Metālu un sakausējumu īpašības (vispārīgi). Metālu fizikālās īpašības - Zināšanas Hipermārkets Metālu ķīmijas fizikālās īpašības 9

Nodarbības tēma. "Metālu fizikālās īpašības" 9. klase

Ķīmijas skolotāja Vera Ivanova

Mērķi : veidot studentu izpratni par metālu atomu uzbūves īpatnībām, to vispārīgajām fizikālajām īpašībām un īpašību atkarību no kristāliskā režģa veida

Uzdevumi:

Izglītojoši: apkopot informāciju par metālisko ķīmisko saiti un metālu kristālisko režģi,

veidot priekšstatu par fizisko īpašību būtību

Attīstās: prasme veidot, analizēt, strādāt ar tabulām, tekstu, novērot, izdarīt secinājumus

Izglītojoši : pastiprināt skolēnu izziņas darbību, patstāvību, iniciatīvu

Aprīkojums : metāla paraugu kolekcija, tabulas ar materiāliem par metālu fizikālajām īpašībām, kartītes ar uzdevumiem, D.I. ķīmisko elementu periodiskā sistēma. Mendeļejevs

Darba formas: individuālais, pāru darbs

Nodarbības veids : jauna materiāla apguve

Nodarbības moto “Pirmkārt un galvenokārt, studējiet ķīmiju pēc iespējas tuvāk! Šī ir pārsteidzoša zinātne! Viņas caururbjošais, drosmīgais skatiens iekļūst zemes garozas tumsā ”M. Gorkijs.

Nodarbību laikā:

1. Organizatoriskais moments

Bez kādām vielām mūsdienu civilizācija nav iedomājama?

Patiešām, metāliem ir svarīga loma cilvēka dzīvē.

Vārds metāls tulkojumā nozīmē mans, mans. V zemes garoza ir lielas metāla un polimetālu rūdu rezerves, kuras izmanto metālu iegūšanai.

2. Zināšanu papildināšana

Pirms pāriet uz jaunu materiālu izpēti, noskaidrosim, ko mēs jau zinām par metāliem.

1. Kur atrodas metāli elementu periodiskajā tabulā

2. Kā mainās metālu atomu rādiuss grupās, periodos

3. Kā mainās metāliskās īpašības grupās, periodos

4. Kādas ir metālu strukturālās īpašības?

3. Jaunā materiāla skaidrojums

Skolotājs.

Metāliskās ķīmiskās saites būtība tika apspriesta iepriekš 8. klasē.

Kāda ir metāliskās saites būtība?

Kādas ir kristāla metāla režģa īpašības?

Uz tāfeles izveidojiet metāla kristāla režģa diagrammu.

Kristāla režģa vietās atrodas gan neitrālie atomi, gan metāla katjoni, kas saistīti ar kopējiem elektroniem (ko sauc arī par elektronu gāzi), kas pieder visam kristālam. Šie elektroni brīvi pārvietojas viscaur un piesaista metāla katjonus, kas atrodas kristāla režģa mezglos, nodrošinot tā stabilitāti.

Tādējādi metāla saite ir saite, kas rodas kristālos pozitīvi lādētu metāla jonu elektrostatiskās mijiedarbības rezultātā ar negatīvi lādētiem brīviem elektroniem. Metāliskā saite ir raksturīga metāliem un to sakausējumiem.

Ko mēs saprotam ar vielas fizikālajām īpašībām?

Kas nosaka fizikālās īpašības?

Metālu svarīgākās fizikālās īpašības nosaka metāla saites raksturs, kristāliskā režģa struktūra.

Apsveriet metāla paraugu kolekciju. Studenti strādā ar metāla paraugiem.

1. Iestatiet krāsu, caurspīdīgumu

2. Kā izpaužas spēja atstarot gaismu?

3. Kā metāla paraugi reaģē uz magnēta darbību?

4. Kādas ir metālu fizikālās īpašības?

Kādas ir metālu vispārējās fizikālās īpašības?

Studenti atzīmē: metālisku spīdumu, cietību, plastiskumu, elektrisko un siltumvadītspēju.

Studenti apgūst metālu fizikālo īpašību tabulu, pēc tam, izmantojot šīs tabulas, atbild uz jautājumiem un raksta piezīmju grāmatiņā

Metālu fizikālās īpašības

Skolēni piezīmju grāmatiņā pieraksta fizikālās īpašības, sniedz piemērus.

Blīvums. Pēc blīvuma metālus iedala divās grupās:

plaušas , blīvums ne vairāk kā 5 g / cm 3 –

smags , blīvums vairāk nekā 5 g / cm 3 –

Vieglākais - litijs, blīvums 0,53 g / cm 3 , smagākais - osmijs, blīvums 22,6 g / cm 3

Temperatūra. Metālus atkarībā no kušanas temperatūras iedala:

kausējams , kušanas temperatūra nav augstāka par 1000° С -

ugunsizturīgs , kušanas temperatūra virs 1000° С -

Zemāk kūstošais metāls ir dzīvsudrabs t = -39 ° С , ugunsizturīgākais ir volframs

t = 3340 ° С

Cietība. Metālu cietību salīdzina ar dimanta cietību un iedala grupās:

mīksts -

ciets -

cietākais metāls - hroms, skrāpē stiklu, mīkstākais - sārmu metāli, kurus griež ar nazi

Elektrovadītspēja.Elektrisko vadītspēju izskaidro brīvo elektronu klātbūtne, pielietota elektriskā sprieguma ietekmē haotiski kustīgie elektroni iegūst virziena kustību metālā, un rodas elektriskā strāva.

Sudrabs, varš, zelts, alumīnijs ir ar augstu elektrovadītspēju.

Dzīvsudrabam, svinam, volframam ir zema elektriskā vadītspēja

Siltumvadītspēja... Metālu siltumvadītspēja, kā likums, sakrīt ar elektrisko vadītspēju.

Metālisks spīdums... Metāli spēj atstarot gaismas viļņus, magnijs un alumīnijs spēj saglabāt metālisku spīdumu pat pulverī.

Krāsa - vairums metālu ir sudrabaini, izņemot zeltdzelteno, vara – sarkandzelteno.

Plastmasa. Plastiskums - spēja mainīt formu trieciena rezultātā, tikt ievilktam stieplē, velmēta plānās loksnēs. Sērijās Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe samazinās.

Magnētiskās īpašības.Magnētiskās īpašības nosaka metālu spēja piesaistīt ārējo magnētiskais lauks un saglabā spēju tikt magnetizētam. Spēcīgākās magnētiskās īpašības ir: dzelzs, niķelis, kobalts. Šos metālus sauc par feromagnētiskiem (no latīņu vārda ferrum — dzelzs).

4. Zināšanu nostiprināšana

Studenti saņem uzdevumu kartes un atbild uz jautājumiem.

Quest kartes.

Testa norādījumi: izvēlieties vienu pareizo atbildi

1. iespēja

atbildes

1. Izvēlieties elementu grupu, kurā ir tikai metāli

A) Cu K Mg C

B) Ba Zn Pb Li

B) Na Mn Br Fe

2, norādiet Li un K kopīgo struktūru

A) 1 elektrons pēdējā elektroniskā līmenī

B) tikpat daudz elektronisko līmeņu

B) 2 elektroni pēdējā elektroniskā līmenī

3. 1A grupas metāliem tas nav raksturīgi

A) oksidācijas pakāpe savienojumos -1

B) oksidācijas pakāpe savienojumos +1

B) augstākā oksīda R vispārējā formula 2 O

4. Kalcija metāliskās īpašības ir vājākas nekā

A) kālijs

B) litijs

C) dzelzs

5. Aktīvie metāli ietver

A) Cu Ag Ca Fe

B) Mg K Ba Ca

B) Pb Li Zn Sn

6.Ieskaitot zemas aktivitātes metālus

A) Hg Ag Cu

B) Ca Sr Ba

C) Cs Mg K

5. Nodarbības rezumēšana

Skolotājs:

Ko jaunu esat uzzinājis par metālu fizikālajām īpašībām?

Kā jūs varat izskaidrot kopīgu fizikālo īpašību klātbūtni tik lielā skaitā vienkāršu vielu?

6 mājasdarbi

Sagatavojiet ziņojumus par metālu lomu mūsu dzīvē.

Visi metāli un metālu sakausējumi ir noteiktas īpašības. Īpašības metāli un sakausējumi iedala četrās grupās: fizikālā, ķīmiskā, mehāniskā un tehnoloģiskā.

Fizikālās īpašības... Uz fizikālajām īpašībām metāli un sakausējumi ietver: blīvumu, kušanas temperatūru, siltumvadītspēju, siltuma izplešanos, īpatnējo siltumu, elektrovadītspēju un spēju magnetizēties. Dažu metālu fizikālās īpašības ir norādītas tabulā:

Metālu fizikālās īpašības

Blīvums. Vielas daudzumu, kas atrodas tilpuma vienībā, sauc blīvums. Metāla blīvums var atšķirties atkarībā no tā ražošanas metodes un apstrādes veida.

Temperatūrakušana... Tiek saukta temperatūra, kurā metāls pilnībā pāriet no cieta stāvokļa uz šķidru stāvokli kušanas punkts. Katram metālam vai sakausējumam ir savs kušanas punkts. Zināšanas par metālu kušanas temperatūru palīdz pareizi vadīt termiskos procesus metālu termiskās apstrādes laikā.

Siltumvadītspēja.Ķermeņu spēju pārnest siltumu no siltākām daļiņām uz mazāk uzkarsētām sauc par siltumvadītspēju. . Metāla siltumvadītspēju nosaka siltuma daudzums, kas iet caur metāla stieni ar šķērsgriezumu 1 cm 2 , garums 1cm 1 sek. laikā. ar temperatūras starpību 1 ° C.

Termiskāpagarinājumu. Metāla karsēšana līdz noteiktai temperatūrai izraisa tā izplešanos.

Metāla pagarinājuma lielumu karsējot ir viegli noteikt, ja ir zināms metāla lineārās izplešanās koeficients α. Metāla tilpuma izplešanās koeficients ß ir vienāds ar Zα.

Konkrētssiltuma jauda... Siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu temperatūru 1 G vielas uz 1 ° C, sauc par īpatnējo siltumu. Metāliem, salīdzinot ar citām vielām, ir mazāka siltumietilpība, tāpēc tos silda bez lieliem siltuma izdevumiem.

Elektrovadītspēja. Metālu spēju vadīt elektrisko strāvu sauc elektrovadītspēja. Galvenais lielums, kas raksturo metāla elektriskās īpašības, ir elektriskā pretestība ρ, tas ir, pretestība, kāda ir stieplei, kas izgatavota no konkrēta metāla ar garumu 1 m, strāvai. un 1. sadaļa mm 2. To nosaka omi. Tiek saukta elektriskās pretestības apgrieztā vērtība elekvadītspēja.

Lielākajai daļai metālu, piemēram, sudrabam, vara un alumīnija, ir augsta elektrovadītspēja. Paaugstinoties temperatūrai, elektriskā vadītspēja samazinās, un, samazinoties, tā palielinās.

Magnētiskās īpašības. Metālu magnētiskās īpašības raksturo šādas vērtības: atlikušā indukcija, piespiedu spēks un magnētiskā caurlaidība.

Atlikušā indukcija (Vr) sauc par magnētisko indukciju, kas paliek paraugā pēc tā magnetizācijas un magnētiskā lauka noņemšanas. Atlikušo indukciju mēra gausos.

Piespiedu spēks (Hs) ir magnētiskā lauka stiprums, kas jāpieliek paraugam, lai atceltu atlikušo indukciju, tas ir, lai demagnetizētu paraugu. Piespiedu spēku mēra oerstedos.

Magnētiskā caurlaidība μ raksturo metāla spēju magnetizēties zem tā, ko nosaka formula

Dzelzs, niķelis, kobalts un gadolīnijs tiek piesaistīti ārējam magnētiskajam laukam daudz spēcīgāk nekā citi metāli un pastāvīgi saglabā spēju magnetizēties. Šos metālus sauc par feromagnētiskiem (no latīņu vārda ferrum — dzelzs), un to magnētiskās īpašības sauc par feromagnētismu. Karsējot līdz 768 °C temperatūrai (Kirī temperatūra), feromagnētisms pazūd un metāls kļūst nemagnētisks.

Ķīmiskās īpašības. Metālu ķīmiskās īpašības un metālu sakausējumi tiek sauktas īpašības, kas nosaka to saistību ar dažādu aktīvo vidi ķīmisko iedarbību. Katram metālam vai metāla sakausējumam ir zināma spēja izturēt šo vidi.

Ķīmiskās ietekmes vide izpaužas dažādas formas: dzelzs rūsas, bronza ir klāta ar zaļo oksīda slāni, tērauds, karsējot rūdīšanas krāsnīs bez aizsargatmosfēras, oksidējas, pārvēršas katlakmens, un šķīst sērskābē u.c. Tāpēc metālu un sakausējumu praktiskai izmantošanai jums tie ir jāzina Ķīmiskās īpašības... Šīs īpašības nosaka pārbaudāmo paraugu svara izmaiņas laika vienībā uz virsmas vienību. Piemēram, tērauda izturību pret katlakmens veidošanos (karstumizturību) nosaka, palielinot paraugu svaru 1 stundu par 1 dm virsma gramos (svara pieaugums tiek iegūts oksīdu veidošanās dēļ).

Mehāniskās īpašības. Mehāniskās īpašības nosaka veiktspēju metālu sakausējumi kad tiek pakļauti ārējiem spēkiem. Tie ietver izturību, cietību, elastību, plastiskumu, triecienizturību utt.

Lai noteiktu mehāniskās īpašības metālu sakausējumi tie tiek pakļauti dažādiem testiem.

Tiesas processstiepes(pārtraukums). Šī ir galvenā testa metode, ko izmanto, lai noteiktu proporcionalitātes robežu σ pts, tecēšanas robežu σ s, stiepes izturība σ b relatīvais pagarinājums σ un relatīvā kontrakcija ψ.

Stiepes pārbaudei tiek izgatavoti speciāli paraugi - cilindriski un plakani. Tie var būt dažāda izmēra atkarībā no stiepes pārbaudes iekārtas veida, kurā tiek pārbaudīta metāla stiepes izturība.

Stiepes pārbaudes iekārta darbojas šādi: testa paraugu fiksē galviņu skavās un pakāpeniski izstiepj ar pieaugošu spēku R pirms pārtraukuma.

Pārbaudes sākumā plkst vieglas slodzes paraugs ir deformēts elastīgi, tā pagarinājums ir proporcionāls slodzes pieaugumam. Parauga pagarinājuma atkarību no pieliktās slodzes sauc proporcionalitātes likums.

Tiek saukta lielākā slodze, ko paraugs var izturēt, neatkāpjoties no proporcionalitātes likuma pirms tamproporcionalitātes lūžņi:

σ pc = PP /Fo

FO mm 2.

Pieaugot slodzei, līkne novirzās uz sāniem, t.i., tiek pārkāpts proporcionalitātes likums. Līdz punktam P lpp parauga deformācija bija elastīga. Deformāciju sauc par elastīgu, ja tā pilnībā izzūd pēc parauga izkraušanas. Praksē tērauda elastības robeža tiek uzskatīta par vienādu ar proporcionālo robežu.

Ar turpmāku slodzes pieaugumu (virs punkta P e) līkne sāk ievērojami novirzīties. Tiek saukta mazākā slodze, pie kuras paraugs tiek deformēts bez ievērojama slodzes pieauguma ienesīguma punkts:

σ s=Ps / Fo

kur , kgf;

F o - parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums, mm 2. Pēc ienesīguma robežas slodze palielinās līdz punktam P e, kur tas sasniedz maksimumu. Nosakiet, dalot maksimālo slodzi ar parauga šķērsgriezuma laukumu stiepes izturība:

σb = Pb / Fo,

F o - parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums, mm 2. Punktā P līdz paraugs pārsprāgst. Parauga izmaiņas pēc plīsuma tiek vērtētas pēc metāla elastības, ko raksturo relatīvais pagarinājums δ un kontrakcija ψ.

Pagarinājums tiek saprasts kā parauga garuma pieauguma attiecība pēc pārrāvuma un tā sākotnējā garuma attiecība, kas izteikta procentos:

δ= l 1 - l 0 / l 0 · 100%

kur l 1 ir parauga garums pēc pārrāvuma, mm;

l 0 ir parauga sākotnējais garums, mm.

Relatīvā sašaurināšanās ir parauga šķērsgriezuma laukuma samazināšanās attiecība pēc pārrāvuma pret tā sākotnējo šķērsgriezuma laukumu

φ= F o- F 1 / F 0 · 100%,

kur F o - parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums, mm 2;

F 1 - parauga šķērsgriezuma laukums pārrāvuma vietā (kakls), mm 2.

Šļūdes tests. Creep ir īpašums metālu sakausējumi lēni un nepārtraukti plastiski deformējas nemainīgas slodzes un augstās temperatūrās. Šļūdes testa galvenais mērķis ir noteikt šļūdes robežu - ilgstoši pielietotā sprieguma lielumu noteiktā temperatūrā.

Detaļu darbam ilgu laiku plkst paaugstinātas temperatūras, ņemiet vērā tikai šļūdes ātrumu līdzsvara stāvoklī un iestatiet robežnosacījumus, piemēram, 1 ° / o uz 1000 stundām. vai 1 ° / o uz 10 000 stundām.

Tiesas processtriecienizturība. Tiek saukta metālu spēja pretoties triecienslodzēm stingrība. Konstrukciju tēraudi galvenokārt tiek pakļauti triecientestiem, jo ​​tiem jābūt ne tikai augstām statiskās izturības vērtībām, bet arī lielai triecienizturībai.

Testēšanai tiek ņemts standarta formas un izmēra paraugs. Paraugu sagriež vidū tā, lai tas šajā brīdī testa laikā saplīst.

Paraugu pārbauda šādi. Testa paraugu novieto uz svārsta kopras atbalsta iecirtums gultā . Svārsts svars G pacelties augstumā h 1 . Krītot no šī augstuma, svārsts ar naža malu iznīcina paraugu, pēc kā tas paceļas augstumā h 2 .

Patērēto darbu nosaka svārsta svars un tā pacelšanās augstums pirms un pēc parauga iznīcināšanas. A.

Zinot parauga iznīcināšanas darbu, mēs aprēķinām triecienizturību:

α Uz= A /F

kur A- parauga iznīcināšanas darbs, kgcm;

F - parauga šķērsgriezuma laukums pie iecirtuma, cm 2.

veidsBrinels. Šīs metodes būtība ir , ka, izmantojot mehānisko presi, rūdīta tērauda lodīte tiek iespiesta testa metālā ar noteiktu slodzi un cietību nosaka pēc iegūtās drukas diametra.

Rokvela veidā. Lai noteiktu cietību ar Rokvela metodi, tiek izmantots dimanta konuss ar virsotnes leņķi 120 °, vai tērauda lodīte ar diametru 1,58 mm. Izmantojot šo metodi, tiek mērīts nevis ievilkuma diametrs, bet gan dimanta konusa vai tērauda lodītes ievilkuma dziļums. Cietību norāda indikatora bultiņa tūlīt pēc testa beigām. Pārbaudot rūdītas detaļas ar augstu cietību, izmantojiet dimanta konusu un svaru 150 kgf.Šajā gadījumā cietību mēra uz skalas AR un apzīmē HRC. Ja testā tiek ņemta tērauda lode un svars 100 kgf, tad cietību mēra uz skalas V un apzīmē HRB. Pārbaudot ļoti cietus materiālus vai plānus izstrādājumus, izmantojiet dimanta konusu un svaru 60 kgf.Šajā gadījumā cietību mēra uz skalas A un apzīmē HRA.

Rockwell cietības testera daļām jābūt labi notīrītām un bez dziļām skrāpējumiem. Rokvela metode ļauj precīzi un ātri pārbaudīt metālu.

Vickers veids . Nosakot cietību ar Vickers metodi, kā materiālā iespiests uzgalis tiek izmantota tetraedriska dimanta piramīda ar leņķi starp virsmām 136 °. Iegūto izdruku mēra, izmantojot ierīcē esošo mikroskopu. Pēc tam saskaņā ar tabulu tiek atrasts cietības skaitlis HV. Mērot cietību, izmantojiet vienu no šīm slodzēm: 5, 10, 20, 30, 50, 100 kgf. Nelielas slodzes ļauj noteikt plānu izstrādājumu cietību un nitrētu un cianīnu detaļu virsmas slāņus. Vickers ierīci parasti izmanto laboratorijās.

Mikrocietības noteikšanas metode . Šo metodi izmanto ļoti plānu virsmas slāņu un dažu konstrukcijas komponentu cietības mērīšanai. metālu sakausējumi.

Mikrocietību nosaka, izmantojot ierīci PMT-3, kas sastāv no mehānisma dimanta piramīdas ievilkšanai pie 0,005-0,5 slodzes. kgf un metalogrāfiskais mikroskops. Pārbaudes rezultātā tiek noteikts iegūtā nospieduma diagonāles garums, pēc kura no tabulas tiek atrasta cietības vērtība. Mikrosekcijas ar pulētu virsmu izmanto kā paraugus mikrocietības noteikšanai.

Elastīgās atsitiena metode... Lai noteiktu cietību ar elastīgās atsitiena metodi, tiek izmantota Šora ierīce, kas darbojas šādi. Uz labi notīrītas testa parauga virsmas no augstuma Nšaušanas tapa, kas aprīkota ar dimanta galu, nokrīt. Atduroties pret detaļas virsmu, šaušanas tapa paceļas augstumā h. Cietības skaitļi tiek skaitīti gar uzbrucēja atlēciena augstumu. Jo cietāks ir testa metāls, jo lielāks ir uzbrucēja atsitiena augstums un otrādi. Šora ierīci galvenokārt izmanto lielu kloķvārpstu, klaņu galviņu, cilindru un citu lielu daļu cietības pārbaudei, kuru cietību ar citām ierīcēm ir grūti izmērīt. Shor ierīce ļauj pārbaudīt zemējuma daļas, nekaitējot virsmas kvalitātei, tomēr pārbaudes rezultāti ne vienmēr ir precīzi.

Cietības pārrēķina tabula

Skrāpēšanas metode.Šai metodei atšķirībā no aprakstītajām ir raksturīgs tas, ka testēšanas laikā notiek ne tikai testa materiāla elastīgā un plastiskā deformācija, bet arī tā iznīcināšana.

Pašlaik tērauda sagatavju un gatavo detaļu termiskās apstrādes cietības un kvalitātes pārbaudei bez iznīcināšanas tiek izmantota ierīce, induktīvs defektu detektors DI-4. Šī ierīce darbojas ar virpuļstrāvu, ko ierosina maiņstrāva elektromagnētiskais lauks, ko rada sensori vadāmajās daļās un standarts.

Blīvums.Šī ir viena no svarīgākajām metālu un sakausējumu īpašībām. Pēc blīvuma metālus iedala šādās grupās:

plaušas(blīvums ne vairāk kā 5 g / cm 3) - magnijs, alumīnijs, titāns utt.:

smags- (blīvums no 5 līdz 10 g / cm 3) - dzelzs, niķelis, varš, cinks, alva uc (šī ir visplašākā grupa);

ļoti smags(blīvums virs 10 g / cm 3) - molibdēns, volframs, zelts, svins utt.

2. tabulā parādītas metālu blīvuma vērtības. (Šī un turpmākās tabulas raksturo to metālu īpašības, kas veido sakausējumu pamatu mākslinieciskai liešanai).

2. tabula. Metāla blīvums.

Kušanas temperatūra. Atkarībā no kušanas temperatūras metālu iedala šādās grupās:

kausējams(kušanas temperatūra nepārsniedz 600 o C) - cinks, alva, svins, bismuts utt .;

vidēja kušana(no 600 o C līdz 1600 o C) - tajos ietilpst gandrīz puse metālu, tostarp magnijs, alumīnijs, dzelzs, niķelis, varš, zelts;

ugunsizturīgs(vairāk nekā 1600 o C) - volframs, molibdēns, titāns, hroms utt.

Dzīvsudrabs ir šķidrums.

Māksliniecisko lējumu ražošanā metāla vai sakausējuma kušanas temperatūra nosaka kausēšanas vienības un ugunsizturīgā liešanas materiāla izvēli. Kad metālā tiek ievadītas piedevas, kušanas temperatūra, kā likums, samazinās.

3. tabula. Metālu kušanas un viršanas temperatūras.

Īpašs karstums. Tas ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai masas vienības temperatūru paaugstinātu par vienu grādu. Īpatnējā siltumietilpība samazinās, palielinoties elementa kārtas skaitlim periodiskajā tabulā. Cietā stāvoklī esošā elementa īpatnējās siltumietilpības atkarību no atomu masas aptuveni apraksta Dulonga un Petita likums:

m a c m = 6.

kur, m a- atomu masa; c m- īpatnējais siltums (J / kg * o C).

4. tabulā parādītas dažu metālu īpatnējā siltuma vērtības.

4. tabula. Metālu īpatnējais siltums.

Metālu kušanas latentais siltums. Šis raksturlielums (5. tabula) kopā ar metālu īpatnējo siltumietilpību lielā mērā nosaka nepieciešamo kausēšanas iekārtas jaudu. Dažreiz, lai izkausētu zemu kūstošu metālu, ir nepieciešams vairāk siltumenerģijas nekā ugunsizturīga. Piemēram, lai uzsildītu varu no 20 līdz 1133 o C, nepieciešams pusotru reizi mazāk siltumenerģijas nekā tāda paša daudzuma alumīnija uzsildīšanai no 20 līdz 710 o C.

5. tabula. Metāla latentais siltums

Siltuma jauda. Siltuma jauda raksturo siltumenerģijas pārnesi no vienas ķermeņa daļas uz otru vai, drīzāk, molekulāro siltuma pārnesi nepārtrauktā vidē temperatūras gradienta klātbūtnes dēļ. (6. tabula)

6. tabula. Metālu siltumvadītspējas koeficients pie 20 o С

Mākslinieciskās liešanas kvalitāte ir cieši saistīta ar metāla siltumvadītspēju. Kausēšanas procesā svarīgi ir ne tikai nodrošināt pietiekamu augsts drudzis metāla, bet arī panākt vienmērīgu temperatūras sadalījumu visā šķidruma vannas tilpumā. Jo augstāka ir siltumvadītspēja, jo vienmērīgāk tiek sadalīta temperatūra. Elektriskā loka kausēšanā, neskatoties uz vairuma metālu augsto siltumvadītspēju, temperatūras kritums vannas šķērsgriezumā sasniedz 70-80 o С, un metālam ar zemu siltumvadītspēju šis kritums var sasniegt 200 o С un vairāk.

Labvēlīgi apstākļi temperatūras izlīdzināšanai tiek radītas ar indukcijas kausēšanu.

Termiskās izplešanās koeficients... Šī vērtība, kas raksturo 1 m gara parauga izmēru izmaiņas, uzkarsējot par 1 o C, ir svarīga emaljas darbam (7. tabula)

Metāla pamatnes un emaljas termiskās izplešanās koeficientiem jābūt pēc iespējas tuvākiem, lai pēc apdedzināšanas emalja neplaisātu. Lielākajai daļai emalju, kas pārstāv silīcija oksīdu un citu elementu cieto koeficientu, ir zems termiskās izplešanās koeficients. Kā liecina prakse, emaljas ļoti labi pielīp pie dzelzs, zelta, mazāk stingri - pie vara un sudraba. Var pieņemt, ka titāns ir ļoti piemērots materiāls emaljēšanai.

7. tabula. Metālu termiskās izplešanās koeficients.

Atstarošanās spēja. Tā ir metāla spēja atstarot noteikta garuma gaismas viļņus, ko cilvēka acs uztver kā krāsu (8. tabula). Metāla krāsas ir parādītas 9. tabulā.

8. tabula. Krāsas un viļņa garuma atbilstība.

9. tabula. Metālu krāsas.

Tīri metāli mākslā un amatniecībā praktiski netiek izmantoti. Dažādu izstrādājumu ražošanai tiek izmantoti sakausējumi, kuru krāsas īpašības būtiski atšķiras no parastā metāla krāsas.

Ilgu laiku ir uzkrāta milzīga pieredze dažādu liešanas sakausējumu izmantošanā juvelierizstrādājumu, sadzīves priekšmetu, skulptūru un daudzu citu māksliniecisko lējumu ražošanā. Tomēr saistība starp sakausējuma struktūru un tā atstarošanas spēju vēl nav atklāta.

1. Kā metāli atrodas DI Mendeļejeva periodiskajā tabulā? Kāda ir atšķirība starp metāla atomu struktūru un nemetālu atomu struktūru?
Metāli pārsvarā atrodas periodiskās tabulas kreisajā un apakšā, t.i. galvenokārt I-III grupās. Un ārējā enerģijas līmenī metāliem parasti ir no viena līdz trim elektroniem (lai gan ir iespējami izņēmumi: antimonam un bismutam ir 5 elektroni, bet polonijā ir 6).

2. Kā metālu kristāla režģi pēc struktūras un īpašībām atšķiras no jonu un atomu kristālrežģiem?
Metāla kristāliskā režģa mezglos atrodas pozitīvi lādēti joni un atomi, starp kuriem pārvietojas elektroni, bet molekulārajos un atomos. kristāla režģis molekulas un atomi atrodas attiecīgi mezglos.

3. Kādas ir metālu vispārējās fizikālās īpašības? Izskaidrojiet šīs īpašības, pamatojoties uz savu izpratni par metālisko saiti.

4. Kāpēc daži metāli ir kaļami (piemēram, varš), bet citi ir trausli (piemēram, antimons)?
Antimonam ārējā enerģijas līmenī ir 5 elektroni, vara ir 1. Palielinoties elektronu skaitam, tiek nodrošināts atsevišķu jonu slāņu stiprums, novēršot to brīvu slīdēšanu, samazinot plastiskumu.

5. "Izšķīdinot" sālsskābē 12,9 g sakausējuma, kas sastāv no vara un cinka, tika iegūti 2,24 litri ūdeņraža (NU). Aprēķiniet cinka un vara masas daļas (procentos) šajā sakausējumā.

6. Vara-alumīnija sakausējums tika apstrādāts ar 60 g sālsskābes (HCl masas daļa - 10%). Aprēķiniet izdalītās gāzes masu un tilpumu (n.o.).

PĀRBAUDES PROBLĒMAS

1. Visspilgtākās metāliskās īpašības izpaužas vienkārša viela, kuras atomiem ir elektronu apvalka struktūra
1) 2e, 1e

2. Visspilgtāk metāliskās īpašības izpaužas vienkārša viela, kuras atomiem ir elektronu čaulas struktūra
4) 2e, 8e, 18e, 8e, 2e

3. Cieta viela ar kristālisko režģi labi vada elektrisko strāvu
3) metāls

Blīvums.Šī ir viena no svarīgākajām metālu un sakausējumu īpašībām. Pēc blīvuma metālus iedala šādās grupās:

plaušas(blīvums ne vairāk kā 5 g / cm 3) - magnijs, alumīnijs, titāns utt.:

smags- (blīvums no 5 līdz 10 g / cm 3) - dzelzs, niķelis, varš, cinks, alva uc (šī ir visplašākā grupa);

ļoti smags(blīvums virs 10 g / cm 3) - molibdēns, volframs, zelts, svins utt.

2. tabulā parādītas metālu blīvuma vērtības. (Šī un turpmākās tabulas raksturo to metālu īpašības, kas veido sakausējumu pamatu mākslinieciskai liešanai).

2. tabula. Metāla blīvums.

Kušanas temperatūra. Atkarībā no kušanas temperatūras metālu iedala šādās grupās:

kausējams(kušanas temperatūra nepārsniedz 600 o C) - cinks, alva, svins, bismuts utt .;

vidēja kušana(no 600 o C līdz 1600 o C) - tajos ietilpst gandrīz puse metālu, tostarp magnijs, alumīnijs, dzelzs, niķelis, varš, zelts;

ugunsizturīgs(vairāk nekā 1600 o C) - volframs, molibdēns, titāns, hroms utt.

Dzīvsudrabs ir šķidrums.

Māksliniecisko lējumu ražošanā metāla vai sakausējuma kušanas temperatūra nosaka kausēšanas vienības un ugunsizturīgā liešanas materiāla izvēli. Kad metālā tiek ievadītas piedevas, kušanas temperatūra, kā likums, samazinās.

3. tabula. Metālu kušanas un viršanas temperatūras.

Īpašs karstums. Tas ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai masas vienības temperatūru paaugstinātu par vienu grādu. Īpatnējā siltumietilpība samazinās, palielinoties elementa kārtas skaitlim periodiskajā tabulā. Cietā stāvoklī esošā elementa īpatnējās siltumietilpības atkarību no atomu masas aptuveni apraksta Dulonga un Petita likums:

m a c m = 6.

kur, m a- atomu masa; c m- īpatnējais siltums (J / kg * o C).

4. tabulā parādītas dažu metālu īpatnējā siltuma vērtības.

4. tabula. Metālu īpatnējais siltums.

Metālu kušanas latentais siltums. Šis raksturlielums (5. tabula) kopā ar metālu īpatnējo siltumietilpību lielā mērā nosaka nepieciešamo kausēšanas iekārtas jaudu. Dažreiz, lai izkausētu zemu kūstošu metālu, ir nepieciešams vairāk siltumenerģijas nekā ugunsizturīga. Piemēram, lai uzsildītu varu no 20 līdz 1133 o C, nepieciešams pusotru reizi mazāk siltumenerģijas nekā tāda paša daudzuma alumīnija uzsildīšanai no 20 līdz 710 o C.

5. tabula. Metāla latentais siltums

Siltuma jauda. Siltuma jauda raksturo siltumenerģijas pārnesi no vienas ķermeņa daļas uz otru vai, drīzāk, molekulāro siltuma pārnesi nepārtrauktā vidē temperatūras gradienta klātbūtnes dēļ. (6. tabula)

6. tabula. Metālu siltumvadītspējas koeficients pie 20 o С

Mākslinieciskās liešanas kvalitāte ir cieši saistīta ar metāla siltumvadītspēju. Kausēšanas procesā ir svarīgi ne tikai nodrošināt pietiekami augstu metāla temperatūru, bet arī panākt vienmērīgu temperatūras sadalījumu visā šķidruma vannas tilpumā. Jo augstāka ir siltumvadītspēja, jo vienmērīgāk tiek sadalīta temperatūra. Elektriskā loka kausēšanā, neskatoties uz vairuma metālu augsto siltumvadītspēju, temperatūras kritums vannas šķērsgriezumā sasniedz 70-80 o С, un metālam ar zemu siltumvadītspēju šis kritums var sasniegt 200 o С un vairāk.

Indukcijas kausēšana rada labvēlīgus apstākļus temperatūras izlīdzināšanai.

Termiskās izplešanās koeficients... Šī vērtība, kas raksturo 1 m gara parauga izmēru izmaiņas, uzkarsējot par 1 o C, ir svarīga emaljas darbam (7. tabula)

Metāla pamatnes un emaljas termiskās izplešanās koeficientiem jābūt pēc iespējas tuvākiem, lai pēc apdedzināšanas emalja neplaisātu. Lielākajai daļai emalju, kas pārstāv silīcija oksīdu un citu elementu cieto koeficientu, ir zems termiskās izplešanās koeficients. Kā liecina prakse, emaljas ļoti labi pielīp pie dzelzs, zelta, mazāk stingri - pie vara un sudraba. Var pieņemt, ka titāns ir ļoti piemērots materiāls emaljēšanai.

7. tabula. Metālu termiskās izplešanās koeficients.

Atstarošanās spēja. Tā ir metāla spēja atstarot noteikta garuma gaismas viļņus, ko cilvēka acs uztver kā krāsu (8. tabula). Metāla krāsas ir parādītas 9. tabulā.

8. tabula. Krāsas un viļņa garuma atbilstība.

9. tabula. Metālu krāsas.

Tīri metāli mākslā un amatniecībā praktiski netiek izmantoti. Dažādu izstrādājumu ražošanai tiek izmantoti sakausējumi, kuru krāsas īpašības būtiski atšķiras no parastā metāla krāsas.

Ilgu laiku ir uzkrāta milzīga pieredze dažādu liešanas sakausējumu izmantošanā juvelierizstrādājumu, sadzīves priekšmetu, skulptūru un daudzu citu māksliniecisko lējumu ražošanā. Tomēr saistība starp sakausējuma struktūru un tā atstarošanas spēju vēl nav atklāta.