Общие свойства металлов. Сплавы

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Общие свойства металлов. Сплавы

Содержание

2. характерные признаки: металлы тяжелее воды
3. Ga Cs Hg Большинство - твердые вещества при комнатной температуре, но есть и жидкие:
4. Большинство имеют металлический блеск, серые или белые Cs кристаллы Cu самородок Au самородок
5. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ 1. Черные и цветные 2. Тяжелые (ƍ≥5 г\см3) и легкие (ƍ≤5г\см3) 3. Драгоценные 4.
6. Черные Получено электро-лизом, чистота 99,97% Fe
7. Цветные Ag Bi Rb Sn Ti
8. Тяжелые Fe Hg Pb Bi
9. Тяжелые Co Sb Ni 99,99% Медленный электролиз
10. Легкие Li, K, Na, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sn Al Ca
11. ДРАГОЦЕННЫЕ Ag Au
12. Платиновые металлы Os Rh Pt
13. Редкоземельные La
14. Eu Y Sc
15. Металлы: s-, d-, f- элементы, а также небольшое количество p- элементов – Al, Ga, In, Tl,
16. Li 2s1 Al 3s23p1 Fe 4s23d6 Pb 6s26p2 Число ē мало, число АО с низкой энергией
17. В кристаллах металлов АО перекрывают-ся Единая 3-мерная АО, в пределах которой движутся вален-тные ē
19. КЧ = 8÷12 Металлическая связь ненаправленная, поэтому большие значения координационных чисел объемно-центрирован-ная кубические: гране-центрирован-ная гексагональная плотная
20. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Общие: 1. Малая электроотрицательность (ЭО). 2. Ме в реакциях образуют только катионы: Me0 ─
21. Металлы p- и d-элементы: Низшая СО +1, +2 Основные оксиды и гидроксиды Промежуточ-ная СО +3, +4
22. ОВР с неметаллами
23. Отношение металлов к воде и водным растворам окислителей В водных растворах восстановительная активность металлов характеризуется значением
24. взаимодействие с водой - это ОВР, где окислитель Н+ φ(2Н+/Н2) = - 0,059•рН = 0,059•7 =
25. Ме0 + ОН– → МеО2– + Н2 Ме0 + Н2О + ОН– → [Ме(ОН)4]– + Н2
26. Наиболее типичная реакция: Ме0 + 2Н+ → Ме2+ + Н2 окислитель – Н+ Взаимодействие с кислотами
27. Оксидные: Fe2O3 - гематит, Fe2O3•H2O – гетит, Al2O3 – боксит, TiO2 – рутил, SnO2 – касситерит;
28. гематит Fe2O3 боксит Al2O3 касситерит SnO2
29. пирит FeS2 халькопирит Cu2S•FeS2
30. Общие методы получения: Вытеснение металла более активным металлом. Восстановление металлов неметаллами - газообразными СО и Н2
31. 3V2O5 (к) + 10Al(к) →5Al2O3(к) + 6V(к) TiCl4 (к) + 4Na (к) → Ti (к) +
32. Восстановление неметаллами - пирометаллургия -только при высоких температурах MgO + C = CO + Mg Sb2O4
33. электролиз водных растворов или расплавов: NaCl → Na+ + Cl─ катод─: анод+: Na+ + ē =
34. макрогомогенная система, обладающая металлическими свойствами и состоящая из двух или более химических элементов. Сплав - Компоненты:
35. однородное (гомогенное) кристал-лическое вещество переменного состава, в кристаллическую решетку которого входят атомы или ионы нескольких компонентов.
36. типы твердых растворов растворы замещения растворы внедрения упорядоченные растворы Cu - Ni Fe - C Fe
37. Очень сильное взаимодействие между атомами металлов Интерметаллические соединения (интерметаллиды)- Соединения металлов между собой и с неметаллами
38. Манганин – сплав 11% Mn, 2,5-3,5% Ni и 86% Cu; Примеры сплавов: Чугун – сплав Fe
40. сплав Fe с С (3,5-5,5%) и Mn (5-20%); На изломе – зеркальный блеск используется в произ-водстве
41. Обычная углеродистая нержавеющая Кровля, до 25 лет
42. литье Сталь 35Г Повышенная твердость и износостойкость щеки дробилок башня танка
43. высокое электрическое сопротивление, самые «тихие» сплавы: 70% Mn и 30% Cu демпфирование - поглощение энергии механических
44. Бронза: оловянная – Cu-Sn алюминиевая – Cu-Al бериллиевая – Cu-Be и т.п. Самая древняя !
45. Нейзильбер: Cu(50- 60%) –Ni(20-25%) –Zn(18-22%) Фехраль: Al-Cr (15-30%)-Fe (70% и более)
46. двухфазная система, в которой фазы различаются степенью порядка в атомной структуре (расположение атомов). Суперсплав - Система
47. Поверхность супер-сплава под микроскопом: упорядоченная γ ′-фаза хаотичная γ - фаза Прочность никелевых суперсплавов обусловлена трудностью
48. скалывающая сила дислокация stop Нарушение порядка требует дополнительной энергии!!! Неупорядоченный кристалл Упорядоченный кристалл
49. Сверхпластичность зерна Чем мельче зерно, тем выше скорость деформации. Причина - деформация металлических связей в контактах
50. Чем больше S поверхности частиц (наноразмеры), тем больше поверхностная G Сплав не устойчив! При ↑ Т
51. аморфные металлы Сверхбыстрое охлаждение Только ближний порядок в структуре
52. 1976г. - лента аморфного магнитного сплава Ni-Fe-P-B 1960г. -первый аморфный сплав Au75Si25 свойства: нет кристаллической решетки
53. тарелки с нагревательным контуром из тонких металлических лент: подогрев пищи прямо в тарелке. Металл для нагреватель-ного
55. Скачать презентацию

Слайд 2

характерные признаки:
металлы тяжелее воды

Слайд 3

Ga
Cs
Hg
Большинство - твердые вещества при комнатной температуре, но есть и жидкие:

Слайд 4

Большинство имеют металлический блеск, серые или белые
Cs кристаллы
Cu самородок
Au самородок

Слайд 5

$КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ 1. Черные и цветные 2. Тяжелые (ƍ≥5 г\см3) и$

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
1. Черные и цветные
2. Тяжелые (ƍ≥5 г\см3) и легкие (ƍ≤5г\см3)

3. Драгоценные

4. Платиновые

5. Редкоземельные

Благородные
металлы

Y, Sc, La и лантаноиды

Слайд 6

Черные
Получено электро-лизом, чистота 99,97%
Fe

Слайд 7

Цветные
Ag
Bi
Rb
Sn
Ti

Слайд 8

Тяжелые
Fe
Hg
Pb
Bi

Слайд 9

Тяжелые
Co
Sb
Ni
99,99%
Медленный электролиз

Слайд 10

Легкие
Li, K, Na, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba,

Al, Sn

«осч»

Слайд 11

ДРАГОЦЕННЫЕ
Ag
Au

Слайд 12

Платиновые металлы
Os
Rh
Pt

Слайд 13

Редкоземельные
La

Слайд 14

Eu
Y
Sc

Слайд 15

Металлы: s-, d-, f- элементы, а также небольшое количество p- элементов

– Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi.

Металлическая связь

ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Слайд 16

Li 2s1
Al 3s23p1
Fe 4s23d6
Pb 6s26p2
Число ē мало, число АО с

низкой энергией
велико

Слайд 17

В кристаллах металлов АО перекрывают-ся
Единая 3-мерная АО, в пределах которой

движутся вален-тные ē

Слайд 18

Слайд 19

КЧ = 8÷12
Металлическая связь ненаправленная, поэтому большие значения координационных чисел
объемно-центрирован-ная
кубические:
гране-центрирован-ная
гексагональная

плотная упаковка

КЧ=8

КЧ=12

Слайд 20

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Общие:
1. Малая электроотрицательность (ЭО).
2. Ме в реакциях образуют только катионы:
Me0

─ nē → Men+

Металлы – s-элементы:

СО = +1 и +2

Образуют основные оксиды и гидроксиды

Li2O, LiOH, K2O, KOH, CaO, Ca(OH)2, SrO, Sr(OH)2

Слайд 21

Металлы p- и d-элементы:
Низшая СО +1, +2
Основные оксиды и гидроксиды
Промежуточ-ная

СО +3, +4

Высшая СО +4, +5, +6, +7, +8

Амфотер-ные

Кислотные оксиды и гидроксиды

PbO, Pb(OH)2, CuO, Cu(OH)2, CrO, Cr(OH)2, MnO, Mn(OH)2

Al2O3, Al(OH)3, Cr2O3, Cr(OH)3, Mn2O3, Mn(OH)3, MnO2, Mn(OH)4

OsO4, Mn2O7, HMnO4, H2MnO4, MnO3, Mn2O5, HMnO3, CrO3, H2CrO4

Слайд 22

ОВР с неметаллами

Слайд 23

Отношение металлов к воде и водным растворам окислителей
В водных растворах восстановительная

активность металлов характеризуется значением стандартного окислительно-восстановительного потенциала φ0

Me0 → Me+n + nē

Вос-ль

Ок-ль

Чем меньше φ0, тем сильнее восстановительные свойства Ме0 и слабее окислительные

φ0 (Mg) = ─2,36B, φ0 (Pt) = 1,19В

Mg легче окисляется, чем Pt

Слайд 24

взаимодействие с водой -
это ОВР, где окислитель Н+
φ(2Н+/Н2) = - 0,059•рН

= 0,059•7 = -0,413В

2Н2О + 2ē = 2ОН─ + Н2

─0,413<0

Легче идет реакция 2ОН─ +Н2 ─ 2ē = 2Н2О

Слайд 25

Ме0 + ОН– → МеО2– + Н2
Ме0 + Н2О + ОН–

→ [Ме(ОН)4]– + Н2

Взаимодействие со щелочами:

Реагируют только металлы, образующие амфотерные оксиды:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Sn + 2NaOH = Na2SnO2 + H2

Ок-ль Н+: 2Н2О + 2ē = 2ОН─ + Н2

При рН=14 φ(2Н2О/Н2) = -0,059•14 = -0,83 В

φ0(Be) = -1,85B, φ0(Al) = -1,62B, φ0(Sn) = -0,14B

сплавление

Слайд 26

Наиболее типичная реакция:
Ме0 + 2Н+ → Ме2+ + Н2 окислитель –

Н+

Взаимодействие с кислотами

зависит от активности металла (φ0) и окислительных свойств кислоты

Me + H2SO4(к), Me + HNO3

Окислители – S+6, N+5

Слайд 27

Оксидные: Fe2O3 - гематит, Fe2O3•H2O – гетит, Al2O3 – боксит, TiO2

– рутил, SnO2 – касситерит;

Карбонатные: CaCO3 - мрамор, мел, известняк; MgCO3 - магнезит, CuCO3•Cu(OH)2 – малахит;

Сульфидные: FeS2 – железный колчедан (пирит), Cu2S•FeS2 – медный колчедан (халькопирит), PbS – свинцовый блеск, ZnS – цинковая обманка

Силикатные и алюмосиликатные: полевой шпат K2O•Al2O3•6SiO2, каолинит Al2O3•2SiO2•2H2O, берилл 3BeO•Al2O3•6SiO2;

Галидные: NaCl - каменная или поваренная соль, KCl - сильвин, KCl•MgCl2•6H2O – карналлит.

Руды – природные соединения металлов

Слайд 28

гематит Fe2O3
боксит Al2O3
касситерит SnO2

Слайд 29

пирит FeS2
халькопирит
Cu2S•FeS2

Слайд 30

Общие методы получения:
Вытеснение металла более активным металлом.
Восстановление металлов неметаллами

- газообразными СО и Н2 или твердым углеродом С.

Электрометаллургия - электролиз либо водных растворов либо расплавов.

Слайд 31

3V2O5 (к) + 10Al(к) →5Al2O3(к) + 6V(к)
TiCl4 (к) + 4Na (к)

→ Ti (к) + 4NaCl (к)

Вытеснение металлами:

гидрометаллургия

металлотермия

водный р-р
2[Au(CN)2]– + Zn → [Zn(CN)4]2– + 2Au

при нагревании

700-900оС

Слайд 32

Восстановление неметаллами -
пирометаллургия -только при высоких температурах
MgO + C = CO

+ Mg
Sb2O4 + 4C = 2Sb + 4CO
SnO2 + 2C = Sn + 2CO
PbO + CO = Pb + CO2
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O

2000oC

280-700oC

950oC

Слайд 33

электролиз водных растворов или расплавов:
NaCl → Na+ + Cl─
катод─:

анод+:
Na+ + ē = Na 2Cl─ - 2ē = Cl2
ZnSO4 → Zn 2+ + SO4 2─
катод─: анод+:
Zn+2 + 2ē =Zn
2H2O - 4ē = 4H+ + 2O2

расплав

раствор

Слайд 34

макрогомогенная система, обладающая металлическими свойствами и состоящая из двух или более

химических элементов.

Сплав -

Компоненты:

Не взаимодействуют

Взаимодействуют

расслоение

Al и Pd
Al и Cd
Zn и Pb

слабо

С
И
Л
Ь
Н
О

Гетерогенная система- смесь компонентов

Гомогенная система- твердый р-р

Слайд 35

однородное (гомогенное) кристал-лическое вещество переменного состава, в кристаллическую решетку которого входят

атомы или ионы нескольких компонентов.

Твердые растворы

Непрерывные:

с постепенно меняющейся концентрацией компонентов от 0 до 100%

существует предел растворимости одного металла в другом.

Ограниченные:

Слайд 36

типы твердых растворов
растворы замещения
растворы внедрения
упорядоченные
растворы
Cu - Ni
Fe - C
Fe -

Cu – Au
Fe – Si, Ni - Mn

Fe - Cr
Fe – Al

Слайд 37

Очень сильное взаимодействие между атомами металлов
Интерметаллические соединения (интерметаллиды)-
Соединения металлов между собой

и с неметаллами (Н, В, С, N и др.); связь металлическая.

ScMn2, Sc3Fe, ScFe3, TiCr3, CrMn3, Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, Mg3P2, Mg3As2, Ag3Sn

Слайд 38

Манганин – сплав 11% Mn, 2,5-3,5% Ni и 86% Cu;
Примеры

сплавов:

Чугун – сплав Fe с С, содержание С > 2% масс.;

Зеркальный чугун

Сталь – сплав Fe с С, содержание С менее 2% масс.;

Марганцовистая сталь – сталь, содержащая марганец не менее 1%;

Нейзильбер, фехраль.

Бронза – сплавы на основе Cu (Sn, Al, Be, As, Pb, Cr);

Слайд 39

Слайд 40

сплав Fe с С (3,5-5,5%) и Mn (5-20%);
На изломе – зеркальный

блеск

используется в произ-водстве стали для раскисления и наугле-роживания:

Mn + S = MnS
2Mn + O2 = 2MnO

Слайд 41

Обычная углеродистая
нержавеющая
Кровля, до 25 лет

Слайд 42

литье
Сталь 35Г
Повышенная твердость и износостойкость
щеки дробилок
башня танка

Слайд 43

высокое электрическое сопротивление,
самые «тихие» сплавы: 70% Mn и 30% Cu
демпфирование

- поглощение энергии механических колебаний - при ударе по сплаву звук не звучит громко.

Слайд 44

Бронза:
оловянная – Cu-Sn
алюминиевая – Cu-Al
бериллиевая – Cu-Be
и т.п.
Самая древняя

Слайд 45

Нейзильбер: Cu(50-
60%) –Ni(20-25%) –Zn(18-22%)
Фехраль: Al-Cr (15-30%)-Fe
(70% и

более)

Слайд 46

двухфазная система, в которой фазы различаются степенью порядка в атомной

структуре (расположение атомов).

Суперсплав -

Система Ni – Al, решетка кубическая

γ ′ - фаза

γ - фаза

Ni3Al

Определен-ный порядок расположе-ния

хаотичное расположение

Слайд 47

Поверхность супер-сплава под микроскопом:
упорядоченная γ ′-фаза
хаотичная γ - фаза
Прочность никелевых суперсплавов

обусловлена трудностью перемещения одиночной дислокации через упорядоченные кубики γ́ -фазы.

В неупорядоченной γ-фазе дислокация перемещается относительно легко.

увеличение 140

Слайд 48

скалывающая сила
дислокация
stop
Нарушение порядка требует дополнительной энергии!!!
Неупорядоченный кристалл
Упорядоченный кристалл

Слайд 49

Сверхпластичность
зерна < 5 мкм, под нагрузкой скользят (текут) друг по другу

без разрушения: относительное растя-жение Δl/l0=10, то есть длина образца увели-чивается на 1000% от первоначальной.

Чем мельче зерно, тем выше скорость деформации. Причина - деформация металлических связей в контактах зерен, то есть большое количество поверхностных дефектов.

сплав Al-Mg-Li после испытаний на сверхпластичность

1900%

Сверхбыстрое охлаждение

Слайд 50

Чем больше S поверхности частиц (наноразмеры), тем больше поверхностная G
Сплав

не устойчив! При ↑ Т зерна укрупняются!

Сверхпластическое формование детали

нагрев

быстрое охлаждение

твердая прочная деталь

конец 1990-х, американская компания Superform: в режиме сверхпластической формовки из листа обычного алюминиевого сплава можно изготовить кузов «Феррари» за одну операцию втечение 16 часов.

Слайд 51

аморфные металлы
Сверхбыстрое охлаждение
Только ближний порядок в структуре

Слайд 52

1976г. - лента аморфного магнитного сплава Ni-Fe-P-B
1960г. -первый аморфный сплав

Au75Si25

свойства:

нет кристаллической решетки

нет дефектов

нет напряжений

Высокая прочность

нет кристаллитов (зерен)

нет границ между ними

высокая химическая однородность

Высокая коррозионная стойкость

НО! Материал пока получается довольно дорогой!

Слайд 53

тарелки с нагревательным контуром из тонких металлических лент: подогрев пищи прямо

в тарелке. Металл для нагреватель-ного элемента - Au и аморфный металл.

Корейский ресурс Korea IT News пустил слух о применении аморфоного метала фирмы Liquidmetal в новых iPhone 6го поколения. Впервые аморфный металл применялся в иголках для слота SIM в ограниченных партиях iPhone 3GS и iPad. Новый iPhone будет представлен в июне на WWDC 2012.

Общие свойства металлов. Сплавы

Содержание

характерные признаки:металлы тяжелее воды

GaCsHgБольшинство - твердые вещества при комнатной температуре, но есть и жидкие:

Большинство имеют металлический блеск, серые или белыеCs кристаллыCu самородокAu самородок

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ1. Черные и цветные2. Тяжелые (ƍ≥5 г\см3) и легкие (ƍ≤5г\см3)

ЧерныеПолучено электро-лизом, чистота 99,97%Fe

ЦветныеAgBiRbSnTi

ТяжелыеFeHgPbBi

ТяжелыеCoSbNi99,99%Медленный электролиз

ЛегкиеLi, K, Na, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba,

ДРАГОЦЕННЫЕAgAu

Платиновые металлыOsRhPt

РедкоземельныеLa

EuYSc

Металлы: s-, d-, f- элементы, а также небольшое количество p- элементов

Li 2s1Al 3s23p1Fe 4s23d6Pb 6s26p2 Число ē мало, число АО с

В кристаллах металлов АО перекрывают-ся Единая 3-мерная АО, в пределах которой

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАОбщие:1. Малая электроотрицательность (ЭО).2. Ме в реакциях образуют только катионы:Me0

Металлы p- и d-элементы:Низшая СО +1, +2 Основные оксиды и гидроксидыПромежуточ-ная

ОВР с неметаллами

Отношение металлов к воде и водным растворам окислителейВ водных растворах восстановительная

взаимодействие с водой -это ОВР, где окислитель Н+φ(2Н+/Н2) = - 0,059•рН

Ме0 + ОН– → МеО2– + Н2Ме0 + Н2О + ОН–

Наиболее типичная реакция:Ме0 + 2Н+ → Ме2+ + Н2 окислитель –

Оксидные: Fe2O3 - гематит, Fe2O3•H2O – гетит, Al2O3 – боксит, TiO2

гематит Fe2O3боксит Al2O3касситерит SnO2

пирит FeS2 халькопирит Cu2S•FeS2

Общие методы получения: Вытеснение металла более активным металлом. Восстановление металлов неметаллами

3V2O5 (к) + 10Al(к) →5Al2O3(к) + 6V(к)TiCl4 (к) + 4Na (к)

Восстановление неметаллами -пирометаллургия -только при высоких температурахMgO + C = CO

электролиз водных растворов или расплавов: NaCl → Na+ + Cl─ катод─: