خواص فیزیکی فلزات خواص فیزیکی فلزات - هایپر مارکت دانش خواص فیزیکی فلزات گروه IVB

تمام فلزات و آلیاژهای فلزیخواص خاصی دارند خواص فلزات و آلیاژهابه چهار گروه فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و تکنولوژیکی تقسیم می شود.

مشخصات فیزیکی. به خواص فیزیکی فلزات و آلیاژهاعبارتند از: چگالی، نقطه ذوب، هدایت حرارتی، انبساط حرارتی، گرمای ویژه، هدایت الکتریکی و قابلیت مغناطیسی. خواص فیزیکی برخی از فلزات در جدول آورده شده است:

خواص فیزیکی فلزات

نام

خاص

وزن، گرم 1 سانتی متر 3

نقطه ذوب، درجه سانتیگراد

ضریب انبساط خطی، α 10 -6

ظرفیت حرارتی ویژه C، cal/g-deg

هدایت حرارتی λ،

Cal/cm sec-deg

مقاومت الکتریکی در 20 درجه، اهم میلی متر / متر

آلومینیوم

تنگستن

منگنز

مولیبدن

تراکم.مقدار ماده موجود در واحد حجم نامیده می شود تراکمچگالی فلز بسته به روش تولید آن و ماهیت فرآوری می تواند متفاوت باشد.

درجه حرارتذوب شدن. دمایی که در آن یک فلز به طور کامل از جامد به مایع تبدیل می شود نامیده می شود نقطه ذوب. هر فلز یا آلیاژ نقطه ذوب خاص خود را دارد. دانستن نقطه ذوب فلزات به انجام صحیح فرآیندهای حرارتی در طی عملیات حرارتی فلزات کمک می کند.

رسانایی گرمایی.توانایی اجسام برای انتقال گرما از ذرات گرم‌تر به ذرات گرم‌تر، هدایت حرارتی نامیده می‌شود. . رسانایی حرارتی یک فلز با مقدار حرارتی که از یک میله فلزی با سطح مقطع 1 سانتی متر مربع عبور می کند تعیین می شود. , طول 1 سانتی متر در عرض 1 ثانیه در اختلاف دمای 1 درجه سانتی گراد

حرارتیافزونه.حرارت دادن فلز تا دمای معین باعث انبساط آن می شود.

تعیین میزان ازدیاد طول یک فلز هنگام گرم شدن آسان است که آیا ضریب انبساط خطی فلز α مشخص است یا خیر. ضریب انبساط حجمی فلز ß برابر با 3α است.

خاصظرفیت گرمایی. مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش دما 1 جیماده در هر 1 درجه سانتیگراد ظرفیت گرمایی ویژه نامیده می شود. فلزات در مقایسه با سایر مواد ظرفیت گرمایی کمتری دارند، بنابراین بدون حرارت زیاد گرم می شوند.

رسانایی الکتریکی.توانایی فلزات برای هدایت جریان الکتریکی نامیده می شود رسانایی الکتریکی. مقدار اصلی که خواص الکتریکی یک فلز را مشخص می کند، مقاومت الکتریکی ρ است، یعنی مقاومتی که یک سیم از یک فلز معین به طول 1 متر در برابر جریان دارد. و بخش 1 میلی متر 2.بر حسب اهم تعریف شده است. متقابل مقاومت الکتریکی نامیده می شود الکهدایت

بیشتر فلزات مانند نقره، مس و آلومینیوم دارای رسانایی بالایی هستند. با افزایش دما، هدایت الکتریکی کاهش می یابد و با کاهش دما افزایش می یابد.

خواص مغناطیسیخواص مغناطیسی فلزات با مقادیر زیر مشخص می شود: القای پسماند، نیروی اجباری و نفوذپذیری مغناطیسی.

القای باقیمانده (که درr) القای مغناطیسی است که پس از مغناطیسی شدن نمونه و حذف میدان مغناطیسی در آن باقی می ماند. القای باقیمانده با گاوس اندازه گیری می شود.

نیروی اجباری (NS)شدت میدان مغناطیسی است که باید به نمونه اعمال شود تا القای باقیمانده به صفر کاهش یابد، یعنی نمونه را مغناطیسی زدایی کنیم. نیروی اجباری در اورستد اندازه گیری می شود.

نفوذپذیری مغناطیسی μ توانایی یک فلز برای مغناطیسی شدن تحت تعیین فرمول را مشخص می کند

آهن، نیکل، کبالت و گادولینیوم به یک میدان مغناطیسی خارجی بسیار قوی تر از سایر فلزات جذب می شوند و به طور دائم توانایی مغناطیسی شدن را حفظ می کنند. این فلزات را فرومغناطیس (از کلمه لاتین ferrum - آهن) و خواص مغناطیسی آنها را فرومغناطیس می نامند. هنگامی که تا دمای 768 درجه سانتیگراد (دمای کوری) گرم می شود، فرومغناطیس از بین می رود و فلز غیر مغناطیسی می شود.

خواص شیمیایی.خواص شیمیایی فلزات و آلیاژهای فلزیخواصی را نام ببرید که رابطه آنها را با اثرات شیمیایی محیط های فعال مختلف تعیین می کند. هر فلز یا آلیاژ فلزی توانایی خاصی برای مقاومت در برابر اثرات این محیط ها دارد.

اثرات شیمیایی محیط به اشکال مختلف خود را نشان می دهد: آهن زنگ می زند، برنز با لایه ای سبز رنگ از اکسید پوشیده می شود، فولاد، وقتی در کوره های سخت کننده بدون اتمسفر محافظ گرم می شود، اکسید می شود، تبدیل به رسوب می شود و در اسید سولفوریک حل می شود و غیره. بنابراین، برای استفاده عملی از فلزات و آلیاژها، شناخت خواص شیمیایی آنها ضروری است. این خواص با تغییر وزن نمونه های آزمایشی در واحد زمان در واحد سطح تعیین می شود. به عنوان مثال، مقاومت فولاد در برابر تشکیل رسوب (مقاومت حرارتی) با افزایش وزن نمونه ها به میزان 1 در 1 ساعت تعیین می شود. dmمساحت سطح بر حسب گرم (به دلیل تشکیل اکسیدها افزایش می یابد).

ویژگی های مکانیکی.خواص مکانیکی عملکرد را تعیین می کند آلیاژهای فلزیهنگامی که در معرض نیروهای خارجی قرار می گیرند. اینها عبارتند از استحکام، سختی، کشش، شکل پذیری، مقاومت ضربه و غیره.

برای تعیین خواص مکانیکی آلیاژهای فلزیآنها تحت آزمایش های مختلفی قرار می گیرند.

آزمایشکششی(زنگ تفريح). این روش اصلی آزمون مورد استفاده برای تعیین حد تناسبی σ pts، قدرت تسلیم است σ س, استحکام کششی σ ب ازدیاد طول نسبی σ و انقباض نسبی ψ.

برای آزمایش کشش، نمونه های خاصی ساخته می شود - استوانه ای و مسطح. بسته به نوع دستگاه تست کشش مورد استفاده برای آزمایش فلز، آنها می توانند اندازه های مختلفی داشته باشند.

دستگاه تست کشش به شرح زیر عمل می کند: نمونه آزمایش در گیره های سر محکم می شود و به تدریج با افزایش نیرو کشیده می شود. آرتا زمان استراحت

در ابتدای آزمایش، تحت بارهای کوچک، نمونه به صورت الاستیک تغییر شکل می‌دهد، ازدیاد طول آن متناسب با افزایش بار است. وابستگی طول یک نمونه به بار اعمال شده نامیده می شود قانون تناسب

بیشترین باری که یک نمونه می تواند بدون انحراف از قانون تناسب تحمل کند، نامیده می شود قبل ازمیله تناسبی:

σ pc = Рр/فو

افO میلی متر 2.

با افزایش بار، منحنی به سمت منحرف می شود، یعنی قانون تناسب نقض می شود. به نقطه آر آرتغییر شکل نمونه الاستیک بود. اگر پس از تخلیه نمونه کاملاً از بین برود، تغییر شکل الاستیک نامیده می شود. در عمل، حد الاستیک برای فولاد برابر با حد تناسب در نظر گرفته می شود.

با افزایش بیشتر بار (بالای نقطه ر ه)منحنی شروع به انحراف قابل توجهی می کند. کمترین باری که در آن نمونه بدون افزایش محسوس بار تغییر شکل می‌دهد نامیده می‌شود قدرت تسلیم:

σ س=Ps/Fo

جایی که ، کیلوگرم

F o - سطح مقطع اولیه نمونه، میلی متر 2.پس از نقطه تسلیم، بار به یک نقطه افزایش می یابد R eجایی که به حداکثر می رسد. با تقسیم حداکثر بار بر سطح مقطع نمونه، استحکام کششی:

σb=Pb/Fo,

F o - سطح مقطع اولیه نمونه، میلی متر 2.در نقطه R kنمونه می شکند با تغییر در نمونه پس از گسیختگی، انعطاف پذیری فلز مورد قضاوت قرار می گیرد که با کشیدگی نسبی δ و باریک شدن ψ مشخص می شود.

ازدیاد طول نسبی به عنوان نسبت افزایش طول نمونه پس از گسیختگی به طول اولیه آن، که به صورت درصد بیان می شود درک می شود:

δ= ل 1 - ل 0 / ل 0 · 100%

جایی که ل 1 - طول نمونه پس از پارگی، میلی متر

ل 0 - طول نمونه اولیه، میلی متر

انقباض نسبی نسبت کاهش سطح مقطع نمونه پس از پارگی به سطح مقطع اولیه آن است.

φ= F o- اف 1 / اف 0 · 100%,

جایی که F o - سطح مقطع اولیه نمونه، میلی متر 2;

اف 1 - سطح مقطع نمونه در محل پارگی (گردن)، میلی متر 2.

تست خزش.خزش یک خاصیت است آلیاژهای فلزیبه آرامی و به طور مداوم تحت بار ثابت و دمای بالا تغییر شکل پلاستیکی می دهند. هدف اصلی آزمایش خزش تعیین حد خزش است - مقدار تنش که برای مدت طولانی در یک دمای خاص عمل می کند.

برای قطعاتی که برای مدت طولانی در دماهای بالا کار می کنند، فقط نرخ خزش در طول یک فرآیند ثابت در نظر گرفته می شود و شرایط مرزی تعیین می شود، به عنوان مثال، 1°/o در هر 1000 ساعت. یا 1 درجه در هر 10000 ساعت.

آزمایشبرای قدرت ضربهتوانایی فلزات برای مقاومت در برابر بارهای ضربه ای نامیده می شود قدرت ضربه. فولادهای سازه ای عمدتاً تحت آزمایش مقاومت ضربه ای قرار می گیرند، زیرا باید نه تنها استحکام استاتیکی بالا، بلکه چقرمگی ضربه بالایی نیز داشته باشند.

برای آزمایش، یک نمونه از شکل و اندازه استاندارد بگیرید. نمونه از وسط برش داده می شود تا در حین آزمایش در این محل بشکند.

نمونه به شرح زیر آزمایش می شود. نمونه آزمایشی روی تکیه گاه های درایور شمع آونگ قرار می گیرد بریدگی به تخت . آونگ وزن جی به ارتفاعی ارتقا یافته است ساعت 1 . هنگام سقوط از این ارتفاع، آونگ نمونه را با لبه چاقو از بین می برد و پس از آن تا ارتفاع بالا می رود. ساعت 2 .

کار صرف شده از وزن آونگ و ارتفاع بالا آمدن آن قبل و بعد از تخریب نمونه تعیین می شود. آ.

با دانستن کار تخریب نمونه، قدرت ضربه را محاسبه می کنیم:

α به=A/اف

جایی که آ- کار صرف شده برای تخریب نمونه، کیلوگرم بر ثانیه

اف - سطح مقطع نمونه در محل برش، سانتی متر 2.

مسیربرینل. ماهیت این روش این است , که با استفاده از یک پرس مکانیکی، یک توپ فولادی سخت شده در فلز تحت آزمایش تحت بار معینی فشرده می شود. و سختی با قطر اثر به دست آمده تعیین می شود.

روش راکول. برای تعیین سختی با استفاده از روش راکول، از مخروط الماس با زاویه راس 120 درجه استفاده می شود. یا توپ فولادی با قطر 1.58 میلی متربا این روش، قطر اثر اندازه گیری نمی شود، بلکه عمق فرورفتگی مخروط الماس یا توپ فولادی است. سختی بلافاصله پس از پایان آزمایش با فلش نشانگر نشان داده می شود. هنگام آزمایش قطعات سخت شده با سختی بالا، از مخروط الماس و بار 150 استفاده می شود. کیلوگرمدر این حالت سختی در مقیاس اندازه گیری می شود باو نشان دهند H.R.C.اگر در حین آزمایش یک توپ فولادی و بار 100 کیلوگرمی گرفته شود، سختی بر روی ترازو اندازه گیری می شود. که درو نشان دهند HRB.هنگام آزمایش مواد بسیار سخت یا محصولات نازک، از مخروط الماس و بار 60 استفاده کنید کیلوگرمسختی در مقیاس اندازه گیری می شود آو نشان دهند HRA.

قطعات برای تعیین سختی در دستگاه راکول باید به خوبی تمیز و عاری از علائم عمیق باشند. روش راکول به شما امکان می دهد فلزات را به طور دقیق و سریع آزمایش کنید.

روش ویکرز . هنگام تعیین سختی با استفاده از روش ویکرز، از یک هرم الماس چهار وجهی با زاویه رابط 136 درجه به عنوان نوک فشرده در ماده استفاده می شود. چاپ حاصل با استفاده از میکروسکوپ موجود در دستگاه اندازه گیری می شود. سپس با استفاده از جدول، عدد سختی را پیدا کنید H.V.هنگام اندازه گیری سختی از یکی از بارهای زیر استفاده می شود: 5، 10، 20، 30، 50، 100 کیلوگرمبارهای کوچک امکان تعیین سختی محصولات نازک و لایه های سطحی قطعات نیترید و سیانیده شده را فراهم می کند. ابزار Vickers معمولاً در آزمایشگاه ها استفاده می شود.

روشی برای تعیین ریزسختی . این روش سختی لایه های سطحی بسیار نازک و برخی از اجزای ساختاری را اندازه گیری می کند. آلیاژهای فلزی.

ریزسختی با استفاده از دستگاه PMT-3 تعیین می شود که از مکانیزمی برای فرورفتگی هرم الماس تحت بار 0.005-0.5 تشکیل شده است. کیلوگرمو میکروسکوپ متالوگرافی در نتیجه آزمایش، طول مورب چاپ حاصل تعیین می شود و پس از آن مقدار سختی از جدول پیدا می شود. ریز مقاطع با سطح صیقلی به عنوان نمونه برای تعیین ریزسختی استفاده می شود.

روش پس زدن الاستیک. برای تعیین سختی با استفاده از روش پس زدن الاستیک از دستگاه Shore استفاده می شود که به شرح زیر عمل می کند. روی سطح تمیز شده قطعه تست از ارتفاع نمهاجم مجهز به نوک الماس سقوط می کند. مهاجم پس از برخورد به سطح قطعه، تا ارتفاع بالا می رود ساعتاعداد سختی بر اساس ارتفاع ریباند مهاجم محاسبه می شود. هرچه فلز مورد آزمایش سخت تر باشد، ارتفاع ریباند مهاجم بیشتر است و بالعکس. دستگاه Shore عمدتا برای تست سختی میل لنگ های بزرگ، سر شاتون، سیلندرها و سایر قطعات بزرگ که سختی آن ها با دستگاه های دیگر اندازه گیری می شود، استفاده می شود. دستگاه Shore به شما امکان می دهد قطعات زمین را بدون به خطر انداختن کیفیت سطح بررسی کنید، با این حال، نتایج آزمایش به دست آمده همیشه دقیق نیستند.

جدول تبدیل سختی

قطر چاپ (m

m) طبق برینل، قطر توپ 10 میلی متر، بار 3000 kgf

عدد سختی بر اساس

برینل NV

مقیاس راکول

Vickers HV

روش خراش دادن.این روش، بر خلاف مواردی که توضیح داده شد، با این واقعیت مشخص می شود که در طول آزمایش نه تنها تغییر شکل الاستیک و پلاستیکی ماده آزمایش شده اتفاق می افتد، بلکه تخریب آن نیز رخ می دهد.

در حال حاضر، برای بررسی سختی و کیفیت عملیات حرارتی قطعات فولادی و قطعات تمام شده بدون تخریب، از دستگاهی استفاده می شود - آشکارساز عیب القایی DI-4. این دستگاه بر روی جریان های گردابی برانگیخته شده توسط یک میدان الکترومغناطیسی متناوب که توسط حسگرهایی در قسمت های کنترل شده و مرجع ایجاد می شود، کار می کند.

تراکم.این یکی از مهمترین ویژگی های فلزات و آلیاژها است. فلزات از نظر چگالی به گروه های زیر تقسیم می شوند:

ریه ها(چگالی نه بیشتر از 5 گرم در سانتی متر 3) - منیزیم، آلومینیوم، تیتانیوم و غیره:

سنگین- (چگالی از 5 تا 10 گرم بر سانتی متر 3) - آهن، نیکل، مس، روی، قلع و غیره (این گسترده ترین گروه است).

بسیار سنگین(چگالی بیش از 10 گرم بر سانتی متر مکعب) - مولیبدن، تنگستن، طلا، سرب و غیره.

جدول 2 مقادیر چگالی فلزات را نشان می دهد. (این و جداول زیر ویژگی های فلزاتی را که اساس آلیاژهای ریخته گری هنری را تشکیل می دهند مشخص می کند).

جدول 2. چگالی فلز.

دمای ذوب.بسته به نقطه ذوب، فلز به گروه های زیر تقسیم می شود:

ذوب پذیر(نقطه ذوب از 600 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند) - روی، قلع، سرب، بیسموت و غیره.

متوسط ​​ذوب(از 600 درجه سانتیگراد تا 1600 درجه سانتیگراد) - تقریباً نیمی از فلزات از جمله منیزیم، آلومینیوم، آهن، نیکل، مس، طلا را شامل می شود.

نسوز(بیش از 1600 درجه سانتیگراد) - تنگستن، مولیبدن، تیتانیوم، کروم و غیره.

جیوه یک مایع است.

هنگام ساخت قطعات ریخته گری هنری، نقطه ذوب فلز یا آلیاژ انتخاب واحد ذوب و مواد قالب گیری نسوز را تعیین می کند. هنگامی که مواد افزودنی به فلز وارد می شوند، نقطه ذوب، به عنوان یک قاعده، کاهش می یابد.

جدول 3. نقطه ذوب و جوش فلزات.

گرمای خاص این مقدار انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک واحد جرم به اندازه یک درجه است. ظرفیت گرمایی ویژه با افزایش عدد اتمی یک عنصر در جدول تناوبی کاهش می یابد. وابستگی ظرفیت گرمایی ویژه یک عنصر در حالت جامد به جرم اتمی تقریباً توسط قانون Dulong و Petit توصیف می شود:

m a c m = 6.

جایی که، m a- جرم اتمی؛ سانتی متر- ظرفیت گرمایی ویژه (J/kg * o C).

جدول 4 ظرفیت گرمایی ویژه برخی از فلزات را نشان می دهد.

جدول 4. ظرفیت حرارتی ویژه فلزات.

گرمای نهان همجوشی فلزات. این مشخصه (جدول 5) به همراه ظرفیت حرارتی ویژه فلزات، تا حد زیادی توان مورد نیاز واحد ذوب را تعیین می کند. ذوب یک فلز کم ذوب گاهی به انرژی حرارتی بیشتری نسبت به فلز نسوز نیاز دارد. به عنوان مثال، حرارت دادن مس از 20 تا 1133 درجه سانتیگراد، یک و نیم برابر کمتر از حرارت دادن به همان مقدار آلومینیوم از 20 تا 710 درجه سانتیگراد به انرژی حرارتی کمتری نیاز دارد.

جدول 5. گرمای نهان فلز

ظرفیت گرمایی. ظرفیت گرمایی انتقال انرژی حرارتی از یک قسمت بدن به قسمت دیگر یا به طور دقیق تر، انتقال مولکولی گرما در یک محیط پیوسته به دلیل وجود گرادیان دما را مشخص می کند. (جدول 6)

جدول 6. ضریب هدایت حرارتی فلزات در 20 o C

کیفیت ریخته گری هنری ارتباط نزدیکی با هدایت حرارتی فلز دارد. در طول فرآیند ذوب، نه تنها اطمینان از دمای کافی فلز، بلکه دستیابی به توزیع دمای یکنواخت در کل حجم حمام مایع نیز مهم است. هر چه رسانایی حرارتی بالاتر باشد، دما به طور یکنواخت‌تر توزیع می‌شود. در حین ذوب قوس الکتریکی، علیرغم رسانایی حرارتی بالای اکثر فلزات، اختلاف دما در سطح مقطع حمام به 70-80 درجه سانتیگراد می رسد و برای فلزی با رسانایی حرارتی پایین این اختلاف می تواند به 200 درجه سانتیگراد یا بیشتر برسد.

در طول ذوب القایی شرایط مساعدی برای یکسان سازی دما ایجاد می شود.

ضریب انبساط حرارتی. این مقدار که مشخص کننده تغییر ابعاد یک نمونه به طول 1 متر در دمای 1 درجه سانتیگراد است، برای میناکاری مهم است (جدول 7).

ضرایب انبساط حرارتی پایه فلزی و لعاب باید تا حد امکان نزدیک باشد تا مینا بعد از پخت ترک نخورد. بیشتر لعاب هایی که نشان دهنده ضریب جامد اکسیدهای سیلیکون و سایر عناصر هستند ضریب انبساط حرارتی پایینی دارند. همانطور که تمرین نشان داده است، لعاب به آهن و طلا بسیار خوب می‌چسبد و محکم‌تر به مس و نقره است. می توان فرض کرد که تیتانیوم ماده بسیار مناسبی برای میناکاری است.

جدول 7. ضریب انبساط حرارتی فلزات.

انعکاس. این توانایی یک فلز برای انعکاس امواج نور با طول معین است که توسط چشم انسان به عنوان رنگ درک می شود (جدول 8). رنگ های فلزی در جدول 9 نشان داده شده است.

جدول 8. مطابقت بین رنگ و طول موج.

جدول 9. رنگ های فلزی.

فلزات خالص عملاً در هنرهای تزئینی و کاربردی استفاده نمی شوند. برای ساخت محصولات مختلف از آلیاژهایی استفاده می شود که ویژگی های رنگ آنها به طور قابل توجهی با رنگ فلز پایه متفاوت است.

در طول مدت طولانی، تجربه گسترده ای در استفاده از آلیاژهای ریخته گری مختلف برای ساخت جواهرات، اقلام خانگی، مجسمه ها و بسیاری دیگر از انواع ریخته گری هنری انباشته شده است. با این حال، رابطه بین ساختار آلیاژ و بازتاب آن هنوز آشکار نشده است.

از درس شیمی کلاس هشتم، شما قبلاً ایده ای از ماهیت پیوند شیمیایی که در کریستال های فلزی وجود دارد - پیوند فلزی دارید. به یاد بیاوریم که در گره های شبکه های کریستالی فلزی اتم ها و یون های مثبت فلزات وجود دارد که از طریق الکترون های خارجی مشترک متعلق به کل کریستال به هم متصل شده اند. این الکترون ها نیروهای دافعه الکترواستاتیکی بین یون های مثبت را جبران کرده و در نتیجه آنها را به هم متصل می کنند و از پایداری شبکه فلزی اطمینان حاصل می کنند.

پیوند فلزی تمام مهم ترین خواص فیزیکی فلزات را تعیین می کند: انعطاف پذیری، رسانایی الکتریکی و گرمایی، درخشندگی فلزی و سایر خواص مشخصه این دسته از مواد ساده.

پلاستیسیته خاصیت یک ماده برای تغییر شکل تحت تأثیر خارجی و حفظ شکل پذیرفته شده پس از قطع این تأثیر است.

قابلیت مسطح شدن در اثر ضربه یا کشیده شدن به داخل سیم تحت تأثیر نیرو، مهمترین ویژگی مکانیکی فلزات است. زیربنای چنین حرفه ای است که مورد احترام اکثر مردم جهان است، به عنوان حرفه آهنگر. بی جهت نیست که خدای آتش حامی قدیس آهنگر در میان مردمان مختلف بود: در میان یونانیان - هفائستوس، در میان رومیان - ولکان، در میان اسلاوها - سواروگ.

پلاستیسیته فلزات به دلیل توانایی برخی از لایه های یون اتم در بلورها تحت تأثیر خارجی برای جابجایی آسان (مثل لغزش) نسبت به سایر لایه ها بدون شکستن پیوندهای بین آنها است (شکل 26).

برنج. 26.
جابجایی لایه ها در یک شبکه کریستالی فلزی تحت تأثیر مکانیکی

شکل پذیرترین آنها طلا، نقره و مس هستند. به عنوان مثال، از طلا می توان برای ساخت "ورقه طلا" به ضخامت 0.003 میلی متر استفاده کرد که برای محصولات طلاکاری استفاده می شود (شکل 27).

برنج. 27.
شکل پذیری بالای طلا برای طلاکاری فضای داخلی کاخ ها استفاده می شود

رسانایی الکتریکی بالای بیشتر فلزات به دلیل وجود الکترون های متحرک در شبکه های کریستالی آنهاست که تحت تأثیر میدان الکتریکی به صورت جهت دار حرکت می کنند (شکل 28).

برنج. 28.
در شبکه‌های کریستالی فلزی، الکترون‌های متحرک تحت تأثیر میدان الکتریکی حرکت می‌کنند و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند

هنگامی که گرم می شود، حرکات نوسانی یون ها در کریستال افزایش می یابد، که مانع حرکت جهت الکترون ها می شود و منجر به کاهش رسانایی الکتریکی می شود. هنگامی که سرد می شود، رسانایی الکتریکی فلزات افزایش می یابد و نزدیک به صفر مطلق به ابررسانایی تبدیل می شود. نقره و مس بیشترین رسانایی الکتریکی، منگنز، سرب، جیوه و تنگستن کمترین رسانایی الکتریکی را دارند.

چنین خاصیتی مانند هدایت حرارتی فلزات نیز با تحرک بالای الکترون‌های آزاد مرتبط است: برخورد با یون‌های ارتعاشی در محل‌های شبکه، الکترون‌ها با آنها انرژی مبادله می‌کنند. با افزایش دما، ارتعاشات یون ها از طریق الکترون ها به یون های دیگر منتقل می شود و دمای کل جسم فلزی به سرعت یکسان می شود.

سطح صاف فلزات با درخشش فلزی مشخص می شود - نتیجه انعکاس پرتوهای نور. هنگامی که پودر می شود، اکثر فلزات درخشش خود را از دست می دهند و رنگشان سیاه یا خاکستری می شود و فقط آلومینیوم و منیزیم درخشش خود را در صورت پودر شدن حفظ می کنند. آینه ها از آلومینیوم، نقره و پالادیوم ساخته شده اند که از جمله آنهایی که در نورافکن ها استفاده می شوند، دارای بالاترین انعکاس هستند.

بیشتر فلزات با رنگ سفید یا خاکستری مشخص می شوند. رنگ طلا و مس به ترتیب زرد و زرد-قرمز است.

از دیگر خواص فیزیکی فلزات، سختی، چگالی و نقطه ذوب بیشترین اهمیت عملی را دارند.

همه فلزات (به جز جیوه) در شرایط عادی با حالت جامد تجمع مشخص می شوند. با این حال، سختی آنها متفاوت است. سخت ترین فلزات زیرگروه ثانویه گروه VI (گروه VIB) جدول تناوبی D.I. مندلیف هستند. بنابراین کروم از نظر سختی نزدیک به الماس است. نرم ترین فلزات زیر گروه اصلی گروه I (گروه IA) جدول تناوبی D.I. مندلیف - فلزات قلیایی است. به عنوان مثال، سدیم و پتاسیم را به راحتی با چاقو برش می دهند.

بر اساس چگالی، فلزات به سبک (چگالی کمتر از 5 گرم بر سانتی متر مکعب) و سنگین (تراکم بیش از 5 گرم بر سانتی متر مکعب) تقسیم می شوند. از فلزات سبک می توان به فلزات قلیایی، قلیایی خاکی و آلومینیوم اشاره کرد. فلزات واسطه شامل اسکاندیم، ایتریم و تیتانیوم هستند. این فلزات به دلیل سبکی و نسوز بودن به طور فزاینده ای در زمینه های مختلف فناوری مورد استفاده قرار می گیرند.

سبک ترین فلز لیتیوم است (p = 0.53 g/cm3). سنگین ترین آنها اسمیم است (p = 22.6 g/cm3).

فلزات سبک معمولا ذوب کمی دارند، گالیم می تواند در کف دست ذوب شود و فلزات سنگین نسوز هستند. تنگستن بالاترین نقطه ذوب را دارد که 3380 درجه سانتیگراد است. از این خاصیت تنگستن برای ساخت لامپ های رشته ای استفاده می شود (شکل 29، 1). علاوه بر این، طراحی لامپ شامل هفت فلز دیگر است.

برنج. 29.
لامپ هایی که در ساخت آنها از فلزات مختلف استفاده می شود: 1 - لامپ رشته ای. 2 - لامپ هالوژن; 3 - لامپ فلورسنت; 4 - لامپ ال ای دی

در فدراسیون روسیه، در حال حاضر، مانند گذشته در اتحادیه اروپا و ایالات متحده، تصمیمی در سطح ایالتی برای جایگزینی لامپ های رشته ای معمولی با لامپ های مدرن اقتصادی تر و بادوام تر مانند هالوژن، فلورسنت و LED اتخاذ شده است. یک لامپ هالوژن (شکل 29، 2) همان لامپ رشته ای با رشته تنگستن است که با گازهای بی اثر با افزودن بخار هالوژن (برم یا ید) پر شده است. فلورسنت (شکل 29، 3) لامپ های فلورسنتی هستند که برای شما آشنا هستند، اما یک اشکال قابل توجه دارند - آنها حاوی جیوه هستند، و بنابراین نیاز به قوانین خاص دفع در نقاط جمع آوری ویژه دارند. لامپ های LED (شکل 29، 4) مقرون به صرفه ترین و بادوام ترین (عمر کار تا 100 هزار ساعت) هستند، اما تاکنون گران ترین لامپ ها هستند.

برنج. سی
فلزات به طور معمول به دو گروه تقسیم می شوند: آهنی (الف - چدن؛ ب - فولاد). رنگی (c - مس؛ d - آلومینیوم)

در فناوری، همانطور که می دانید، فلزات به دو دسته آهنی (آهن و آلیاژهای آن) و غیرآهنی (همه بقیه، در پاراگراف بعدی با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت) تقسیم می شوند (شکل 30). طلا، نقره، پلاتین و برخی فلزات دیگر به عنوان فلزات گرانبها طبقه بندی می شوند (شکل 31).

برنج. 31.
فلزات گرانبها: طلا (1، 2)؛ پلاتین (3); نقره (4، 5)؛

کلمات و مفاهیم جدید

  1. پلاستیک.
  2. هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی.
  3. درخشش فلزی.
  4. سختی فلزات.
  5. چگالی فلزات.
  6. فلزات سبک و سنگین.
  7. فلزات آهنی و غیر آهنی.
  8. فلزات گرانبها.

وظایف برای کار مستقل

  1. ذوب پذیرترین فلز را نام ببرید.
  2. از چه خواص فیزیکی فلزات در فناوری استفاده می شود.
  3. اثر فوتوالکتریک، یعنی خاصیت فلزات برای انتشار الکترون تحت تأثیر پرتوهای نور، مشخصه فلزات قلیایی، به عنوان مثال سزیم است. چرا؟ این ملک در کجا استفاده می شود؟
  4. چه خواص فیزیکی تنگستن زمینه ساز استفاده از آن در لامپ های رشته ای است؟
  5. چه ویژگی هایی از فلزات زیربنای عبارات ادبی مجازی است: "یخبندان نقره"، "سپیده دم طلایی"، "ابرهای سربی"؟
هدف: آشکار ساختن دلیل خواص فیزیکی خاص فلزات.
وظایف:
1. خواص فیزیکی فلزات را در نظر بگیرید.
2. توسعه توانایی تشخیص خواص فیزیکی فلزات. تعریف خواص؛
3. پرورش جمع گرایی، توجه، دقت.
تجهیزات: PSHE، مواد بصری "فلزات"
نوع درس: یادگیری مطالب جدید
روش: کلامی، دیداری
اشکال کار: فردی، جمعی
در طول کلاس ها
زمان سازماندهی
سلام، بررسی آمادگی کلاس برای درس، روحیه روانی.
نظرسنجی تکلیف
بررسی از جلو
1. کلمه "فلز" به چه معناست؟
2. در مجموع چند فلز در PSHE وجود دارد؟ آنها در کجا قرار دارند؟
3. چند الکترون در لایه الکترونی بیرونی در اتم های عناصر زیرگروه اصلی و فرعی وجود دارد؟ چرا؟
4. اتم های فلز چگونه به یکدیگر متصل می شوند؟
2. دیکته شیمیایی
BaCO3، CaO، LiOH، HNO3، SO3، CrO، Fe2O3، NaCl، Al(OH)3، HCl، CaCO3، KNO3
ارائه مطالب جدید
دانشمند بزرگ روسی M.V. Lomonosov در مورد فلزات می گوید: "فلز یک جسم جامد، مات و سبک است که می تواند در آتش ذوب شود و در سرد جعل شود."
1. درخشش فلزی یک ویژگی نوری فلزات است که با تعداد الکترون های بیرونی تعیین می شود. این ویژگی همیشه مورد توجه مردم بوده و حتی به خلق تصاویر هنری زنده کمک کرده است. این خاصیت فقط در کریستال ها مشاهده می شود؛ فلزات به صورت پودر درخشندگی ندارند. همه فلزات براق، مات و معمولاً خاکستری رنگ هستند زیرا فضای اطراف بلورهای آنها با گاز الکترون پر شده است. هنگامی که الکترون ها نور را جذب می کنند، شروع به نوسان می کنند و امواجی از تابش ساطع می کنند که توسط چشم انسان تشخیص داده می شود. فلزات نیز نسبت به امواج رادیویی مات هستند: آنها آنها را منعکس می کنند. این چیزی است که رادار بر اساس آن است - تشخیص اجسام فلزی.
2. هدایت الکتریکی و حرارتی. هدایت الکتریکی با حضور الکترون هایی که آزادانه حرکت می کنند تعیین می شود. نقره و مس بالاترین رسانایی الکتریکی را دارند و پس از آن طلا، آلومینیوم و آهن قرار دارند. عطارد کمترین را دارد.
هدایت حرارتی به تحرک الکترون ها و حرکت ارتعاشی ذرات در کریستال مربوط می شود. به لطف این پدیده ها، درجه حرارت در قطعه فلز به سرعت یکسان می شود. یک قاشق نقره ای 500 برابر سریعتر از یک لیوان شیشه ای گرم می شود.
3. چکش خواری و شکل پذیری. در اثر ضربه، فلزات به قطعات کوچک خرد نمی شوند، بلکه صاف می شوند و تغییر شکل می دهند، یعنی. متمایل به جعل این به این دلیل رخ می دهد که لایه های جداگانه اتم ها و یون ها در یک کریستال فلزی می توانند نسبت به یکدیگر بدون شکستن پیوند فلزی حرکت کنند. الکترون ها در سراسر قطعه فلز حرکت می کنند و لایه های جابجا شده را به هم متصل می کنند.
انعطاف پذیری فلزات در سری ها کاهش می یابد: طلا، نقره، مس، Sn، سرب، روی، آهن.
طلا انعطاف پذیرترین فلز است: از 1 گرم طلا می توان تا 2 کیلومتر سیم کشید و از نمونه ای به اندازه سر کبریت می توان ورقی به مساحت 50 متر مربع را نورد کرد.
4. چگالی فلزات متفاوت است. ρ< 5 г/см3 – легкие (Li, Mn, Al, Ti), ρ >5 گرم بر سانتی متر مکعب - سنگین (Os، Cr، Zn، Sn، Mn، Fe، Pb، Au، Pt). سبک‌ترین لیتیوم (ρ = 0.54 گرم بر سانتی‌متر مکعب)، سنگین‌ترین آنها اسمیم است (ρ = 22.6 گرم بر سانتی‌متر مکعب).
5. سختی. فلزات سخت و نرم هستند. فلزات قلیایی را می توان با چاقو برش داد و ابزارهای برش و حفاری از تنگستن، تانتالیوم و کروم ساخته می شوند. سامی سخت – کروم.
6. نقطه ذوب. فلزاتی که در دماهای بالاتر از 10000 درجه سانتیگراد ذوب می شوند، نسوز نامیده می شوند (تنگستن - 33900 درجه سانتیگراد) و در زیر ذوب می شوند (جیوه = -390 درجه سانتیگراد)، فلز قلیایی سزیم شروع به ذوب شدن در دست انسان می کند (t = 290C).
کاربرد.
فلز دقت است.
فلز قدرت است
سرعت، ارتفاع،
زرق و برق و زیبایی.
فلز بلافاصله وارد خانه نشد،
من بلافاصله از قاشق یا چنگال استفاده نکردم.
بلافاصله به یک لیوان تبدیل نشد
و یک اسباب بازی کارخانه ای.
مسیر فلز طولانی بود:
زمین شناس اول شد.
او کوهی را یافت که در آن سنگ معدن وجود داشت.
و معدنچیان به آنجا آمدند.
و راننده بوق می زند -
سنگ معدن به موقع به کوره ها تحویل داده می شود.
و یک جریان فلزی
از کوره های آتشین جریان می یابد.
کار هنوز تمام نشده:
هم تراشنده و هم آهنگر خواهند آمد،
مکانیک و استامپر
جوشکار، اپراتور دستگاه فرز.
و همه برای فلز کار خواهند کرد،
به طوری که فلز شروع به کار می کند.
او برای ما نور در سیم ها می آورد،
فلزی – اسکیت، دوچرخه،
مترو، تراموا، ساعت زنگ دار،
اتو و یخچال. E. Efimovsky.
فلزات در کجا استفاده می شوند؟ افراد در چه حرفه هایی با فلزات کار می کنند؟
سابق. 1-10 (شفاهی)، ص 140
کار در کتاب کار سابق. 186، 187، 188، صص58-59
D/z. §29، صص 137-139

 

شاید خواندن آن مفید باشد: