Применение металлов и сплавов

Металл является одним из самых необходимых материалов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и иных видах жизнедеятельности человека. Несмотря на то, что сегодня все более популярным материалом становится пластик, трубы из него могут использоваться только в помещениях, а конструкции, проходящие под землей, можно изготавливать только из металла.

 Чаще всего в промышленности и строительстве используются не чистые металлы, а их сплавы, в основе которых лежит какой-либо элемент и разнообразные добавки, улучшающие его качества – надежность, прочность и т.д. Самыми распространенными сплавами являются сталь, чугун, а также материалы, в основе которых лежит медь и алюминий.

 Сталь является самым востребованным металлом. Подобный вывод можно сделать, проанализировав ежегодные объемы производства того или иного металла. В большинстве случаев, сталь представляет собой сплав железа с углеродом, количество которого достигает двух процентов. Сплавы стали подразделяются на несколько видов: малоуглеродистые, уровень углерода в которых не превышает 0,25%, высокоуглеродистые с содержанием углерода свыше 0,55% и легированные, дополненные никелем, хромом, ванадием. Для того чтобы значение стали в жизни человека стало для вас более явным, попробуйте вспомнить все металлические предметы, которые вы использовали за день, - ножи, бритву и т.д. все они изготовлены из стали.

Простые вещества — металлы и неметаллы

Среди простых веществ различают металлы и неметаллы. Вам известны многие металлы: железо, медь, алюминий, свинец, золото, серебро и другие. Знаете вы и некоторые неметаллы: серу, уголь, азот, кислород, водород, фосфор, кремний и другие.

Вы всегда сумеете отличить металл от неметалла по общим свойствам. Так, металлы при обычных условиях находятся в твердом состоянии, кроме металла ртути. Она жидкая. Металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, поэтому из них делают провода. Они пластичны. Стержень из чистого металла можно согнуть, расплющить в пластинку, свернуть трубочкой. Металлы в чистом виде блестят.

Среди неметаллов есть вещества твердые (сера, уголь, фосфор, кремний), жидкие (бром) и газообразные (кислород, водород, азот). Твердые неметаллы хрупкие, не пластичные. Вы знаете, что кусок чистого угля, например, не согнешь, он раскрошится. Неметаллы плохо нагреваются, не проводят электрический ток. Только уголь обладает электрической проводимостью. Некоторые металлы добывают как простые вещества – золото, платину, реже ртуть, олово. Из неметаллов как полезное ископаемое находят самородную серу, уголь. Газы – кислород, азот – есть в составе атмосферного воздуха. Водород как простое вещество встречается в небольших количествах в верхних слоях атмосферы и как примесь в природных горючих газах.

Металлы образованы атомами химических элементов металлов. Тела, состоящие из металлов, обладают многими сходными свойствами. Медь, цинк, железо, алюминий и другие металлы имеют блеск, пластичность, быстро нагреваются, проводят электрический ток.

Неметаллы образованы атомами неметаллов. Кислород, сера, уголь, фосфор и другие неметаллы отличаются от металлов по всем свойствам.

Развитие в науке представлений о простом и сложном веществе. Химические элементы. Символы химических элементов.

Вам уже знакомо имя английского исследователя Р. Бойля. Именно он предложил опыты по определению состава веществ. Рассмотрим суть таких опытов.

Чтобы установить состав вещества (проанализировать вещество) часто используют реакцию разложения, в результате которой из одного исходного вещества получается несколько продуктов реакции.

ОПЫТ 1. Разложение сахара при нагревании.

Поместим в пробирку несколько крупинок сахара и нагреем ее в пламени спиртовки. В результате прокаливания на стенках пробирки появляются капельки прозрачной жидкости, а на месте крупинок сахара образуется вещество черного цвета (Рис. 1). Если продолжать нагревание и дальше, то с черным веществом ничего не происходит. Это вещество – сажа (уголь). Его нельзя разложить ни при каких условиях.

Прозрачная жидкость на стенках пробирки - это вода. Воду можно разложить на два вещества с помощью электрического тока.

Рис. 1. Разложение сахара при нагревании

Разделение смесей веществ

Разделение смеси сахара и древесных опилок 

Разделение любой смеси веществ основано на знании различия свойств составляющих ее компонентов. Таким образом, чтобы разделить предложенную смесь на составляющие компоненты, нужно знать, чем они отличаются друг от друга.

ОПЫТ 1. Разделение смеси сахара и древесных опилок. Как вы знаете, сахар хорошо растворяется в воде, а древесные опилки – нет. Кроме того, древесные опилки не тонут в воде, поэтому  для разделения данной смеси можно использовать метод отстаивание.

Для начала смесь нужно поместить в воду (сахар растворится), а затем аккуратно извлечь древесные опилки с поверхности воды. Для того чтобы выделить в чистом виде растворенный в воде сахар, нужно упарить раствор, оставив немного воды, а затем охладить его – в результате в осадок выпадут кристаллы сахара (здесь используются методы выпаривания и кристаллизации).

Растворы и растворимость

Благодаря неравномерному распределению электрического заряда в молекулах, т.е. наличию у них отрицательных и положительных "полюсов" (если говорить более строго - дипольного момента), даже нейтральные в целом молекулы притягиваются друг к другу. Сила этого притяжения зависит от степени локализации заряда и определяет способность жидкостей растворять различные вещества. Как правило, полярные молекулы достаточно сильно притягиваются друг к другу; именно поэтому спирт и вода легко смешиваются. Взаимное притяжение неполярных молекул гораздо слабее. Примерами неполярных соединений служат тетрахлорид углерода CCl4 и углеводороды, например бензол.
Растворимость. Растворение начинается с того, что молекулы растворителя "прокладывают себе путь" между молекулами растворяемого вещества. Это может происходить только в том случае, если силы притяжения между молекулами растворителя, с одной стороны, и растворителя и растворяемого вещества - с другой, примерно одинаковы. Отсюда следует правило растворимости: подобное растворяется в подобном (имеется в виду "подобное" по полярности). Вода и бензин не смешиваются, поскольку полярные молекулы воды сильно притягиваются друг к другу и молекулы углеводорода не могут проникнуть между ними. В то же время бензин легко смешивается с тетрахлоридом углерода, причем и тот, и другой служат хорошими растворителями для многих нерастворимых в воде неполярных веществ, таких, как жиры или парафины. Вода, в свою очередь, растворяет большинство ионных веществ, например поваренную соль или питьевую соду (гидрокарбонат натрия NaHCO3), а также полярные неионные соединения, такие, как спирт, сахар (молекула которого содержит множество ОН-групп), крахмал и витамин С. Ни одно из этих веществ не растворяется ни в бензине, ни в других углеводородах. При растворении ионных соединений в воде или других полярных растворителях ионы "вытягиваются" из кристаллической решетки силами притяжения молекул растворителя:

Расчет массовой доли вещества

Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора:

 

                           m(вещества)

w (вещества) = ——————

                           m(раствора)

 

Массовую долю можно выражать и в процентах:

 

                            m(вещества)

w (вещества) = —————— · 100%.

                             m(раствора)

 

Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, поэтому массу раствора определяют по формуле:

 

m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя).

Расчёты по термохимическим уравнениям (ТХУ)

Расчеты по уравнениям химических реакций

Реакция нейтрализации

Реакция обмена между оксидом меди (II) и серной кислотой (Практическая работа)