Proprietà dei metalli e delle leghe (generale). Proprietà fisiche dei metalli - Conoscenza Ipermercato Proprietà fisiche della chimica dei metalli 9

Argomento della lezione. "Proprietà fisiche dei metalli" Grado 9

Insegnante di chimica Ivanova Vera Aleksandrovna

Obiettivi : per formare la comprensione da parte degli studenti delle caratteristiche strutturali degli atomi di metallo, delle loro proprietà fisiche generali e della dipendenza delle proprietà dal tipo di reticolo cristallino

Compiti:

Educativo: per riassumere le informazioni sul legame chimico dei metalli e sul reticolo cristallino dei metalli,

formulare idee sulla natura delle proprietà fisiche

Sviluppando: la capacità di formare, analizzare, lavorare con tabelle, testo, osservare, trarre conclusioni

Educativo : intensificare l'attività cognitiva degli studenti, l'indipendenza, l'iniziativa

Attrezzatura : una raccolta di campioni metallici, tabelle contenenti materiali sulle proprietà fisiche dei metalli, schede attività, il sistema periodico degli elementi chimici D.I. Mendeleev

Forme di lavoro: lavoro individuale, di coppia

Tipo di lezione : imparare nuovo materiale

Motto della lezione “Prima di tutto, e il più attentamente possibile, studia chimica! Questa è una scienza incredibile! Il suo sguardo penetrante e audace penetra nell'oscurità della crosta terrestre M. Gorky.

Durante le lezioni:

1. Momento organizzativo

Senza quali sostanze è inconcepibile la civiltà moderna?

In effetti, i metalli svolgono un ruolo importante nella vita umana.

La parola metallo nella traduzione significa mio, mio. V la crosta terrestre ci sono grandi riserve di minerali metallici e polimetallici, che vengono utilizzati per ottenere metalli.

2. Aggiornare la conoscenza

Prima di passare allo studio di nuovo materiale, scopriamo quello che già sappiamo sui metalli.

1. Dove si trovano i metalli nella tavola periodica degli elementi

2. Come cambia il raggio degli atomi di metallo in gruppi, in periodi

3. Come cambiano le proprietà metalliche in gruppi, periodi

4. Quali sono le caratteristiche della struttura dei metalli?

3. Spiegazione del nuovo materiale

Insegnante.

La natura del legame chimico metallico è stata discussa in precedenza nel corso di terza media.

Qual è la natura del legame metallico?

Quali sono le caratteristiche di un reticolo metallico cristallino?

Disegna un diagramma del reticolo cristallino di metallo sulla lavagna.

Ai nodi del reticolo cristallino si trovano sia atomi neutri che cationi metallici, collegati tramite elettroni socializzati (detti anche gas di elettroni) appartenenti all'intero cristallo. Questi elettroni si muovono liberamente e attraggono i cationi metallici che si trovano ai nodi del reticolo cristallino, garantendone la stabilità.

Pertanto, un legame metallico è un legame che si verifica nei cristalli come risultato dell'interazione elettrostatica di ioni metallici caricati positivamente con elettroni liberi caricati negativamente. Il legame metallico è caratteristico dei metalli e delle loro leghe.

Cosa intendiamo per proprietà fisiche della materia?

Quali sono le proprietà fisiche?

Le proprietà fisiche più importanti dei metalli sono dovute alla natura del legame metallico, alla struttura del reticolo cristallino.

Considera una raccolta di campioni di metallo. Lavoro degli studenti con campioni di metalli.

1. Imposta colore, trasparenza

2. Come si esprime la capacità di riflettere la luce?

3. Come reagiscono i campioni di metallo all'azione di un magnete?

4. Quali proprietà fisiche sono caratteristiche dei metalli?

Denominare le proprietà fisiche generali dei metalli.

Nota dello studente: lucentezza metallica, durezza, plasticità, conducibilità elettrica e termica.

Gli studenti studiano la tabella delle proprietà fisiche dei metalli, quindi, utilizzando i dati nella tabella, rispondono alle domande e scrivono su un quaderno

Proprietà fisiche dei metalli

Gli studenti scrivono le proprietà fisiche su un quaderno, forniscono esempi.

Densità. In base alla densità, i metalli sono divisi in due gruppi:

polmoni , densità non superiore a 5 g/cm 3 –

pesante , densità superiore a 5 g/cm 3 –

Il più leggero è il litio, densità 0,53 g/cm 3 , il più pesante - osmio, densità 22,6 g / cm 3

Temperatura. I metalli, a seconda del punto di fusione, si dividono in:

fusibile , punto di fusione non superiore a 1000°С -

refrattario , punto di fusione superiore a 1000°С -

Il metallo più fusibile è il mercurio t = -39 °С , il più refrattario - tungsteno

t = 3340 °С

Durezza. La durezza dei metalli viene confrontata con la durezza del diamante e divisa in gruppi:

morbido -

solido -

il metallo più duro - cromo, graffi di vetro, il più morbido - metalli alcalini, che vengono tagliati con un coltello

Conduttività elettrica.La conduttività elettrica è spiegata dalla presenza di elettroni liberi, sotto l'influenza di una tensione elettrica applicata, gli elettroni che si muovono caoticamente nel metallo acquisiscono un movimento diretto, si genera una corrente elettrica.

Argento, rame, oro, alluminio hanno un'elevata conduttività elettrica.

Hanno una bassa conduttività elettrica: mercurio, piombo, tungsteno

Conduttività termica. L'indice di conducibilità termica dei metalli, di regola, coincide con l'indice di conducibilità elettrica.

lucentezza metallica. I metalli sono in grado di riflettere le onde luminose, il magnesio e l'alluminio sono in grado di mantenere una lucentezza metallica anche in polvere.

Colore - la maggior parte dei metalli sono argentati, ad eccezione del giallo oro, il rame è giallo-rosso.

Plastica. Plasticità: la capacità di cambiare forma all'impatto, allungarsi in un filo, arrotolarsi in fogli sottili. Nella serie Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe decrescono.

Proprietà magnetiche.Le proprietà magnetiche sono determinate dalla capacità dei metalli di essere attratti da un esterno campo magnetico e conserva la capacità di essere magnetizzato. Le proprietà magnetiche più forti sono: ferro, nichel, cobalto. Questi metalli sono detti ferromagnetici (dalla parola latina ferrum - ferro).

4. Consolidamento delle conoscenze

Gli studenti ricevono le schede con i compiti e rispondono alle domande.

Schede attività.

Istruzioni per il test: scegli una risposta corretta

opzione 1

risposte

1. Seleziona un gruppo di elementi che contiene solo metalli

A) Cu K Mg C

B) Ba Zn Pb Li

B) Na Mn Br Fe

2, Indicare il comune nella struttura di Li e K

A) 1 elettrone nell'ultimo livello elettronico

B) altrettanti livelli elettronici

C) 2 elettroni nell'ultimo livello elettronico

3. Per i metalli del gruppo 1A non è tipico

A) lo stato di ossidazione nei composti -1

B) stato di ossidazione nei composti +1

C) la formula generale dell'ossido superiore R 2O

4. Le proprietà metalliche del calcio si manifestano, più deboli di

A) potassio

B) litio

B) ferro

5. I metalli attivi includono

A) Cu Ag Ca Fe

B) Mg K Ba Ca

B) Pb Li Zn Sn

6. I metalli a bassa attività includono

A) Hg Ag Cu

B) CaSrBa

C) Cs Mg K

5. Riassumendo la lezione

Insegnante:

Cosa hai imparato sulle proprietà fisiche dei metalli?

Come si spiega l'esistenza di proprietà fisiche comuni in un numero così elevato di sostanze semplici?

6. Compiti a casa

Preparare rapporti sul ruolo dei metalli nelle nostre vite.

Tutti i metalli e leghe metalliche avere determinate proprietà. Proprietà metalli e leghe divisi in quattro gruppi: fisico, chimico, meccanico e tecnologico.

Proprietà fisiche. alle proprietà fisiche metalli e leghe includono: densità, punto di fusione, conducibilità termica, espansione termica, capacità termica specifica, conduttività elettrica e magnetizzabilità. Le proprietà fisiche di alcuni metalli sono riportate nella tabella:

Proprietà fisiche dei metalli

Densità. Viene chiamata la quantità di sostanza contenuta in un'unità di volume densità. La densità del metallo può variare a seconda del metodo di produzione e della natura della lavorazione.

Temperaturafusione. Viene chiamata la temperatura alla quale un metallo cambia completamente da solido a liquido punto di fusione. Ogni metallo o lega ha il proprio punto di fusione. La conoscenza della temperatura di fusione dei metalli aiuta a condurre correttamente i processi termici durante il trattamento termico dei metalli.

Conduttività termica. La capacità dei corpi di trasferire calore da particelle più riscaldate a particelle meno riscaldate è chiamata conducibilità termica. . La conducibilità termica di un metallo è determinata dalla quantità di calore che passa attraverso un'asta metallica con una sezione trasversale di 1 cm 2 , 1 cm di lunghezza entro 1 sec. ad una differenza di temperatura di 1°C.

termicoestensione. Il riscaldamento di un metallo a una certa temperatura lo fa espandere.

La quantità di allungamento del metallo durante il riscaldamento è facile da determinare se è noto il coefficiente di dilatazione lineare del metallo α. Il coefficiente di dilatazione volumetrica del metallo ß è pari a 3α.

Specificocapacità termica. La quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura 1 G sostanze per 1°C è chiamata capacità termica specifica. I metalli, rispetto ad altre sostanze, hanno una capacità termica inferiore, quindi vengono riscaldati senza grandi dispendi di calore.

Conduttività elettrica. Si chiama la capacità dei metalli di condurre l'elettricità conduttività elettrica. La principale grandezza che caratterizza le proprietà elettriche di un metallo è la resistività elettrica ρ, cioè la resistenza che un filo di un dato metallo lungo 1 m fornisce alla corrente e sezione 1 mm2.È specificato in ohm. Si chiama il reciproco della resistività elettrica elekconducibilità.

La maggior parte dei metalli sono altamente conduttivi elettricamente, come argento, rame e alluminio. All'aumentare della temperatura, la conduttività elettrica diminuisce e al diminuire della temperatura aumenta.

Proprietà magnetiche. Le proprietà magnetiche dei metalli sono caratterizzate dalle seguenti grandezze: induzione residua, forza coercitiva e permeabilità magnetica.

Induzione residua (VR) chiamata induzione magnetica che rimane nel campione dopo che è stato magnetizzato e il campo magnetico è stato rimosso. L'induzione residua è misurata in gauss.

forza coercitiva (Ns) chiamano l'intensità del campo magnetico che deve essere applicato al campione per ridurre l'induzione residua a zero, cioè smagnetizzare il campione. La forza coercitiva si misura in oersted.

La permeabilità magnetica μ caratterizza la capacità di un metallo di essere magnetizzato in base alla formula

Ferro, nichel, cobalto e gadolinio sono attratti da un campo magnetico esterno molto più forte di altri metalli e mantengono costantemente la capacità di essere magnetizzati. Questi metalli sono chiamati ferromagnetici (dalla parola latina ferrum - ferro) e le loro proprietà magnetiche sono chiamate ferromagnetismo. Quando viene riscaldato a una temperatura di 768 ° C (temperatura di Curie), il ferromagnetismo scompare e il metallo diventa non magnetico.

Proprietà chimiche. Le proprietà chimiche dei metalli e leghe metalliche nominare le proprietà che determinano la loro relazione con gli effetti chimici di vari mezzi attivi. Ogni metallo o lega metallica ha una certa capacità di resistere a questi ambienti.

Influenze chimiche gli ambienti compaiono varie forme: il ferro arrugginisce, il bronzo è ricoperto da uno strato verde di ossido, acciaio, quando riscaldato in forni di tempra senza atmosfera protettiva, si ossida, si trasforma in scaglie e si dissolve in acido solforico, ecc. Pertanto, per l'uso pratico di metalli e leghe , è necessario conoscerli Proprietà chimiche. Queste proprietà sono determinate dalla variazione del peso dei provini per unità di tempo per unità di superficie. Ad esempio, la resistenza dell'acciaio alla formazione di incrostazioni (resistenza al calore) viene impostata aumentando di 1 il peso dei campioni in 1 ora dm superficie in grammi (il guadagno si ottiene per formazione di ossidi).

Proprietà meccaniche. Le proprietà meccaniche determinano le prestazioni leghe metalliche quando esposto a forze esterne. Questi includono forza, durezza, elasticità, duttilità, resistenza all'urto, ecc.

Per determinare le proprietà meccaniche leghe metalliche sono sottoposti a vari test.

Processotrazione(rottura). Questo è il metodo di prova principale utilizzato per determinare il limite di proporzionalità σ pts, carico di snervamento σ S, resistenza alla trazione σ B allungamento relativo σ e restringimento relativo ψ.

Per le prove di trazione vengono realizzati campioni speciali: cilindrici e piatti. Possono essere di varie dimensioni, a seconda del tipo di macchina per prove di trazione su cui il metallo viene testato per la tensione.

La macchina per prove di trazione funziona come segue: il provino viene fissato nei morsetti delle teste e allungato gradualmente con forza crescente R fino alla pausa.

All'inizio della prova alle piccoli carichi il campione si deforma elasticamente, il suo allungamento è proporzionale all'aumento del carico. Viene chiamata la dipendenza dell'allungamento del campione dal carico applicato la legge di proporzionalità.

Viene chiamato il carico maggiore che un campione può sopportare senza deviare dalla legge di proporzionalità prima diproporzionalità del piede di porco:

σpc = pp/Fo

Fo mm2.

All'aumentare del carico, la curva devia lateralmente, cioè la legge di proporzionalità viene violata. Al punto R pag la deformazione del campione era elastica. La deformazione è detta elastica se scompare completamente dopo che il campione è stato scaricato. In pratica si assume il limite elastico per l'acciaio uguale al limite proporzionale.

Con un ulteriore aumento del carico (sopra il punto P e) la curva inizia a deviare in modo significativo. Viene chiamato il carico più piccolo a cui il campione viene deformato senza un notevole aumento del carico forza di snervamento:

σ S=PS/Fo

dove , kgf;

Fo è l'area della sezione trasversale iniziale del campione, mm2. Dopo il punto di snervamento, il carico aumenta al punto Rif, dove raggiunge il suo massimo. Dividendo il carico massimo per l'area della sezione trasversale del provino, resistenza alla trazione:

σb=Pb/Fo,

Fo è l'area della sezione trasversale iniziale del campione, mm2. Al punto R a il campione è rotto. Modificando il campione dopo la rottura, viene valutata la duttilità del metallo, che è caratterizzata da allungamento relativo δ e restringimento ψ.

Per allungamento relativo si intende il rapporto tra l'incremento della lunghezza del campione dopo la rottura e la sua lunghezza iniziale, espresso in percentuale:

δ= l 1 - l 0 / l 0 · 100%

dove l 1 - lunghezza del campione dopo la rottura, mm;

l 0 - lunghezza del campione iniziale, mm.

La contrazione relativa è il rapporto tra la riduzione dell'area della sezione trasversale del campione dopo la rottura e la sua area della sezione trasversale iniziale

φ= Fo- F 1 / F 0 · 100%,

dove Fo - l'area della sezione trasversale iniziale del campione, mm 2;

F 1 è l'area della sezione trasversale del campione nel punto di rottura (collo), mm2.

Prova di scorrimento. Creep è una proprietà leghe metalliche si deformano plasticamente lentamente e continuamente sotto carico costante e temperature elevate. Lo scopo principale del test di scorrimento è determinare il limite di scorrimento, l'entità della sollecitazione che agisce per lungo tempo a una certa temperatura.

Per parti che funzionano a lungo in Temperature elevate, prendere in considerazione solo la velocità di scorrimento in un processo stazionario e impostare le condizioni al contorno, ad esempio 1 ° / o per 1000 ore. ovvero 1°/o ogni 10.000 ore.

Processoper la forza d'urto. Viene chiamata la capacità dei metalli di resistere ai carichi d'urto durezza. Gli acciai strutturali sono principalmente sottoposti alla prova d'urto, poiché devono avere non solo un'elevata resistenza statica, ma anche un'elevata resistenza all'urto.

Per il test, prelevare un campione di forma e dimensione standard. Il campione è intagliato nel mezzo in modo che si rompa in questo punto durante il test.

Il campione viene testato come segue. Il provino viene posizionato sui supporti del tester di impatto a pendolo. incisione al letto . Pendolo pesatura G salire ad un'altezza h 1 . Quando cade da questa altezza, il pendolo distrugge il campione con un bordo di coltello, dopodiché sale a un'altezza h 2 .

Il lavoro speso è determinato dal peso del pendolo e dall'altezza della sua salita prima e dopo la distruzione del campione. UN.

Conoscendo il lavoro di distruzione del campione, calcoliamo la resistenza all'urto:

α a=A/F

dove UN- il lavoro dedicato alla distruzione del campione, kgcm;

F è l'area della sezione trasversale del campione nel sito dell'incisione, cm 2.

ModoBrinell. L'essenza di questo metodo è , che, mediante una pressa meccanica, una sfera di acciaio temprato venga pressata nel metallo testato sotto un certo carico e il diametro dell'impronta risultante determinano la durezza.

Metodo Rockwell. Per determinare la durezza con il metodo Rockwell, viene utilizzato un cono di diamante con un angolo nella parte superiore di 120 °, o sfera d'acciaio con un diametro di 1,58 mm. Con questo metodo, non è il diametro dell'impronta che viene misurato, ma la profondità della rientranza del cono di diamante o della sfera d'acciaio. La durezza è indicata dalla freccia dell'indicatore subito dopo la fine della prova. Quando si testano parti temprate con elevata durezza, un cono di diamante e un carico di 150 kgf. La durezza in questo caso è misurata su una scala CON e denotare HRC. Se durante la prova viene presa una sfera d'acciaio e un carico di 100 kgf, la durezza viene misurata su una scala V e denotare HRB. Quando si testano materiali molto duri o prodotti sottili, utilizzare un cono diamantato e un peso di 60 kgf. La durezza è misurata su una scala UN e denotare H.R.A.

Le parti per testare la durezza sul tester Rockwell devono essere ben pulite e non presentare graffi profondi. Il metodo Rockwell consente test accurati e veloci dei metalli.

Metodo Vickers . Quando si determina la durezza con il metodo Vickers, viene utilizzata una piramide diamantata tetraedrica con un angolo tra le facce di 136° come punta premuta nel materiale. L'impronta risultante viene misurata utilizzando un microscopio incluso nel dispositivo. Quindi, secondo la tabella, viene trovato il numero di durezza HV Quando si misura la durezza, viene utilizzato uno dei seguenti carichi: 5, 10, 20, 30, 50, 100 kgf. Piccoli carichi consentono di determinare la durezza di prodotti sottili e strati superficiali di parti nitrurate e cianurate. Lo strumento Vickers è comunemente usato nei laboratori.

Metodo per la determinazione della microdurezza . Questo metodo misura la durezza di strati superficiali molto sottili e di alcuni costituenti strutturali. leghe metalliche.

La microdurezza viene determinata utilizzando il dispositivo PMT-3, che consiste in un meccanismo per indentare una piramide di diamante sotto un carico di 0,005-0,5 kgf e microscopio metallografico. Come risultato del test, viene determinata la lunghezza della diagonale dell'impronta risultante, dopodiché il valore di durezza viene trovato dalla tabella. Le microsezioni con una superficie levigata vengono utilizzate come campioni per determinare la microdurezza.

Metodo di rinculo elastico. Per determinare la durezza con il metodo del rinculo elastico, viene utilizzato un dispositivo Shore, che funziona come segue. Su una superficie ben pulita della parte in prova dall'alto h l'attaccante, dotato di punta di diamante, cade. Colpendo la superficie della parte, l'attaccante sale a un'altezza h. In base all'altezza del rimbalzo dell'attaccante, vengono contati i numeri di durezza. Più duro è il metallo da testare, maggiore è l'altezza di rimbalzo dell'attaccante e viceversa. Il tester Shore viene utilizzato principalmente per testare la durezza di grandi alberi a gomiti, teste di biella, cilindri e altre parti di grandi dimensioni, la cui durezza è difficile da misurare con altri strumenti. Lo strumento Shore consente di controllare le parti rettificate senza compromettere la qualità della superficie, tuttavia i risultati ottenuti dal controllo non sono sempre accurati.

Durezza tabella di conversione

Metodo del graffio. Questo metodo, a differenza di quelli descritti, è caratterizzato dal fatto che durante il test si verifica non solo la deformazione elastica e plastica del materiale testato, ma anche la sua distruzione.

Attualmente, per verificare la durezza e la qualità del trattamento termico delle billette d'acciaio e dei pezzi finiti senza distruzione, viene utilizzato un dispositivo: un rilevatore di difetti induttivo DI-4. Questo dispositivo funziona con correnti parassite eccitate in alternanza campo elettromagnetico, che è creato da sensori nelle parti controllate e lo standard.

Densità. Questa è una delle caratteristiche più importanti dei metalli e delle leghe. Per densità, i metalli sono divisi nei seguenti gruppi:

polmoni(densità non superiore a 5 g / cm 3) - magnesio, alluminio, titanio, ecc.:

pesante- (densità da 5 a 10 g / cm 3) - ferro, nichel, rame, zinco, stagno, ecc. (questo è il gruppo più esteso);

molto pesante(densità superiore a 10 g / cm 3) - molibdeno, tungsteno, oro, piombo, ecc.

La tabella 2 mostra i valori di densità dei metalli. (Questa e le successive tabelle caratterizzano le proprietà di quei metalli che costituiscono la base delle leghe per colate artistiche).

Tabella 2. Densità del metallo.

Temperatura di fusione. A seconda della temperatura di fusione, il metallo è suddiviso nei seguenti gruppi:

fusibile(il punto di fusione non supera i 600 o C) - zinco, stagno, piombo, bismuto, ecc.;

fusione media(da 600 o C a 1600 o C) - questi includono quasi la metà dei metalli, inclusi magnesio, alluminio, ferro, nichel, rame, oro;

refrattario(più di 1600 o C) - tungsteno, molibdeno, titanio, cromo, ecc.

Il mercurio è un liquido.

Nella fabbricazione di fusioni artistiche, la temperatura di fusione del metallo o della lega determina la scelta dell'unità di fusione e del materiale di stampaggio refrattario. Quando gli additivi vengono introdotti nel metallo, la temperatura di fusione, di regola, diminuisce.

Tabella 3. Punti di fusione e di ebollizione dei metalli.

Calore specifico. Questa è la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado la temperatura di un'unità di massa. La capacità termica specifica diminuisce all'aumentare del numero di serie dell'elemento nella tavola periodica. La dipendenza del calore specifico di un elemento allo stato solido dalla massa atomica è descritta approssimativamente dalla legge di Dulong e Petit:

m un c m = 6.

dove, m a- massa atomica; centimetro- capacità termica specifica (J/kg * o C).

La tabella 4 riporta i valori della capacità termica specifica di alcuni metalli.

Tabella 4. Capacità termica specifica dei metalli.

Calore latente di fusione dei metalli. Questa caratteristica (Tabella 5), ​​insieme al calore specifico dei metalli, determina in gran parte la potenza richiesta dell'unità di fusione. Per fondere un metallo bassofondente, a volte è necessaria più energia termica rispetto a un metallo refrattario. Ad esempio, riscaldare il rame da 20 a 1133 °C richiederà una volta e mezza meno energia termica rispetto al riscaldamento della stessa quantità di alluminio da 20 a 710 °C.

Tabella 5. Calore latente del metallo

Capacità termica. La capacità termica caratterizza il trasferimento di energia termica da una parte del corpo all'altra, o meglio, il trasferimento molecolare di calore in un mezzo continuo, dovuto alla presenza di un gradiente di temperatura. (tabella 6)

Tabella 6. Il coefficiente di conducibilità termica dei metalli a 20 o C

La qualità della colata artistica è strettamente correlata alla conducibilità termica del metallo. Nel processo di fusione, è importante non solo fornire abbastanza alta temperatura metallo, ma anche per ottenere una distribuzione uniforme della temperatura in tutto il volume del bagno liquido. Maggiore è la conducibilità termica, più uniformemente viene distribuita la temperatura. Nella fusione ad arco elettrico, nonostante l'elevata conduttività termica della maggior parte dei metalli, la caduta di temperatura attraverso la sezione trasversale del bagno raggiunge i 70-80 °C e per un metallo con una bassa conduttività termica, questa differenza può raggiungere i 200 °C o più.

condizioni favorevoli per l'equalizzazione della temperatura vengono creati durante la fusione a induzione.

Coefficiente di dilatazione termica. Questo valore, che caratterizza la variazione delle dimensioni di un campione lungo 1 m quando riscaldato di 1 o C, è importante nel lavoro di smaltatura (tabella 7)

I coefficienti di dilatazione termica della base metallica e dello smalto devono essere il più vicini possibile in modo che lo smalto non si incrini dopo la cottura. La maggior parte degli smalti, che sono ossidi di silicio duro e altri elementi, hanno un basso coefficiente di dilatazione termica. Come ha dimostrato la pratica, gli smalti aderiscono molto bene al ferro, all'oro, meno saldamente - al rame e all'argento. Si può presumere che il titanio sia un materiale molto adatto per la smaltatura.

Tabella 7. Coefficiente di dilatazione termica dei metalli.

riflettività. Questa è la capacità di un metallo di riflettere onde luminose di una certa lunghezza, che viene percepita dall'occhio umano come un colore (tabella 8). I colori dei metalli sono mostrati nella tabella 9.

Tabella 8 Corrispondenza tra colore e lunghezza d'onda.

Tabella 9. Colori dei metalli.

I metalli puri non sono praticamente usati nelle arti e nei mestieri. Per la fabbricazione di vari prodotti vengono utilizzate leghe le cui caratteristiche cromatiche differiscono in modo significativo dal colore del metallo di base.

Per molto tempo è stata accumulata una vasta esperienza nell'uso di varie leghe da colata per la produzione di gioielli, articoli per la casa, sculture e molti altri tipi di fusione artistica. Tuttavia, la relazione tra la struttura della lega e la sua riflettività non è stata ancora rivelata.

1. Come sono i metalli nella tavola periodica di D. I. Mendeleev? Qual è la differenza tra la struttura degli atomi di metallo e la struttura degli atomi non metallici?
I metalli si trovano prevalentemente a sinistra e in basso della tavola periodica, ad es. principalmente nei gruppi I-III. E a livello di energia esterna, i metalli di solito hanno da uno a tre elettroni (sebbene siano possibili eccezioni: l'antimonio e il bismuto hanno 5 elettroni, il polonio ne ha 6).

2. In che modo i reticoli cristallini dei metalli differiscono per struttura e proprietà dai reticoli cristallini ionici e atomici?
Ai nodi del reticolo cristallino metallico ci sono ioni e atomi caricati positivamente, tra i quali si muovono gli elettroni, e nel molecolare e atomico reticolo cristallino ai nodi ci sono rispettivamente molecole e atomi.

3. Quali sono le proprietà fisiche generali dei metalli? Spiega queste proprietà sulla base di idee sul legame metallico.

4. Perché alcuni metalli sono duttili (es. rame) mentre altri sono fragili (es. antimonio)?
L'antimonio ha 5 elettroni a livello di energia esterna, il rame ne ha 1. Con l'aumento del numero di elettroni, viene assicurata la forza dei singoli strati di ioni, impedendone il libero scorrimento, riducendo la plasticità.

5. Quando "disciolti" in acido cloridrico, 12,9 g di una lega composta da rame e zinco hanno ricevuto 2,24 litri di idrogeno (n.a.). Calcola le frazioni di massa (in percentuale) di zinco e rame in questa lega.

6. La lega rame-alluminio è stata trattata con 60 g di acido cloridrico (frazione in massa di HCl - 10%). Calcolare la massa e il volume del gas rilasciato (n.a.s.).

PROVE

1. Le proprietà metalliche più sorprendenti sono esibite da una sostanza semplice i cui atomi hanno la struttura di un guscio di elettroni
1) 2e, 1e

2. Le proprietà metalliche più sorprendenti sono esibite da una sostanza semplice i cui atomi hanno la struttura di un guscio di elettroni
4) 2e, 8e, 18e, 8e, 2e

3. Una sostanza solida con un reticolo cristallino conduce bene l'elettricità
3) metallo

Densità. Questa è una delle caratteristiche più importanti dei metalli e delle leghe. Per densità, i metalli sono divisi nei seguenti gruppi:

polmoni(densità non superiore a 5 g / cm 3) - magnesio, alluminio, titanio, ecc.:

pesante- (densità da 5 a 10 g / cm 3) - ferro, nichel, rame, zinco, stagno, ecc. (questo è il gruppo più esteso);

molto pesante(densità superiore a 10 g / cm 3) - molibdeno, tungsteno, oro, piombo, ecc.

La tabella 2 mostra i valori di densità dei metalli. (Questa e le successive tabelle caratterizzano le proprietà di quei metalli che costituiscono la base delle leghe per colate artistiche).

Tabella 2. Densità del metallo.

Temperatura di fusione. A seconda della temperatura di fusione, il metallo è suddiviso nei seguenti gruppi:

fusibile(il punto di fusione non supera i 600 o C) - zinco, stagno, piombo, bismuto, ecc.;

fusione media(da 600 o C a 1600 o C) - questi includono quasi la metà dei metalli, inclusi magnesio, alluminio, ferro, nichel, rame, oro;

refrattario(più di 1600 o C) - tungsteno, molibdeno, titanio, cromo, ecc.

Il mercurio è un liquido.

Nella fabbricazione di fusioni artistiche, la temperatura di fusione del metallo o della lega determina la scelta dell'unità di fusione e del materiale di stampaggio refrattario. Quando gli additivi vengono introdotti nel metallo, la temperatura di fusione, di regola, diminuisce.

Tabella 3. Punti di fusione e di ebollizione dei metalli.

Calore specifico. Questa è la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado la temperatura di un'unità di massa. La capacità termica specifica diminuisce all'aumentare del numero di serie dell'elemento nella tavola periodica. La dipendenza del calore specifico di un elemento allo stato solido dalla massa atomica è descritta approssimativamente dalla legge di Dulong e Petit:

m un c m = 6.

dove, m a- massa atomica; centimetro- capacità termica specifica (J/kg * o C).

La tabella 4 riporta i valori della capacità termica specifica di alcuni metalli.

Tabella 4. Capacità termica specifica dei metalli.

Calore latente di fusione dei metalli. Questa caratteristica (Tabella 5), ​​insieme al calore specifico dei metalli, determina in gran parte la potenza richiesta dell'unità di fusione. Per fondere un metallo bassofondente, a volte è necessaria più energia termica rispetto a un metallo refrattario. Ad esempio, riscaldare il rame da 20 a 1133 °C richiederà una volta e mezza meno energia termica rispetto al riscaldamento della stessa quantità di alluminio da 20 a 710 °C.

Tabella 5. Calore latente del metallo

Capacità termica. La capacità termica caratterizza il trasferimento di energia termica da una parte del corpo all'altra, o meglio, il trasferimento molecolare di calore in un mezzo continuo, dovuto alla presenza di un gradiente di temperatura. (tabella 6)

Tabella 6. Il coefficiente di conducibilità termica dei metalli a 20 o C

La qualità della colata artistica è strettamente correlata alla conducibilità termica del metallo. Nel processo di fusione, è importante non solo garantire una temperatura sufficientemente elevata del metallo, ma anche ottenere una distribuzione uniforme della temperatura in tutto il volume del bagno liquido. Maggiore è la conducibilità termica, più uniformemente viene distribuita la temperatura. Nella fusione ad arco elettrico, nonostante l'elevata conduttività termica della maggior parte dei metalli, la caduta di temperatura attraverso la sezione trasversale del bagno raggiunge i 70-80 °C e per un metallo con una bassa conduttività termica, questa differenza può raggiungere i 200 °C o più.

Durante la fusione a induzione si creano condizioni favorevoli per l'equalizzazione della temperatura.

Coefficiente di dilatazione termica. Questo valore, che caratterizza la variazione delle dimensioni di un campione lungo 1 m quando riscaldato di 1 o C, è importante nel lavoro di smaltatura (tabella 7)

I coefficienti di dilatazione termica della base metallica e dello smalto devono essere il più vicini possibile in modo che lo smalto non si incrini dopo la cottura. La maggior parte degli smalti, che sono ossidi di silicio duro e altri elementi, hanno un basso coefficiente di dilatazione termica. Come ha dimostrato la pratica, gli smalti aderiscono molto bene al ferro, all'oro, meno saldamente - al rame e all'argento. Si può presumere che il titanio sia un materiale molto adatto per la smaltatura.

Tabella 7. Coefficiente di dilatazione termica dei metalli.

riflettività. Questa è la capacità di un metallo di riflettere onde luminose di una certa lunghezza, che viene percepita dall'occhio umano come un colore (tabella 8). I colori dei metalli sono mostrati nella tabella 9.

Tabella 8 Corrispondenza tra colore e lunghezza d'onda.

Tabella 9. Colori dei metalli.

I metalli puri non sono praticamente usati nelle arti e nei mestieri. Per la fabbricazione di vari prodotti vengono utilizzate leghe le cui caratteristiche cromatiche differiscono in modo significativo dal colore del metallo di base.

Per molto tempo è stata accumulata una vasta esperienza nell'uso di varie leghe da colata per la produzione di gioielli, articoli per la casa, sculture e molti altri tipi di fusione artistica. Tuttavia, la relazione tra la struttura della lega e la sua riflettività non è stata ancora rivelata.