به گروه های زیر تقسیم می شود:

ذوب پذیر(نقطه ذوب از 600 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند) - روی، قلع، سرب، بیسموت و غیره.

ذوب متوسط(از 600 درجه سانتیگراد تا 1600 درجه سانتیگراد) - تقریباً نیمی از فلزات از جمله منیزیم، آلومینیوم، آهن، نیکل، مس، طلا را شامل می شود.

نسوز(بیش از 1600 درجه سانتیگراد) - تنگستن، مولیبدن، تیتانیوم، کروم و غیره.

جیوه یک مایع است.

در ساخت ریخته گری های هنری، دمای ذوب فلز یا آلیاژ انتخاب واحد ذوب و مواد قالب گیری نسوز را تعیین می کند. هنگامی که مواد افزودنی به فلز وارد می شوند، دمای ذوب، به عنوان یک قاعده، کاهش می یابد.

جدول 3. نقطه ذوب و جوش فلزات.

گرمای خاص این مقدار انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک واحد جرم به اندازه یک درجه است. ظرفیت گرمایی ویژه با افزایش شماره سریال عنصر در جدول تناوبی کاهش می یابد. وابستگی گرمای ویژه یک عنصر در حالت جامد به جرم اتمی تقریباً توسط قانون Dulong و Petit توصیف می شود:

m a c m = 6.

جایی که، m a- جرم اتمی؛ سانتی متر- ظرفیت گرمایی ویژه (J / kg * o C).

جدول 4 مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه برخی از فلزات را نشان می دهد.

جدول 4. ظرفیت حرارتی ویژه فلزات.

گرمای نهان همجوشی فلزات. این مشخصه (جدول 5) به همراه گرمای ویژه فلزات تا حد زیادی توان مورد نیاز واحد ذوب را تعیین می کند. برای ذوب یک فلز کم ذوب، گاهی اوقات انرژی حرارتی بیشتری نسبت به فلز نسوز مورد نیاز است. به عنوان مثال، حرارت دادن مس از 20 تا 1133 درجه سانتیگراد یک و نیم برابر کمتر از حرارت دادن به همان مقدار آلومینیوم از 20 تا 710 درجه سانتیگراد به انرژی حرارتی کمتری نیاز دارد.

جدول 5. گرمای نهان فلز

ظرفیت گرمایی. ظرفیت گرمایی انتقال انرژی حرارتی از یک قسمت بدن به قسمت دیگر یا بهتر بگوییم انتقال مولکولی گرما در یک محیط پیوسته به دلیل وجود گرادیان دما را مشخص می کند. (جدول 6)

جدول 6. ضریب هدایت حرارتی فلزات در 20 o C

کیفیت ریخته گری هنری ارتباط نزدیکی با هدایت حرارتی فلز دارد. در فرآیند ذوب، نه تنها تامین کافی مهم است درجه حرارت بالافلز، بلکه برای دستیابی به توزیع دمای یکنواخت در سراسر حجم حمام مایع. هر چه رسانایی حرارتی بالاتر باشد، دما به طور مساوی توزیع می شود. در ذوب قوس الکتریکی، علیرغم رسانایی حرارتی بالای اکثر فلزات، افت دما در سطح مقطع حمام به 70-80 درجه سانتیگراد می رسد و برای فلزی با رسانایی حرارتی پایین، این اختلاف می تواند به 200 درجه سانتیگراد یا بیشتر برسد.

شرایط مساعدبرای یکسان سازی دما در طول ذوب القایی ایجاد می شود.

ضریب انبساط حرارتی. این مقدار که مشخص کننده تغییر ابعاد نمونه به طول 1 متر در دمای 1 درجه سانتیگراد است، در میناکاری مهم است (جدول 7).

ضرایب انبساط حرارتی پایه فلزی و لعاب باید تا حد امکان نزدیک باشد تا مینا پس از پخت ترک نخورد. اکثر لعاب ها که اکسیدهای سیلیکون سخت و سایر عناصر هستند ضریب انبساط حرارتی پایینی دارند. همانطور که تمرین نشان داده است، لعاب ها به خوبی به آهن، طلا، کمتر محکم - به مس و نقره می چسبند. می توان فرض کرد که تیتانیوم ماده بسیار مناسبی برای میناکاری است.

جدول 7. ضریب انبساط حرارتی فلزات.

بازتاب این توانایی یک فلز برای انعکاس امواج نور با طول معین است که توسط چشم انسان به عنوان یک رنگ درک می شود (جدول 8). رنگ های فلزی در جدول 9 نشان داده شده است.

جدول 8 مطابقت بین رنگ و طول موج.

جدول 9. رنگ فلزات.

فلزات خالص عملاً در هنرها و صنایع دستی استفاده نمی شوند. برای ساخت محصولات مختلف از آلیاژهایی استفاده می شود که ویژگی های رنگ آنها به طور قابل توجهی با رنگ فلز پایه متفاوت است.

برای مدت طولانی، تجربه گسترده ای در استفاده از آلیاژهای ریخته گری مختلف برای ساخت جواهرات، اقلام خانگی، مجسمه ها و بسیاری از انواع دیگر ریخته گری هنری انباشته شده است. با این حال، رابطه بین ساختار آلیاژ و بازتاب آن هنوز فاش نشده است.

1. فلزات در جدول تناوبی مندلیف چگونه هستند؟ تفاوت بین ساختار اتم های فلزی و ساختار اتم های غیر فلزی چیست؟
فلزات عمدتاً در سمت چپ و پایین جدول تناوبی قرار دارند، یعنی. عمدتا در گروه I-III. و در سطح انرژی خارجی، فلزات معمولاً از یک تا سه الکترون دارند (اگرچه استثناهایی ممکن است: آنتیموان و بیسموت دارای 5 الکترون، پلونیوم دارای 6 الکترون هستند).

2. شبکه های کریستالی فلزات از نظر ساختار و خواص چه تفاوتی با شبکه های کریستالی یونی و اتمی دارند؟
در گره های شبکه کریستالی فلزی یون ها و اتم هایی با بار مثبت وجود دارد که الکترون ها بین آنها حرکت می کنند و در مولکولی و اتمی شبکه کریستالیدر گره ها به ترتیب مولکول ها و اتم ها قرار دارند.

3. خواص فیزیکی عمومی فلزات چیست؟ این ویژگی ها را بر اساس ایده هایی در مورد پیوند فلزی توضیح دهید.

4. چرا برخی از فلزات انعطاف پذیر هستند (مثلا مس) در حالی که برخی دیگر شکننده هستند (مثلا آنتیموان)؟
آنتیموان دارای 5 الکترون در سطح انرژی خارجی است، مس دارای 1 است. با افزایش تعداد الکترون ها، استحکام لایه های جداگانه یون ها تضمین می شود و از لغزش آزاد آنها جلوگیری می کند و انعطاف پذیری را کاهش می دهد.

5. هنگامی که در اسید هیدروکلریک حل شد، 12.9 گرم از یک آلیاژ متشکل از مس و روی، 2.24 لیتر هیدروژن (n.o.) دریافت کرد. کسر جرمی (بر حسب درصد) روی و مس در این آلیاژ را محاسبه کنید.

6. آلیاژ مس- آلومینیوم با 60 گرم اسید هیدروکلریک (کسر جرمی HCl - 10٪) تیمار شد. جرم و حجم گاز آزاد شده (n.o.s.) را محاسبه کنید.

تست ها

1. بارزترین خواص فلزی را ماده ساده ای نشان می دهد که اتم های آن ساختار یک پوسته الکترونی دارند.
1) 2e، 1e

2. بارزترین خواص فلزی را ماده ساده ای نشان می دهد که اتم های آن ساختار یک پوسته الکترونی دارند.
4) 2e، 8e، 18e، 8e، 2e

3. ماده جامد با شبکه کریستالی جریان الکتریسیته را به خوبی هدایت می کند
3) فلز

تراکم.این یکی از مهمترین ویژگی های فلزات و آلیاژها است. از نظر چگالی، فلزات به گروه های زیر تقسیم می شوند:

ریه ها(چگالی نه بیشتر از 5 گرم در سانتی متر 3) - منیزیم، آلومینیوم، تیتانیوم و غیره .:

سنگین- (چگالی از 5 تا 10 گرم / سانتی متر 3) - آهن، نیکل، مس، روی، قلع و غیره (این گسترده ترین گروه است).

بسیار سنگین(تراکم بیش از 10 گرم در سانتی متر 3) - مولیبدن، تنگستن، طلا، سرب و غیره.

جدول 2 مقادیر چگالی فلزات را نشان می دهد. (این و جداول بعدی ویژگی های فلزاتی را که اساس آلیاژهای ریخته گری هنری را تشکیل می دهند مشخص می کند).

جدول 2. چگالی فلز.

دمای ذوب.بسته به دمای ذوب، فلز به گروه های زیر تقسیم می شود:

ذوب پذیر(نقطه ذوب از 600 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند) - روی، قلع، سرب، بیسموت و غیره.

ذوب متوسط(از 600 درجه سانتیگراد تا 1600 درجه سانتیگراد) - تقریباً نیمی از فلزات از جمله منیزیم، آلومینیوم، آهن، نیکل، مس، طلا را شامل می شود.

نسوز(بیش از 1600 درجه سانتیگراد) - تنگستن، مولیبدن، تیتانیوم، کروم و غیره.

جیوه یک مایع است.

در ساخت ریخته گری های هنری، دمای ذوب فلز یا آلیاژ انتخاب واحد ذوب و مواد قالب گیری نسوز را تعیین می کند. هنگامی که مواد افزودنی به فلز وارد می شوند، دمای ذوب، به عنوان یک قاعده، کاهش می یابد.

جدول 3. نقطه ذوب و جوش فلزات.

گرمای خاص این مقدار انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک واحد جرم به اندازه یک درجه است. ظرفیت گرمایی ویژه با افزایش شماره سریال عنصر در جدول تناوبی کاهش می یابد. وابستگی گرمای ویژه یک عنصر در حالت جامد به جرم اتمی تقریباً توسط قانون Dulong و Petit توصیف می شود:

m a c m = 6.

جایی که، m a- جرم اتمی؛ سانتی متر- ظرفیت گرمایی ویژه (J / kg * o C).

جدول 4 مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه برخی از فلزات را نشان می دهد.

جدول 4. ظرفیت حرارتی ویژه فلزات.

گرمای نهان همجوشی فلزات. این مشخصه (جدول 5) به همراه گرمای ویژه فلزات تا حد زیادی توان مورد نیاز واحد ذوب را تعیین می کند. برای ذوب یک فلز کم ذوب، گاهی اوقات انرژی حرارتی بیشتری نسبت به فلز نسوز مورد نیاز است. به عنوان مثال، حرارت دادن مس از 20 تا 1133 درجه سانتیگراد یک و نیم برابر کمتر از حرارت دادن به همان مقدار آلومینیوم از 20 تا 710 درجه سانتیگراد به انرژی حرارتی کمتری نیاز دارد.

جدول 5. گرمای نهان فلز

ظرفیت گرمایی. ظرفیت گرمایی انتقال انرژی حرارتی از یک قسمت بدن به قسمت دیگر یا بهتر بگوییم انتقال مولکولی گرما در یک محیط پیوسته به دلیل وجود گرادیان دما را مشخص می کند. (جدول 6)

جدول 6. ضریب هدایت حرارتی فلزات در 20 o C

کیفیت ریخته گری هنری ارتباط نزدیکی با هدایت حرارتی فلز دارد. در فرآیند ذوب، نه تنها اطمینان از دمای کافی فلز، بلکه دستیابی به توزیع دمای یکنواخت در سراسر حجم حمام مایع نیز مهم است. هر چه رسانایی حرارتی بالاتر باشد، دما به طور مساوی توزیع می شود. در ذوب قوس الکتریکی، علیرغم رسانایی حرارتی بالای اکثر فلزات، افت دما در سطح مقطع حمام به 70-80 درجه سانتیگراد می رسد و برای فلزی با رسانایی حرارتی پایین، این اختلاف می تواند به 200 درجه سانتیگراد یا بیشتر برسد.

در طول ذوب القایی شرایط مساعدی برای یکسان سازی دما ایجاد می شود.

ضریب انبساط حرارتی. این مقدار که مشخص کننده تغییر ابعاد نمونه به طول 1 متر در دمای 1 درجه سانتیگراد است، در میناکاری مهم است (جدول 7).

ضرایب انبساط حرارتی پایه فلزی و لعاب باید تا حد امکان نزدیک باشد تا مینا پس از پخت ترک نخورد. اکثر لعاب ها که اکسیدهای سیلیکون سخت و سایر عناصر هستند ضریب انبساط حرارتی پایینی دارند. همانطور که تمرین نشان داده است، لعاب ها به خوبی به آهن، طلا، کمتر محکم - به مس و نقره می چسبند. می توان فرض کرد که تیتانیوم ماده بسیار مناسبی برای میناکاری است.

جدول 7. ضریب انبساط حرارتی فلزات.

بازتاب این توانایی یک فلز برای انعکاس امواج نور با طول معین است که توسط چشم انسان به عنوان یک رنگ درک می شود (جدول 8). رنگ های فلزی در جدول 9 نشان داده شده است.

جدول 8 مطابقت بین رنگ و طول موج.

جدول 9. رنگ فلزات.

فلزات خالص عملاً در هنرها و صنایع دستی استفاده نمی شوند. برای ساخت محصولات مختلف از آلیاژهایی استفاده می شود که ویژگی های رنگ آنها به طور قابل توجهی با رنگ فلز پایه متفاوت است.

برای مدت طولانی، تجربه گسترده ای در استفاده از آلیاژهای ریخته گری مختلف برای ساخت جواهرات، اقلام خانگی، مجسمه ها و بسیاری از انواع دیگر ریخته گری هنری انباشته شده است. با این حال، رابطه بین ساختار آلیاژ و بازتاب آن هنوز فاش نشده است.