Общая характеристика химических элементов и их соединений

Общая характеристика химических элементов и их соединений.

Распространенность химических элементов в земной коре. Простые вещества. Металлы, неметаллы и переходные элементы.

Способы получения металлов. Особенности металлов и их сплавов. Свойства сплавов: механические смеси,  интерметаллические соединения, твердые растворы. Основы физико-химического анализа: фазовое равновесие. Правило фаз. Диаграммы плавкости. Связь физико-химического анализа с металловедением и металлографией.

Из 116 известных в настоящее время химических элементов в составе земной коры обнаружено 88. Основными компонентами земной коры являются 8 элементов: кислород, кремний, алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий. Общее содержание этих элементов составляет 98,5% по массе. Менее распространены титан, фосфор, водород и марганец. На их долю приходится около 1% массовых долей. Следовательно, доля остальных 76 химических элементов составляет менее 0,6% по массе, и их можно считать редкими элементами.

Преобладают в земной коре кислородные соединения элементов, например, алюмосиликаты с общей формулой xMeO∙yAl₂O₃∙zSiO₂, а также другие силикаты, составляющие c Общей формулой xMeO∙ySiO₂. Широко распространены также карбонаты, сульфиды и сульфаты. Ряд элементов встречается в природе в виде простых веществ (например, самородное золото или медь).

Вещества, состоящие из одного и того же элемента, называются простыми веществами. В настоящее время известно более 400 простых веществ, то есть их значительно больше, чем химических элементов. Это объясняется тем, что многие элементы образуют два или более простых вещества, называемых аллотропными модификациями. Аллотропия может обуславливаться различным числом атомов элемента в молекуле простого вещества (например, кислород О₂ и озон О₃) или различной кристаллической структурой (серое и белое олово, ромбическая и моноклинная сера).  Свойства простых веществ периодически изменяются с увеличением порядкового номера Z, однако эта зависимость имеет более сложный вид, чем аналогичная зависимость у свободных атомов. Это вызвано тем, что свойства простых элементов определяются не только природой атомов элемента, но и видом химической связи, структурой вещества и т.д.

            Все простые вещества можно разделить на три класса: металлы, неметаллы и переходные элементы (полуметаллы). Большинство простых веществ относится к металлам. Для них характерны кристаллическая решетка с металлической связью, металлический блеск, ковкость, пластичность, высокая тепло- и электропроводность.

            Неметаллы, как правило, не проводят электрический ток, то есть являются диэлектриками. В обычных условиях они существуют в виде двухатомных молекул (галогены, водород, кислород, азот), одноатомных молекул (инертные газы) или атомных кристаллов (сера, фосфор, углерод, селен). Промежуточное положение занимают переходные элементы (бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур). Для них характерны как свойства металлов, так и свойства неметаллов. Как правило, они имеют кристаллические решетки с ковалентной связью. Многие из них являются полупроводниками.

            Физические свойства металлов, упомянутые выше, обуславливают их широкое применение в промышленности. В химическом отношении все металлы характеризуются сравнительной легкостью отдачи валентных электронов и способностью, вследствие этого, образовывать положительно заряженные ионы и проявлять в соединениях положительную степень окисления. Восстановительная способность металлов определяется их положением в ряду стандартных электродных потенциалов (ряду активности металлов).

Рекомендуемые материалы

            Только немногие металлы встречаются в природе в свободном самородном состоянии. Это исключительно золото и платина и отчасти медь и серебро. Добывание самородных металлов производится посредством механического отделения их от породы промывкой, а также извлечением различными реагентами с последующим выделением из раствора.  Все остальные металлы добывают химической переработкой их природных соединений. Получение металлов из руд составляет задачу металлургии.

            Важнейшим способом получения металлов является восстановление их оксидов углем или оксидом углерода СО. Например,

            CuO + C = Cu + CO;  Fe₃O₄ + 2C =3 Fe + 2CO₂;

При переработке сульфидных руд сначала переводят сульфиды в оксиды путем обжига в специальных печах, а затем восстанавливают полученные сульфиды углем:                      

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂; ZnO + C = Zn + CO;

Для металлов, оксиды которых не восстанавливаются ни углем, ни оксидом углерода, применяются более сильные восстановители: водород, магний, алюминий, кремний. Восстановление металла из его оксида при помощи другого металла называется металлотермией. В частности, при применении алюминия этот процесс называется алюминотермией. Алюминотермией получают, главным образом, такие металлы, как хром, марганец и др. Изменение свободной энергии Гиббса ∆G0 реакции Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃ равно –523 кДж. Это значит, что восстановление оксида хрома (III) алюминием может протекать самопроизвольно. Металлы, оксиды которых наиболее устойчивы (алюминий, магний), получают электролизом.

            В связи с развитием новых отраслей техники потребовались металлы, обладающие очень высокой чистотой. Например, цирконий, использующийся для изготовления атомных реакторов, становится совершенно непригодным для этой цели, если содержит даже миллионные доли процента примесей. В соответствии с потребностями промышленности разработаны методы получения сверхчистых веществ, как металлов, так и неметаллов. Вот некоторые их них:

1. Перегонка в вакууме. Исходный металл загружается в специальный сосуд, соединенный с вакуумным насосом, после чего нижняя часть насоса нагревается. В ходе перегонки на холодных частях сосуда осаждаются либо примеси (если они более летучи, чем основной металл), либо очищенный металл (если примеси менее летучи). Вакуум необходим для удаления даже следов кислорода, который приводил бы к окислению расплавленного металла и замедлению процесса испарения.

2. Зонная плавка. Этот метод заключается в медленном протягивании бруска очищаемого металла через кольцевую печь. Тот участок (зона) бруска, который находится в данный момент в печи, плавится. Примеси металлов, растворимые в жидкой фазе, концентрируются в расплавленной зоне и перемещаются вместе с ней к концу бруска.  Примеси металлов, нерастворимых в жидкой фазе, концентрируются в образующихся у задней границы расплавленной зоны кристаллах и постепенно перемещаются к началу бруска. В результате средняя часть бруска становится наиболее чистой. Ее вырезают и используют в соответствующих целях.

3. Термическое разложение соединений металла. Карбонильный процесс используется для получения высокочистых железа или никеля. Эти металлы образуют при нагревании в атмосфере оксида углерода СО карбонилы [Ni(CO)₄] и [Fe(CO)₅]. Металлы-примеси карбонилов не образуют. Карбонилы отгоняют, а затем нагревают до более высокой температуры. В результате карбонил разлагается с выделением металла высокой чистоты. Йодидный способ позволяет получить титан, цирконий и другие металлы высокой чистоты. Исходный металл (например, титан) в виде порошка нагревается до высокой температуры с определенным количеством йода в аппарате, где натянуты титановые нити, нагреваемые током высокой чистоты. Титан (но не примеси) образует с йодом летучий йодид титана TiJ₄, который разлагается на титановых нитях с выделением чистого титана. Высвободившийся йод вновь образует с исходным металлом все новые порции йодида титана. Процесс идет до полного переноса всего титана на титановые нити.

Основа современной техники – машины и механизмы – изготовляются, в основном, из сплавов металлов друг с другом или некоторыми неметаллами. В жидком состоянии большинство металлов растворяются друг в друге и образуют однородный жидкий сплав. При кристаллизации из расплавленного состояния различные металлы ведут себя по-разному. Различают три основных случая:

1. В твердом состоянии сплавляемые металлы не растворяются друг в друге и химически не  взаимодействуют друг с другом. При этих условиях сплав представляет собой механическую смесь компонентов и состоит из кристаллов одного и другого компонента.

2. Сплавляемые металлы взаимодействуют друг с другом, образуя химическое (интерметаллическое) соединение.

3. При кристаллизации растворимость металлов друг в друге сохраняется. Образуются однородные кристаллы, а твердая фаза носит название твердого раствора. При этом растворимость одних металлов друг в друге неограниченно велика, а другие растворяются друг в друге лишь до определенного предела.

При изучении свойств сплавов очень большое значение имеют диаграммы состояния, которые характеризуют состояние сплавов различного состава при разных температурах. Их также называют фазовыми диаграммами, так как они показывают, какие фазы могут сосуществовать при данных условиях.

            Рассмотрим основные понятия фазового равновесия – раздела физической химии, который рассматривает приложение законов термодинамики к изучению свойств гетерогенных систем.

            В зависимости от внешних условий вещество может находиться в различных фазах, соответствующих его агрегатному состоянию. Изменение агрегатного состояния вещества называется фазовым переходом. Это, например, испарение, конденсация, плавление, кристаллизация. Как и любой термодинамический процесс, фазовый переход протекает до установления в системе некоторого равновесного состояния, которое характеризуется постоянством температуры, давления и термодинамического потенциала (∆G = 0).

Фаза – это совокупность материальных частиц системы, обладающих одинаковыми термодинамическими свойствами. Гомогенная система состоит из одной фазы, а гетерогенная представляет собой две или более фазы, отделенными друг от друга поверхностями раздела.

Число фаз системы может изменяться от единицы до бесконечности. Понятие фазы отличается от понятия агрегатного состояния своей конкретностью. Например, смесь воды, бензола, песка, медных опилок и паров воды бензола и воды над этой смесью представляет собой пятифазную систему, состоящую из двух кристаллических, двух жидких и одной газообразной фаз. Совокупность песчинок – одна фаза (к), медные опилки – другая (к), вода – третья (ж), бензол – четвертая (ж), а смесь паров воды и бензола – пятая (г).

Другое важное понятие при рассмотрении фазового равновесия – компонент. Компонент – это однородная по химическим свойствам часть термодинамической системы, которая может быть выделена из нее и может существовать изолированно неограниченное время. Так, например, однофазная система «раствор поваренной соли» является двухкомпонентной, хотя состоит фактически из молекул хлористого натрия и воды, а также катионов натрия и хлорид-анионов. Однако, из системы можно выделить в свободном состоянии только два компонента – молекулы поваренной соли и воды, а ионы натрия и хлора в свободном состоянии существовать не могут.

Между компонентами равновесной системы существует зависимость в виде взаимосвязи их концентраций. По этой причине вводится понятие числа независимых компонентов системы, под которыми подразумевают минимальное число компонентов, достаточное для построения любой фазы системы. Число независимых компонентов системы К_н равно общему числу ее компонентов К за вычетом числа химических реакций, которые могут протекать в системе при данных условиях, и числа дополнительных условий, связывающих концентрации компонентов системы между собой.

К_н = К - ∑С(с_i),

где последнее выражение отражает общее число функциональных зависимостей компонентов системы между собой.

Например, в системе, состоящей из произвольно взятых количеств хлорида аммония, аммиака и хлористого водорода, число независимых компонентов равно двум, так как равновесный состав ее в этом случае контролируется одной функциональной зависимостью – законом действия масс, и К_н = 3 -1=2. А если на эту систему наложить дополнительное условие, например, равенства концентраций аммиака и хлористого водорода, то число независимых компонентов станет равным единице: К_н = 3 –2 =1.

Третье важное понятие при рассмотрении фазового равновесия – это степень свободы, под которой понимают возможность произвольного изменения (в определенных пределах) какого-нибудь параметра состояния (температуры, давления, концентрации компонентов и пр.) без нарушения фазового равновесия, то есть без изменения числа и вида фаз, находящихся в равновесии. Например, температура и давление сухого воздуха могут изменяться в широких пределах без изменения его газообразного состояния, то есть термодинамическая система «сухой воздух» имеет две степени свободы. А вот температура кипящей жидкости (двухфазная система, состоящая из жидкости и ее паров) может изменяться лишь при изменении давления. Если же повысить температуру жидкости, сохранив ее давление постоянным, то фазовое равновесие нарушится. Одна фаза системы – жидкая – прекратит свое существование. В последнем примере число степеней свободы системы равно единице (это или давление, или температура).

Между числом фаз, независимых компонентов и степеней свободы равновесной термодинамической системы существует зависимость, называемая правилом фаз.

Для любой равновесной термодинамической системы сумма числа степеней свободы С и числа фаз Ф равна сумме независимых компонентов Кн и числа внешних факторов n, влияющих на физическое состояние системы. Или, математически, С + Ф = Кн + n

Значение n зависит от условий, в которых находится система. Если силовые поля (гравитационное, магнитное, электрическое), в которых находится система, постоянны, а изменяются лишь температура и давление, то для неконденсированных систем, содержащих газовую фазу (зависящих от значения давления) n = 2.  Для неконденсированных систем, не содержащих газовой фазы и не зависящих вследствие этого от давления n = 1. Например, для сплавов правило фаз имеет вид: С + Ф = Кн + 1. Или С = К_н +1 – Ф.

При условии С =0 система называется безвариантной. Это значит, что нельзя изменить ни один из параметров системы.  При С = 1 (моновариантная система) можно изменять один параметр состояния, а все остальные параметры зависят от первого. При С = 2 (бивариантная система) можно изменять независимо друг от друга два параметра состояния, а все остальные параметры будут зависеть от этих двух.

Таким образом, правило фаз позволяет определить условия, при которых возможно сохранение данного фазового равновесия.

Основной инструмент изучения фазового равновесия в термодинамических системах – это так называемая фазовая диаграмма, или диаграмма состояния. Фазовая диаграмма позволяет судить об агрегатных состояниях компонентов и их изменениях. Особенное значение имеют фазовые диаграммы при изучении свойств различных сплавов. Диаграммы состояния получают экспериментально. Обычно для этого строят кривые охлаждения сплава с различным содержанием компонентов и по остановкам и точкам перегиба, вызванными различными тепловыми эффектами, определяют температуры, при которых происходят эти превращения. Для получения кривых охлаждения из двух металлов изучаемого сплава приготовляют ряд смесей различного состава. Каждую смесь расплавляют. Полученные жидкие сплавы медленно охлаждают, отмечая через определенные промежутки времени температуру остывающего сплава. По данным наблюдений строят графики – кривые охлаждения.

На диаграммах состояния по вертикальной оси откладывают температуру, а по горизонтальной – состав сплава (содержание одного из компонентов). Для сплавов из двух компонентов Х и У состав сплава относительно одного из компонентов обозначают точкой на соответствующем отрезке прямой, принятой за 100%.

Четырем упомянутым выше типам сплавов, а именно, механической смеси, твердому раствору с неограниченной и ограниченной растворимостью металлов друг в друге и химическому соединению, отвечают фазовые диаграммы соответствующего вида.

            На рисунке показана диаграмма состояния сплава, образующего механическую смесь индивидуальных компонентов. Точки А И В – это температуры плавления компонентов системы Х и У соответственно. В сплавах добавление одного компонента к другому понижает температуру его кристаллизации (затвердевания). Кривая АЕ показывает температуру кристаллизации металла Х из расплавов, богатых металлом Х, а кривая ВЕ – температуру кристаллизации металла У из расплавов, богатых металлом У. Число степеней свободы системы в момент ее равновесной кристаллизации в рассматриваемых случаях равно 1: С = 2 + 1 –2 = 1. Это значит, что произвольно можно изменять только один параметр состояния – температуру или состав сплава. Другой параметр устанавливается в зависимости от указанной на диаграмме состояния закономерности.

 Точка Е принадлежит обоим кривым: из расплава, состав которого отвечает этой точке, кристаллизуются одновременно оба металла. Эта совместная кристаллизация происходит при самой низкой температуре. Отвечающий точке Е состав сплава называется эвтектическим составом,  или просто эвтектикой (от греческого «эвтектикос» – хорошо плавящийся).  Число степеней свободы в точке кристаллизации эвтектики равно нулю: С = 2 + 1 – 3. Это значит, что трехфазное равновесие в конденсированной двухкомпонентной системе возможно только при единственном значении состава и температуры.

            Линии АЕ и ВЕ – это зависимости температуры начала кристаллизации двухкомпонентной системы от ее состава. Их называют линиями ликвидуса, или ликвидусом (от латинского слова “жидкий”). Прямая аЕb представляет собой температурную зависимость конца кристаллизации двухкомпонентной системы. Ее называют линией солидуса, или солидусом (от латинского слова «твердый»).

 Область I, расположенная выше ликвидуса – это область жидкого состояния системы с числом степеней свободы, равным 2: С = 2+ 1 - 1. Это значит, что в таком состоянии в системе можно менять оба параметра состояния (температуру и состав).

Область II, расположенная между левой ветвью ликвидуса и солидусом, изображает двухфазное равновесное состояние системы, являющейся смесью расплава, насыщенного компонентом Х, и кристаллов металла Х.

Область III, расположенная между правой ветвью ликвидуса и солидусом, изображает двухфазное равновесное состояние системы, представляющей собой смесь расплава, насыщенного компонентом У, и кристаллов компонента У.

Область IV  изображает кристаллическое состояние системы. В таком состоянии сплав представляет собой тонкую механическую смесь кристаллов металлов Х и У. Число степеней свободы системы в таком состоянии равно 1: С = 2 + 1 –2 = 1. Этой степенью свободы является температура.

            При термодинамически обратимом охлаждении расплава на всем пути изменения его температуры от начала кристаллизации и до образования эвтектики между его твердой и жидкой фазами соблюдается термодинамическое равновесие. Линию, соединяющую на диаграмме точки, соответствующие состояниям равновесных фаз, называют нодой. Это, например, линия MN, соединяющая точку М, соответствующую состоянию твердой фазы (кристаллы металла Х) с точкой N, соответствующей состоянию расплава состава l, равновесного при данной температуре t_c с указанной твердой фазой. Ноды используют для предварительного определения массы кристаллов, образующихся при охлаждении расплавов. Расчет ведут по правилу рычага:

Отношение массы твердой фазы М_кр (кристаллов) по отношению к массе жидкой фазы М_р (расплава) равно отношению отрезка ноды, соответствующего изменению состава расплава при его охлаждении, к отрезку ноды, соответствующему исходному состоянию расплава.

Другими словами, М_кр:М_р = СN:МС. Отсюда следует, что отношение массы образовавшихся кристаллов М_кр к исходной массе расплава М_исх равно отношению отрезка ноды, соответствующего изменению состава расплава при его охлаждении, ко всей ноде, или М_кр:М_исх = СN:MN.

Задача 1. Найти число степеней свободы системы свинец-висмут, если из расплава Pb – Bi будут выпадать кристаллы висмута.

Решение: Под числом степеней свободы в равновесной гетерогенной системе понимают условия (температуру, давление, концентрацию компонентов), которые можно произвольно изменять, не нарушая равновесия системы и не изменяя число фаз в системе. Число степеней свободы системы рассчитывается с помощью правила фаз: С = Кн – Ф + 1 (для систем, не содержащих газовой фазы).

В данной системе 2 независимых компонента (свинец и висмут) и две фазы – расплав и кристаллы висмута. Число степеней свободы в этой системе равно С = 2 – 2 + 1 = 1. Эта система имеет одну степень свободы, и можно произвольно изменять либо температуру, либо концентрацию компонентов системы, не нарушая ее равновесия.

Задача 2. Сплав содержит 24% кадмия и 76% висмута. В 1000 г сплава содержится 400 г висмута в виде кристаллов, вкрапленных в эвтектику. Рассчитайте состав эвтектики.

Решение: Эвтектика – неоднородная механическая смесь, состоящая из мелких кристаллов двух компонентов сплава, образовавшаяся при одновременной кристаллизации обоих компонентов. Масса эвтектики равна 600 г (1000 – 400). Масса содержащегося в сплаве кадмия равна 240 г, а висмута – 760 г. Следовательно, эвтектика содержит 240 г кадмия и 760 – 400 = 360 г висмута. Процентное содержание кадмия в эвтектике равно 240:600 (х100%) = 40%; процентное содержание висмута в эвтектике равно 360:600 (х100%) = 60%.

 Задача 3. Найдите состав твердой и жидкой фаз в системе, содержащей 60% свинца и 40% олова при 200⁰С. Какова масса твердой фазы, выделившейся при этой температуре из 5 кг сплава?   Диаграмма плавкости системы приводится  ниже.

Решение: На диаграмме плавкости сплава свинца с оловом данному составу и данной температуре соответствует точка К, через которую проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой АЕ и ординатой, соответствующей чистому свинцу. Точка F отвечает составу жидкой фазы, а точка N – составу твердой фазы. Жидкая фаза имеет состав 55% олова и 45% свинца. Твердая фаза представляет собой чистый свинец.

Масса твердой фазы Мт и жидкой фазы Мж в сплаве данного состава и при данной температуре определяют по правилу рычага: массы твердой и жидкой фаз обратно пропорциональны длинам отрезков между точкой, выражающей данное состояние системы, и точками, определяющими состав твердой и жидкой фаз.

Мт:Мж = KF:NK. Общая масса сплава 5 кг, тогда Мж = 5 – Мт. NK = 40, KF = 15. Тогда Мт:5-Мт = 15: 40; 40Мт = 75 –15Мт; 55Мт = 75; Мт = 75:55 = 1,36 кг. Таким образом, из 5 кг сплава при температуре 200^оС выделяется 1, 36 кг свинца (твердой фазы).

Твердые растворы образуют компоненты сплавов, неограниченно растворяющиеся друг в друге как в жидком, так и в твердом состоянии и не образующие при этом химических соединений. Например, серебро и золото образуют при сплавлении твердый раствор. Сплаву Ag – Au отвечает диаграмма плавкости следующего вида:

Кривая АВС отвечает температуре плавления сплавов; кривая ADC – температуре затвердевания сплавов. Вид кривых плавления (верхней и нижней) обусловлен тем, что кристаллы, выделяющиеся при охлаждении расплава, всегда содержат оба компонента (кроме кристаллизации чистых серебра и золота).

            Области I на диаграмме состояния отвечает расплав, области II – сосуществование расплава и кристаллов твердого раствора, области III – твердый раствор.

Задача 4: Определить температуру затвердевания и плавления сплава, содержащего 25% серебра и 75% золота.

Решение: Сплаву, содержащему 25% серебра и 75 % золота, соответствует точка К на оси абсцисс. Из точки К проводим прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с кривой плавления и затвердевания в точках В и D. Из этих точек проводим прямые, параллельные оси абсцисс, до пересечения с осью ординат в точках B₁ и D₁. Точка D₁ соответствует температуре затвердевания сплава, которая равна 1025^оС. Температура полного плавления сплава равна 1045^оС (точка В₁).

Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге имеет более сложный вид и здесь не рассматривается.

Интерметаллические соединения образуются в том случае, когда компоненты сплава химически взаимодействуют между собой и в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге, а в твердом состоянии совершенно нерастворимы. О рассмотренных ранее диаграмм эта диаграмма отличается наличием максимума на кривой ликвидуса. Диаграммы плавкости этого типа представляют собой как бы сочетание двух эвтектических диаграмм первого типа.

На рисунке приведена диаграмма состояния системы магний – свинец. Эта система образует интерметаллическое соединение состава Mg₂Pb. Абсцисса точки максимума указывает состав интерметаллического соединения и отвечает температуре его плавления.  На диаграмме имеются две эвтектики  Е₁ и Е₂. Эвтектика Е₁ представляет собой смесь кристаллов магния и Mg₂Pb, а эвтектика Е2 – кристаллов свинца и Mg₂Pb.

            Если компоненты системы способны образовывать несколько химических соединений, то диаграмма будет как бы составлена из трех, четырех и более отдельных диаграмм первого типа.

            Области I на диаграмме отвечает жидкий сплав, областям II –V – равновесия жидкого сплава и соответствующих кристаллов (в области II – кристаллы магния, в областях III И IV – кристаллы Mg₂Pb, в области V – кристаллы свинца). Областям VI – IX соответствуют твердые сплавы (магний + эвтектика Е₁ в области VI, Mg₂Pb + эвтектика Е₁ в области VII, Mg₂Pb + эвтектика Е₂ в области VIII, свинец и эвтектика Е₂ в области IX).

Задача 6. По диаграмме плавкости системы Mg – Pb определите формулу интерметаллического соединения, образуемого этими металлами. Какова масса химического соединения, содержащегося в 500 г сплава состава 40% свинца и 60% магния?

Решение: Максимум на кривой ABCDM (точка С) отвечает температуре плавления интерметаллического соединения, образованного магнием и свинцом. Температура плавления интерметаллического соединения равна 551^оС. Из диаграммы плавкости видно, что интерметаллическое соединение содержит 80% свинца и 20% магния. Обозначим формулу интерметаллического соединения через Mg_хPb_у. Атомная масса магния равна 24,305, а атомная масса свинца – 207,29. Тогда х:у = 20/24,305:80/207,29 = 0,82:0,39 = 2:1. Формула соединения - Mg₂Pb.

Лекция "24 Кетамин" также может быть Вам полезна.

            В сплаве магния больше, чем в составе химического соединения. Следовательно, свинец полностью входит в состав соединения. В 500 г сплава содержится 500∙0,4 = 200 г свинца. По массе свинца определяем массу химического соединения: 200:0,8 = 250 г.

            Мы рассмотрели простейшие, но наиболее важные диаграммы состояния. Для многих сплавов и других многокомпонентных систем диаграммы состояния носят значительно более сложный характер. Ряд металлов и сплавов испытывают превращения в твердом состоянии, переходя из одной модификации в другую (например, α, β, γ и δ- железо). 

            Для технически важных систем диаграммы состояния хорошо изучены и приводятся в специальной литературе. Они служат научной основой при подборе сплавов, обладающих заданными свойствами, при разработке новых сплавов и методов их термической обработки. Примером системы, имеющей огромное значение, служит система железо-углерод. В 1868 году русский металлург Д.К Чернов впервые указал на зависимость микроструктуры стали от определенных температур («критических точек»). Изучение диаграмм состояния углерод-железо положило начало материаловедению – науки о строении и свойствах металлов и сплавов.

В дополнение к термическому анализу часто проводят микроскопическое металлографическое исследование отшлифованных и отполированных образцов различных металлов и сплавов, обработанных травителем. Травитель выбирают таким образом, чтобы он растворял преимущественно один компонент сплава. Изучение структуры сплава, выявленной таким образом, помогает определить тип взаимодействия металлов, входящих в состав сплава.

С помощью рентгеноструктурного анализа определяют тип кристаллической решетки сплава и межатомные расстояния в кристаллической решетке.