Сплави металів

Металевими сплавами називають речовини, які складаються не менше, як з двох компонентів і одним з них обов’язково повинен бути метал. Сплави металів відіграють велику роль, так як вони мають вищі механічні і технологічні властивості, ніж їхні складові компоненти - чисті метали. Компонентами називають хімічні елементи або їх сполуки у складі сплаву. За кількістю компонентів сплави поділяють на подвійні, потрійні і т.д.

У техніці найчастіше застосовуються сплави на основі заліза (чавун, сталь) і сплави кольорових металів на основі міді (латунь, бронза), алюмінію (силумін,дюралюміній), свинцю, цинку, олова, нікелю. Деякі сплави створюють на основі вольфраму, титану, ванадію, молібдену й інших металів.

Залежно від природи компонентів, з яких складається сплав, розрізняють наступні різновидності сплавів:

· механічна суміш компонентів — ці суміші неоднорідні, вони є найдрібнішою сумішшю кристалітів компонентів;

· необмежений твердий розчин компонентів — однорідний, може утворюватися за різного співвідношення компонентів;

· обмежений твердий розчин компонентів — однорідний, може утворюватися за різного, але обмеженого співвідношення компонентів;

· хімічна сполука компонентів — однорідний, може утворюватися за чітко визначеного співвідношення компонентів.

У твердих розчинах атоми розчиненої речовини заміщують атоми розчинника у кристалічній ґратці або проникають у неї; хімічні сполуки утворюють нову відмінну кристалічну ґратку. Після кристалізації сплаву утворюється або одна фаза (твердий розчин, хімічна сполука), або сплав, який містить суміш фаз. Фазою називають однорідну частину системи, відділену від інших складових (фаз) поверхнею поділу.

В основі структури металів лежить кристалічна решітка з позитивних іонів, занурена в щільний газ рухомих електронів. Ці електрони компенсують сили електричного відштовхування між позитивними іонами і тим самим пов'язують їх у тверді тіла. Такий тип хімічного зв'язку називають металевої зв'язком. Вона зумовила найважливіші фізичні властивості металів: пластичність, електропровідність, теплопровідність, металевий блиск.

Пластичність - це здатність металів змінювати форму при ударі, прокочується в тонкі листи і витягатися в дріт. При цьому відбувається зміщення атомів і іонів кристалічної решітки, однак зв'язку між ними не розриваються, тому що відповідно переміщуються і електрони, що утворюють зв'язок. Пластичність металів зменшується в ряді Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn. Fe. Золото, наприклад, можна прокатувати бляхи товщиною до 0,003 мм, які використовують для золочення.

З інших фізичних властивостей металів найбільший практичний інтерес представляють щільність, температура плавлення і твердість. Найлегший з металів - літій (щільність 0,53 г/см3), найважчий - осмій (22,6 г/см3). Метали з щільністю менше 5 г/см 3 називаються легенями, решта - важкі. Температури плавлення металів розрізняються дуже сильно: цезій і галій можна розплавити теплом долонь, а температура плавлення вольфраму 3410 ° С. При звичайних умовах єдиний рідкий метал - ртуть. У пароподібному стані всі метали одноатомних, їх кристалічна решітка руйнується. Метали розрізняються за твердістю. Самий твердий з них - хром - ріже скло, а найм'якші - калій, рубідій і цезій - легко ріжуться ножем. Міцність, температура плавлення і твердість залежать від міцності металевої зв'язку. Вона особливо велика в важких металів.

Хімічні властивості металів визначаються слабкою зв'язком валентних електронів з ядром атома. Атоми порівняно легко віддають їх, перетворюючись при цьому в позитивно заряджені іони. Тому метали є гарними відновлювачами. У цьому їхня головна і найбільш загальне хімічна властивість.

Очевидно, як відновлювачі метали повинні вступати в реакції з різними окислювачами, серед яких можуть бути прості речовини (неметали), кислоти, солі менш активних металів і деякі інші речовини. Сполуки металів з киснем називаються оксидами, з галогенами - галогенидами, з сірою - сульфідами, з азотом - нітриду, з фосфором - фосфіду, з вуглецем - борид, з воднем - гідриди тощо. Багато хто з цих сполук знайшли важливе застосування в техніці.

Групи металів за використанням[ред. • ред. код]

Широко використовуються такі типи металів:

· чорні метали — залізо, манган, хром - використовуються як основні метали у чорній металургії, а їх сплави у всіх галузях машинобудування;

· дорогоцінні метали - золото, срібло і платина - використовуються переважно в ювелірній промисловості;

· важкі метали - мідь, цинк, олово і свинець - застосовуються в машинобудуванні, енергетиці;

· рідкісні важкі метали - нікель, кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, бісмут - використовуються в сплавах з чорними металами як легуючі елементи;

· легкі метали - алюміній, титан і магній - використовуються в авіації, космічній галузі;

· лужні метали - калій, натрій і літій - використовуються переважно у сполуках у вигляді солей та електролітів;

· лужноземельні метали - кальцій, барій і стронцій - застосовуються в хімії

хімічні властивості (стійкість проти корозії, жароміцність)

Високоактивні метали з киснем повітря енергійно взаємодіють вже за звичайної температури, утворюючи оксиди, наприклад:

· 2Ca + O₂ = 2CaO

Тому лужні і лужноземельні метали зберігають під шаром гасу, щоб запобігти їх окисненню киснем повітря. Метали середньої активності окиснюються киснем повітря лише з поверхні, покриваючись тонкою оксидною плівкою, яка запобігає дальшому окисненню металу. Наприклад:

· 2Zn + O₂ = 2ZnO

Метали, що займають місце в ряду напруг правіше від водню, водню з кислот не витісняють. Але деякі з них можуть реагувати з концентрованою сульфатною кислотою за нагрівання з утворенням солі і виділенням діоксиду сірки SO₂, наприклад:

· Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O + SO₂ ↑

Що ж стосується нітратної кислоти, то за взаємодії її з усіма металами незалежно від їх місця в ряду напруг водень з HNO₃ не виділяється, а утворюються оксиди азоту і сіль металу. Наприклад:

· 3Zn + 2HNO₃ + 6HNO₃ = 3Zn(NO₃)₂ + 2NO ↑ + 4H₂O

· Ag + 2HNO_{3 (конц.)} = AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O

18------

19. Застосування чистих металів у промисловості вкрай обмежена. Це пояснюється тим, що чисті метали не завжди економічно вигідні. Володіючи високою пластичністю, вони мають низьку міцність і твердість. Багато металівмають високу електропровідність, але з підвищенням температури електропровідність їх падає.

У разі застосування чистих металів також зчеплення створюється без усякої грунтовки за рахунок наявної зазвичай на поверхні металу окисної плівки, яка, з одногобоку, міцно зчеплена з металом, а з іншого, розчиняється в нанесеному шарі емалі.

Координати для трехкомпонеітной системи. Сучасна техніка не обмежується застосуванням чистих металів і подвійних сплавів. У більшості випадків практично застосовуванісплави є сплавами багатьох компонентів. Тому, природно, виникає необхідність вивчення потрійних і більш складних систем.

Сучасна техніка все частіше вимагає застосування чистих металів і металів в монокристаллической формі. Вони володіють характернимиі дещо кращими механічними та іншими властивостями. З монокристалічного металу вже виготовлені, наприклад, дослідні зразки лопатей турбін. У Дрездені і Фрайберг вчені постійно працюють над подальшим розвитком методів отримання металів високої чистоти тапевної структури.

Техніка в даний час не обмежується застосуванням чистих металів і подвійних сплавів. У більшості випадків практично застосовувані сплави є сплавами багатьох компонентів. Тому, природно, виникає необхідність вивченняпотрійних і більш складних систем.

В даний час в результаті легування сплавів і застосування більш чистого металу властивості магнієвих сплавів значно підвищилися. Виявилося, що різке пониження корозійної стійкості магнієвих сплавів викликає залізо інікель Магнієвий сплав, в якому заліза міститься менше 002%, володіє в промисловій атмосфері такої ж корозійною стійкістю, як і маловуглецевої сталь.

Застосування чистих металів і кислот (не забруднених As) при всіх операціях, де можливе їхзіткнення або дія водню на метал.

Іридій застосовується для зміцнення платини. У літературі наводиться мало прикладів застосування чистого металу, що пояснюється тр д-ністю його обробки. З іридію були виготовлені кілька невеликих тиглів для проведення реакцій при високих температурах, а також мундштуки для видавлювання тугоплавкого скла.

20. Теорія Бутлерова — теорія хімічної будови органічних сполук, запропонована російським вченим Олександром Бутлеровим.

До сьогодні вважається науковою основою органічної хімії. Олександр Бутлеров виходив з того, що внаслідок дослідження низки хімічних перетворень, характерних для тієї чи іншої сполуки, можна встановити її будову.

Дата добавления: 2015-05-23