Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Сферический графит улучшает механические свойства чугуна. Из высокопрочного чугуна изготовляют коленчатые валы, насосы, вентили и т. п. При длительном нагревании отливок из белого чугуна графит принимает хлопьевидную форму; чугун становится ковким. Ковкий чугун характеризуется высокими механическими свойствами. Из него делают детали, материал которых должен быть пластичным и прочным (например, задние мосты автомобилей).
Стали подразделяются на различные группы, во-первых, по химическому составу и, во-вторых, по назначению. По химическому составу они делятся на углеродистые и легированные. " Качественные реакции на ионы Ее"т и Ге' чогут быть представлены уравнениями: К'+Ее'е Е(Ее(С(ч),!' = КЕе1Ее(См)е1 К++Гете+ (Ге(СКЫ)т = КЕе!Ее(Сг()е) что говорит об идентичности состава берлинской лазури и турнбулевой сини. 828 В углеродистых кроме углерода (до 2 ой) имеются небольшие количества марганца и кремния (вводятся при раскислении стали), а также фосфор и сера.
Производство легированных сталей предусматривает введение легирующих элементов (Сг, (т(1, Мо н др,) для придания сплаву определенных свойств: высокой прочности, пластичности и т. п. По своему назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные стали могут быть и углеродистыми и легированными. Основные легирующие элементы конструкционных сталей Сг, Х1, Мп. Они хорошо поддаются обработке давлением, резанием; хорошо свариваются. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Инструментальные стали тоже могут быть и углеродистыми и легированными. Основной легирующий элемент —- хром.
Эти стали характеризуются высокой твердостью, прочностью, износостойкостью. Их применяют для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов и т. п. К сталям с особыми свойствами относятся нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и некоторые другие. Нержавеющие стали устойчивы против коррозии в агрессивных средах, жаростойкие — против коррозии при высоких температурах. В энергетике важны жаропрочные стали, сохраняющие высокие механические свойства при нагревании до значительных температур, что важно при изготовлении лопаток газовых турбин, В электротехнике важны магнитные стали, которые используются для постоянных магнитов и сердечников магнитных устройств, работающих в переменных полях.
Постоянные магниты делают из высокоуглеродистых сталей, легированных хромом и вольфрамом. Они хорошо намагничиваются и долго сохраняют остаточную индукцию. Сердечники, наоборот, делают из низкоуглеродистых сталей, легированных кремнием. Они легко перемагничиваются и характеризуются малыми электрическими потерями. Чугун дешевле стали. Он почти не способен к пластической деформации: однако его хорошие литейные свойства делают его незаменимым материалом в некоторых областях техники. К об а л ьт вполне устойчив по отношению к воде и воздуху.
В разбавленных кислотах он растворяется труднее, чем железо. Кислород окисляет кобальт лишь при температурах выше 300'С. При нагревании кобальт (особенно в виде порошка) взаимодействует, как и железо, со многими неметаллами. Соединения его с галогенами (СоС4 и др.) — соли, с водородом и бором — твердые растворы. Кобальт образует и металлоподобные соединения типа СозС, Соз(х) и др.
Кобальту соответствуют два оксида СоО и СозОз. Оксиды и отвечающие нм гидроксиды имеют преимущественно основный характер. СозОз — сильнейший окислитель; Со'++е — Со'" (Е" = 1,04 В)*. Относительно более устойчив ь Кобальт а степени окисления +3 более сильный окислитель, яем железо (Гезе+е' Ге'+ Еа= 077 В) 329 смешанный оксид СоО СоаОа, но и он является энергичным окислителем. У кобальта сильно выражена способность к комплексообразованию. Причем дкцепториые свойства более характерны для Со'+, чем для Со'+.
Ионы Сок+ образуют и катиоииые, и анионные комплексы (координационное число Со'+ равно шести), напРимеР [Со(Г4На)а) С(а и Кз(Со()к(Оа)а) . ПРименение кобальта связано, главным образом, с производством сплавов. Его вводят в некоторые сплавы, чтобы сообщить им твердость. Среди таких сплавов следует отметить стеллит (сплав кобальта с хромом и вольфрамом), используемый в качестве конструкциониого материала в турбинах, и победит (сверхтвердый сплав), содержащий 10 вв Со. Изотоп "Со широко применяется в медицине в борьбе с раком («кобальтовая пушка»).
Н и к е л ь не окисляется на воздухе и легко растворяется только в разбавленной азотной кислоте. Химическая стойкость никеля обусловлена его склонностью к пассивированию, связанному с образованием на поверхности металла защитной оксидиой пленки. С кислородом он начинает взаимодействовать только при 500 'С. И лишь в измельченном состоянии при нагревании КН реагирует с галогенами, серой и другими неметаллами. С большинством из них он, как и многие з(-элементы, образует соединения переменного состава (в том числе и металлоподобные). Из соединений никеля практическое значение имеют главным образом те, в которых степень окисления никеля +2. Оксид %0 и гидроксид Н1(ОН)а в воде не растворяются, но легко растворяются в кислотах и растворе аммиака.
Взаимодействия идут с образованием комплексных ионов: ви(ОН)з + 2Не + 4НзО = !)Ч)(НзО)з! '+ акваковваекс Г(з(ОН)з + б)4Нз = !)Ч((ЫНз)з)'+ + 2ОН Для ионов %'+ характерны координационные числа 4 и б. Из соединений никеля (ЕП) важным для практики является окснд %,0з, который применяется при изготовлении щелочных аккумуляторов.
Основная масса металлического никеля используется в производстве различных сплавов. Сплавы на основе никеля можно разделить на жаропрочные, магнитные и сплавы с особыми свойствами. К важнейшим жаропрочным сплавам никеля относятся нимоник (59 во %, 20 ~4 Сг, 16 вв Со, остальное Т!, А!, Ге, Мп, 81) ) и инконель (73 9вз %, 15 в~ Сг, 7 ~4 Ре, остальное Т1, А1, 1((), Мп, 51).
Эти сплавы используются в современных турбинах и реактивных двигателях, где температура достигает 800 †900 'С. В качестве связующего материала никель используется в металлокерамических жаропрочных сплавах, сохраняющих свои механические характеристики при 1000 — 1100'С. К жаропрочным сплавам относится и нихром, который применяется для изготов- ззв ления элементов электронагревательных приборов. Из магнитных сплавов никеля нужно отметить пермаллой (78,5% )к)1; остальное Ре), способный интенсивно намагничиваться даже в слабых полях вследствие очень высокой начальной магнитной проницаемости.
К сплавам никеля с особыми свойствами принадлежат монельметалл (30% Сц, остальное )к)1), инвар (Зб % 1511, 0,5% Мп, 0,5% С, остальное Ге), платинит (45% (т)1, 0,15% С, остальное Ге). Все эти сплавы уникальны (каждый в своем роде). Так, например, инвар практически не расширяется при нагревании до 100'С, а платинит имеет коэффициент термического расширения такой же, как у стекла, и используется для впаивания вводов металлических контактов в стекло. Чистый никель используют для никелирования. Мелко раздробленный никель применяется в качестве катализатора. Платиновые металлы.
Все платиновые металлы относятся к числу малораспространенных элементов. В природе они встречаются только в самородном состоянии и почти всегда сопутствуют друг другу. Они не образуют сколько-нибудь значительных скоплений и обычно являются лишь незначительной примесью к продуктам выветривания горных пород. Разделение платиновых металлов представляет значительные трудности. Будучи сильно рассеяны, платиновые металлы стали известны сравнительно недавно. Первой была открыта платина (1750). И только в !884 г. русский исследователь К.
К. Клаус открыл рутений; Клаус назвал элемент в честь России (Кц()!еп(а). Элементы платиновой группы в свободном виде представляют собой серебристо-белые достаточно тугоплавкие металлы (Рс( имеет сероватый оттенок, Оз имеет синеватый оттенок). Палладий, родий и платина хорошо поддаются механической обработке; рутений, ириднй и осмий более тверды и хрупки. Ниже приведены некоторые сведения о платиновых металлах; Оз 1г 0,138 7,46 8,7 8,7 9,0 12,4 12,4 12,0 22,5 22,4 21,5 1552 3000 2450 1773 331 Электронная конфигурация атома радиус атома, нм . Энергия ионизацин Э вЂ” Эт, зн Атомное содержание в земной коре, Уа Плотность, г/смз Темпера. тура плавления, 'С Относи- тельная 4д~55~ 4ом55~ 45/~5555 бльбзт 5К655 5дтбзГ 0,134 0,134 0,137 О,! 35 0,135 9 10 ' 2 10 ' 2 10 ' 5 1О ' 2 1О ' 5 1О ' алентрическая проводимости !!!к= !! Стандартный ален.
тропный жпенниал Эе/Э, В !О !! !О !9 !6 !О + 0,99 * Кп, Кй и !г перевопятся в растворимое состояние сплавлением со щелочами в присутствии онислителей. зз2 Платиновые металлы чрезвычайно устойчивы по отношению к химическим реагснтам. Рутений, родий и иридий (компактные) не растворяются даже в царской водке*. Последняя растворяет платину и осмий, а палладнй растворяется также в НгчОз. Несмотря на близость атомных радиусов и энергий ионизации (см. выше), химические свойства платиновых металлов во многом индивидуальны (даже когда речь идет об электронных аналогах).
Рутений и осмий — элементы, способные проявлять степень окисления +8; известны их оксиды К00, и 090!. Кроме этих оксидов они образуют диоксиды КцОз и РЮз. Диоксиды образуют также иридий и платина: !гОз и РЮ . Родий имеет только один устойчивый оксид К)ззОз Моноксиды дают платина и палладий; РЮ и Рс)О.
Также разнообразно отношение платиновых металлов (мелко раздробленных) к ряду неметаллов, проявляемое в реакциях, протекающих при нагревании: по отношению к кислороду устойчивее других К)з и Р), по отношению к сере — Кц, по отношению к хлору --!г. Наименее устойчивы по отношению к кислороду Оз (тонкий порошок металла медленно переходит в 0904 на воздухе уже на холоду) и Рс), В настоящее время более других платиновых металлов используются платина и палладий.
Платина устойчива на воздухе. Она растворяется только в царской водке, образуя гексахлороплатиновую кислоту Нт[Р)ОЦ. Из-за своей жаростойкости и химической инертности платина применяется в химической промышленности для изготовления коррозионно-стойких деталей аппаратуры, в электрохимических процессах — для изготовления платиновых электродов, а также для изготовления специальной лабораторной посуды— тиглей, чашек и т. п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
