Контрольные работы, курсовые, дипломные, рефераты, а также подготовка докладов, чертежей, лабораторных работ, презентаций и еще много всего. Недорого и быстро.
Твердые растворы, колокола и пушки
То, что мы в повседневном разговоре называем металом, на самом деле почти, всегда является сплавом. Хотя с химической точки зрения сплавы являются смесями, а не соединениями, обычно по своим свойствам они значительно отличаются от исходных компонентов. После того как сначала выборочно, а затем систематически были исследованы десятки тысяч сплавов, удалось создать сплавы,удовлетворяющие любым, самым высоким требованиям современной техники. В наши дни промышленность выпускает тысячи сплавов, обладающих самыми разными показателями прочности, пластичности, различными температурами плавления, коэффициентами теплового расширения и т.д. Из этого можно понять, что компоненты сплава (как и любого раствора) могут по-разному влиять на его свойства.
Одна из возможностей такого воздействия на свойства, наблюдаемая, в частности, в оловянных бронзах, состоит в образовании так называемого твердого раствора. Твердый раствор получается тогда, когда компоненты сплава смешиваются не только в жидком, но и в твердом состоянии.
* По другой версии слово "бронза связывают с названием древнего средиземноморского порта Брундизия (ныне Бриндизи), где с давних времен в довольно больших масштабах получали сплав меди и олова. Прим. ред.
Значит, размеры их атомов примерно одинаковы и компонент с небольшим содержанием легко "вписывается " в кристаллическую решетку основного компонента. Структура твердых растворов и их свойства в большой мере зависят от условий затвердевания сплава и его последующей обработки ковкой, отжигом и т.д. И на свойства готовой отливки можно воздействовать этими способами в довольно широких пределах. Особенно заметно могут изменяться твердость и электрическое сопротивление сплава: вследствие "сцепления" посторонних атомов с атомами первоначальной кристаллической решетки эти показатели обычно возрастают.
Самые первые бронзы содержали менее 6 % олова, поэтому их можно было обрабатывать в холодном состоянии (ковкой). Затем содержание олова в бронзе постепенно возрастало. Такие бронзы имели хорошие литейные свойства и были тверже. Но когда позже установили, что бронза, содержащая 10—14 % олова, тоже хорошо поддается холодной обработке, такой состав был признан стандартным. Еще в период ранней истории человечества была известна особая твердая бронза, из которой делали штампы для чеканки и даже напильники. Однако мы не знаем, чем была обусловлена такая твердость — химическим составом или механической обработкой.
Как уже говорилось, преобладавшее примерно с XIII века до н.э. железо ни в коем случае не вытеснило бронзу. Из нее начали изготовлять предметы, которые при том уровне техники было трудно или совсем невозможно делать из железа: сосуды, монеты, статуи и рельефы, а позже колокола и пушки. Колокола пришли в Европу из Китая около 400 г. н.э., а пушки были изобретены в Европе в начале МУвека. Колокольная бронза содержала до 25 % олова, а применявшаяся до изобретения стальных литых труб пушечная бронза - 10 % олова и 2 % цинка. В старину бронзолитейщики не удовлетворялись только назначением изделия: они лили пушки с украшениями, представляющими часто большую художественную ценность. Как самая крупная пушка (калибр 82 см), так и самый большой колокол (масса около 200 т) находятся в московском Кремле. Они так и называются - "Царь-пушка" и "Царь-колокол". К сожалению, отлитый в 1735 г. "Царь-колокол" при охлаждении лопнул, причем вывалился кусок массой примерно 11,5 т. Поэтому самым кру пным из действующих колоколов считается колокол собора св.Петра в Риме; его масса равна 42 т. "Царь-пушка" тоже ни разу не стреляла.
трудности с оловом Хотя бронза содержит сравнительно
немного олова, ее многогранное применение в древности вызвало большой спрос на олово, тем более, что в странах Средиземноморья месторождений этого металла почти нет. Само по себе олово — не очень редкий элемент: по распространенности в земной коре оно занимает 31-е место* однако основные его месторождения нахо-
* Здесь и далее место, занимаемое тем или иным элементом по распространенности в земной коре, дается авторами по одной из нескольких принятых геохимических классификаций (по другой классификации, например по шкале советского геохимика академика А.П.Виноградова, то же олово занимает более скромное 47-е место). Прим. ред.
дятся в Индонезии (остров Банка), близ Сингапура, в Боливии, Австралии, Мексике и на Аляске, т.е. в областях, не доступных древним. Египтяне, по-видимому, получали оловянную руду из северной Персии; некоторые исследователи полагают, что спор из-за прекраной Елены был лишь поводом для Троянской войны, а действительная причина заключалась в стремлении обеспечить свободный вывоз олова из Азии в Грецию. Хотя древние греки считали, что мир кончается за "Геркулесовыми столпами" (Гибралтарским проливом), возможно еще финикийцы и уж наверняка древние римляне вывозили олово из Англии, римляне в целях безопасности вывозили олово через пролив Ла-Манш. Однако английские месторождения сейчас уже полностью исчерпаны, как это было в средние века с саксонскими и чешскими месторождениями.
В природе олово встречается почти исключительно в виде касситерита SnO2, который легко восстанавливается при нагреве с углем. Чистое олово представляет собой серебристо-белый блестящий металл, плавящийся при 232 0C На поверхности олова быстро образуется тонкий окисный спой, в результате чего оно довольно устойчиво к действию агрессивных химических веществ. Впервые чистое олово было получено примерно за 18 столетий до нашей эры в Китае и Японии. В период правления XVIII династии в Египте (1580—1350 гг. до н.э.) оно уже было известно. Во времена Гомера олово иногда еще путали со свинцом, но уже тогда использовали его как заменитель серебра для украшения оружия. В средние века олово было основным материалом для изготовления столовой посуды, искусно выполненные оловянные тарелки и кувшины тех времен и сейчас пользуются большим спросом у коллекционеров и очень дорого сто- Оловянная посуда XVI века ят. Оловянные солдатики, сделанные из сплава олова со свинцом, еще до недавних пор были любимыми игрушками детей; в настоящее время их изготовляют только для музеев и в редких случаях для коллекционеров. Сплав олова со свинцом — хороший материал для органных труб.
Но все эти "сокровища" подвержены коварной "болезни", которая впервые была описана в середине прошлого века под названием "оловянная чума". На поверхности олова образуются наплывы в виде бородавок, из которых сыплется серый порошок. Эта болезнь "заразная": при контакте пораженного оловянной чумой предмета с другими оловянными предметами они тоже "заболевают". Причина оло-
22
вянной чумы состоит в том, что металлическое "белое" олово переходит в неметаллическое состояние — "серое" олово, устойчивое при температуре ниже 13,20C Таким образом, оловянная чума всегда может вспыхнуть, если металл долго хранится при температуре ниже 13,20C Однако это превращение быстро протекает только при очень большом морозе, поэтому всегда можно принять предохранительные меры.
Олово находит применение в основном для получения мягких припоев (оловянноцинковых сплавов для пайки тяжелых металлов; эти сплавы содержат 25—98 % олова, 2—75 % свинца и до 3- % сурьмы) и для производства белой жести — листов железа, покрытых слоем олова, нанесенного электролитически или погружением листа в расплавленное олово. Белую жесть используют главным образом для изготовления консервных банок. Поскольку пищевая промышленность все больше нуждается в белой жести, происходит постоянное удорожание олова, усугубляемое еще и тем, что в производство вовлекаются все более бедные оловянные руды и затраты на производство олова все время растут. Поэтому ученые и инженеры стараются заменить олово там, где это можно, другими металлами. Во многих случаях это удается. Например, станиоль (оловянная фольга для упаковки продуктов питания) заменен алюминиевой фольгой, для производства тюбиков используют пластмассы и т.д. Однако кардинально решить проблему замены олова для консервных банок пока не удается.
|
Вы находитесь на сайте Xenoid v2.0: |
|
Copyright © 2005-2013 Xenoid v2.0
Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач