khimie.ru

Вопросы и ответы для викторины

1. Чем объяснить прочность металлов?

Прочность металлов объясняется металлической связью, которая образуется между электронами, ионами и атомами сразу. При этом образуется плотная упаковка кристаллических решеток.

2. Какой металл самый легкий и тяжелый? Из каких двух металлов тяжелее второго в 42 раза?

Самый легкий металл литий, имеющий плотность 0,53 г/см³. Он в 15 раз легче железа и в 2 раза легче воды. Тяжелый металл — осмий. Его плотность 22,5 г/см³. Итак, осмий в 42 раза тяжелее литий. И радий и платина также имеют большую плотность, ибо их атомы принадлежат к самым тяжелым.

3. Какие металлы имеют наивысшую температуру плавления?

Наивысшую температуру плавления имеют молибден +2620 °С и вольфрам +3400 °С. Это объясняется строением их атомов. Они имеют небольшие атомные радиусы и большое количество валентных электронов, что приводит наибольшую прочность кристаллических решеток.

4. Какие металлы добывают из золы каменного угля?

Из золы каменного угля добывают галлий, скандий и германий. Для галлия и германия зола каменного угля являются неисчерпаемыми залежами. Количество их в земной коре достигает 1-1,5 %, но они очень рассеяны в различных минералах.

5. Кто был первым российским металлургом?

Первым российским металлургом был М. В. Ломоносов. Он написал первый русский учебник по горнозаводскому делу ‒ «Первые основания металлургии или рудных дел». Эта книга сыграла важную роль в развитии российской металлургии, в создании российской металлургической терминологии. В учебнике было описано выплавку чугуна из руд и оборудования печи и высказано мнение о возможности использования отходящих газов.

6. Кто является автором метода цианирования?

Метод цианирования ‒ добыча золота из руд с помощью растворов цианистого калия или натрия — открыл русский инженер П. Г. Багратион, племянник прославленного героя Отечественной войны 1812 г.

7. Какой оксид железа мешает ему окисляться? Что такое воронение?

Защитить железо и сталь от ржавчины можно окислением, или воронениям. Вследствие воронения на поверхности железа и стали образуется тонкий и плотный слой закиси окиси железа черного или синего цвета.

Существует много способов воронения. Лучше воронуваты раскаленное железо перегретым водяным паром.

Окисление повышает срок службы стальных и железных машин и инструментов, деталей и оружия.

8. Какой драгоценный металл в начале XVIII в. выбрасывали в реку?

В XVII в. испанцы, добывая золото из россыпей в Колумбии, находили серебристый металл платину, который не плавился и считался вредной примесью. В начале XVIII в. испанское правительство издало распоряжение выбрасывать его в реку.

9. Из какого металла изготавливают цистерны для перевозки серной кислоты?

Концентрированную серную кислоту перевозят в железных цистернах, так как железо в ней не растворяется.

10. Что такое анодированный алюминий?

Анодированный алюминий имеет золотистый цвет и применяется для изготовления ювелирных изделий и приборов. Анодирование алюминия — это защита алюминия и его сплавов плотными окислительными пленками с помощью постоянного электрического тока. Во время анодирования детали выполняют роль анода в электролизе, что происходит в особых средах. Вследствие происходящей реакции на аноде, образуется атомарный кислород, который окисляет металл. При этом окисная пленка алюминия укрепляется в сотни раз.

11. Как минеральные удобрения помогают защищать металл от коррозии?

Если прокипятить железные или стальные изделия в растворах фосфорнокислых солей (например, суперфосфата), то на поверхности железа образуется слой фосфорнокислого железа в виде твердой плотной пленки, которая хорошо защищает поверхность металла от коррозии, особенно если ее покрасить.

12. Какой металл называется «крылатым металлом»?

Благодаря легкости, твердости, прочности, пластичности и устойчивости против коррозии алюминий и его сплавы широко применяются в строительстве, самолетостроении, танкостроении, в автопромышленности, для изготовления понтонов, электропроводов, посуды, мебели.

В самолетах на алюминий приходится 80 % и на сталь 20 %. За это его называют «крылатым металлом».

13. Какой металл называют прекрасным?

Замечательным металлом называют дорогой редкий легкий металл бериллий. Он в три раза легче алюминия.

Бериллий имеет большое значение для современной техники. Благодаря своей легкости и потому, что он в сплавах с другими металлами повышает их механические свойства, бериллий применяется в самолето- и ракетостроении. Сплавы его имеют золотистый цвет (напоминают цвет золота) и очень устойчивы против воздействия коррозии. Бериллий такой твердый, что может резать стекло. Он отбирает и замедляет движение электронов, а потому весьма ценный для ядерных реакторов, легко пропускает рентгеновские лучи.

Металлический бериллий добывают из минерала берилла.

14. Поверхность любого металла блестит, не темнея течение нескольких лет?

Рений — темный блестящий металл, поверхность которого не темнеет в обычных условиях в течение нескольких лет. Только благородные металлы могут конкурировать с рением. Рений не растворяется в плавиковой, соляной и серной кислотах. Плавится он при температуре 3170 °С; кипит при 6000 °С.

Рений применяется для изготовления кислотоупорных и жаропрочных сплавов.

15. Какой металл самый стойкий против коррозии?

Наивысшую стойкость против коррозии имеет тантал. Он устойчив даже за золото. На тантал не действует активный хлор. Его не растворяют кислоты и даже царская водка. Не растворяется он и при длительном нагреве до температуры 200 °С в концентрированной азотной кислоте.

Тантал широко применяется в химическом машиностроении. Аппараты для производства соляной кислоты, сделанные из тантала, работают более 20 лет.

16. Которые четыре металлы наиболее тугоплавкие?

Металлы ниобий, тантал, вольфрам, молибден — прочные и имеют самую высокую температуру плавления: вольфрам — 3380 °С, молибден — 2625 °С, тантал — 3000 °С, ниобий — 2468 °С. Все они — химически стойкие металлы.

Тантал — стойкий металл. Он не растворяется в царской водке; на него не действуют хлор и горячая азотная кислота.

Сплавы ниобия и тантала применяют для изготовления химической аппаратуры, газовых турбин в авиации. Ниобий имеет меньшую плотность, чем тантал; его применяют в ракетных двигателях. Как легирующие примеси, ниобий и тантал предоставляют стали жаротривкости (более 900-1000 °С) и антикоррозийной стойкости.

Сталь с примесью вольфрама не окисляется, не снижает прочности при высоких температурах, поэтому из нее изготавливают режущие инструменты для скоростной обработки металла.

Молибденовая сталь очень прочная и упругая. Применяется для изготовления стволов для ружей и пушек, броневых плит.

17. Какой металл называется металлом сверхзвуковых скоростей и сверхтвердых сплавов?

Титан — легкий, жароупорный, тугоплавкий (1670 °С), химически стойкий металл. Благодаря этим свойствам, обеспечивающим возможность использования сверхзвуковых скоростей, титан применяют в авиации и ракетостроении и называют металлом сверхзвуковых скоростей.

Благодаря химической стойкости его применяют также в химической промышленности для изготовления аппаратуры. Соединение титана с углеродом (карбид титана) обладает большой прочностью и применяется в твердых сплавах, содержащих в себе карбид вольфрама и кобальт. Эти сплавы близки по прочности к алмазу и применяются для обработки сталей.

18. Из чего изготавливают жаропрочные металлокерамические сплавы?

Металлокерамические жаропрочные сплавы представляют собой смесь жароупорного металла и жаропрочных, но ломких соединений — карбидов, боридов, оксидов тугоплавких металлов.

Практически как керамические материалы теперь применяют карбиды титана, вольфрама, хрома. Наибольшую термостойкость и стойкость против окисления имеют карбиды титана.

Изделия из металлокерамических сплавов изготовляют обычно методом порошковой металлургии.

Измельченные порошки металлической и керамической фазы смешивают в нужном соотношении, прессуют и спекают. При этом металл частично расплавляется и химически взаимодействует с керамической частью (фазой) сплава.

Основная область применения металлокерамических материалов — современные высокотемпературные газовые турбины.

19. Из чего состоит сплав, близкий по твердости к алмазу?

Сплав победит, который производят на наших заводах, близкий по твердости к алмазу. Он состоит из карбидов титана или вольфрама с добавкой кобальта.

20. Могут ли стальные машины работать на далеком Севере?

Ярости полярные и сибирские зимы господствуют в районе новостроек от Кольского полуострова до Камчатки. Там строят промышленные предприятия, добывающие уголь, руду в открытых карьерах высокопроизводительным методом. Но строительные, горно-строительные и металлургические машины при 30-35 °С мороза не выдерживают средних нагрузок. Чем больше мороз, тем больше поломок. Машины и механизмы для северных районов изготавливают только из холодостойких сталей, сохраняющих пластичность и вязкость при низких температурах. Для этого нужны легированные стали, например, никелевые.

21. От чего зависит высокая электропроводность металлов?

В кристалле металла электрический ток возникает вследствие свободного движения электронов при небольшой разности потенциалов.

Чем больше в металлах кристаллов правильной формы, тем лучше электропроводность, тем легче движутся электроны. Поэтому худшую электропроводность имеет ртуть, а лучшую — золото и серебро. Почти таким же хорошим проводником является медь, которая значительно дешевле благородных металлов и поэтому широко применяется в электротехнике. Чуть хуже проводит ток алюминий, электропроводность которого составляет 60 % электропроводности меди. Железо обладает электропроводностью, почти в 10 раз меньшую, чем медь, а нихром (сплав никеля и хрома) — в 60 раз хуже, чем медь, поскольку в твердом растворе этих металлов искривленные решетки кристаллов, что мешает движению электронного газа.

С повышением температуры электропроводность металлов уменьшается, так как колебания атомов и ионов увеличивается и задерживает движение электронов.

22. Какой металл произвел революцию в электронике и радиотехнике?

Германий ‒ лучший металлический полупроводник для изготовления кристаллических выпрямителей и усилителей в радиотехнике, автоматике, счетных машинах. Благодаря германию большие вакуумные электронные лампы заменены теперь диодами и триодами, которые по размерам не крупнее кукурузного зерна. При этом значительно уменьшились размеры радиоаппаратуры. Германиевый диод представляет собой тонкую металлическую проволочки, что прикасается к пластинке из германия.

До проволочки и пластинки подсоединяют электрические провода. Все это помещается в патрон величиной с кукурузное зерно.

Электропроводность полупроводников зависит от наличия в них примесей. Чтобы создать полупроводники высокой чистоты, выращивают монокристаллы германия из расплава или очищают его методом зонной плавки.

23. Какие металлы, сплавы и соединения металлов требуются для самолето- и ракетостроения?

В авиации и космонавтике широко применяется алюминий и сплав алюминия с магнием. Прочность сплавам алюминия с магнием оказывает примесь германия.

Сплавы никеля, кобальта, молибдена применяют для изготовления наружных обшивок спутников, деталей турбореактивных двигателей, самолетов с ракетными двигателями.

Соединения металлов образуют огнеупорные покрытия. К ним относятся бориды тантала и гафния. Нанесены на молибден, вольфрам и тантал, они выдерживают температуру до 3590 °С и применяются для защиты сопел ракет.

24. Какие металлы расплавляются в ладоши?

Если положить на ладонь маленькие кусочки галлия и цезия, то они расплавляются так как имеют температуры плавления соответственно 29,8 °С и 28 °С. Это свойство их объясняется тем что они имеют по одному валентному электрону, большой радиус атома и небольшие прочность и плотность кристаллических решеток Поэтому эти металлы также легкие. В технике их считают металлическими жидкостями.

Галлий применяется как металлическая жидкость для высокотемпературных термометров. Он имеет температуру кипения 2300 °С. Никакой металл не может долго оставаться в жидком состоянии и нет такой большой разницы между температурами плавления и кипения.

25. Какой сплав применяют в низкотемпературных термометрах?

Сплав ртути с 8,5 % талию применяют в термометрах для измерения температуры от — 59 °С до +550 °С. Таллий имеет свойства, противоположные свойствам галлия, который применяется в высокотемпературных термометрах.

26. Какой металл ядовитее от мышьяка и ртути?

Металлический таллий и его соли очень ядовиты. Раньше его применяли только как яд. Сульфат таллия, например, использовали для уничтожения сусликов и для лечения кожных заболеваний у животных.

27. Какие металлы не горят в кислороде?

При температурах большинство металлов в кислороде горят. Не горят золото, серебро и платина.

28. Какой металл самый стойкий против действия серы?

Калий, натрий и кальций сочетаются с серой со взрывом. Цинк и алюминий реагируют с ней со вспышкой. С химической стороны сера — очень энергичный неметалл. Даже платина в тонко измельченном состоянии сочетается с ней. Серебро в присутствии паров серы тускнеет. Только золото ни в каких условиях не соединяется с серой.

29. Какой металл добавляют к серебру, чтобы оно не тускнело на воздухе?

Так как в воздухе помещений является незначительная примесь сероводорода, на серебре образуется налет сульфида серебра Аg₂S черного цвета, и оно тускнеет. Когда же к нему добавить незначительное количество индия, то это усиливает блеск серебра и предотвращает его потемнение.

30. Какие металлы реагируют с галогенами?

Большинство металлов реагирует с галогенами очень активно. Алюминий горит в броме при обычных условиях, медная и железная проволоки, подогретые на огне, сгорают в атмосфере хлора.

31. Какие металлы имеют магнитные свойства?

Магнитные свойства имеют железо, никель, кобальт и жидкий металл гадолиний, их сплавы, а также магнитный оксид железа, который применяется для магнитофонных лент.