Учебники Рудзитис / 11

§ 33 Сплавы металлов

"Какие способы борьбы с коррозией металлов вам известны?

"Почему алюминий не подвергается коррозии в атмосфере кислорода?

"Какие сплавы металлов вам известны?

"Почему чистое железо практически не используют?

"Какие металлы человек научился использовать раньше других?

Вы ознакомились со свойствами и получением важнейших металлов А- и Б-групп. Чистые металлы не всегда обладают свойствами, на которых основано их использование в той или иной области. Поэтому на практике используют не чистые металлы, а их сплавы (рис. 43).

СПЛАВЫ — это вещества с металлическими свойствами, состоящие из двух или нескольких элементов, из которых хотя бы один является металлом.

Элементы, вводимые в сплавы для улучшения их свойств, называют

легирующими добавками.

Сплавы можно классифицировать по следующим признакам:

1)по числу компонентов (двойные, тройные и т. д.);

2)по структуре (гомогенные — однофазные и гетерогенные — смеси, состоящие из нескольких фаз);

3)по характеру металла, являющегося основой сплава (чёрные —

сталь, чугун, цветные — сплавы алюминия, меди, никеля и т. д.);

150

151

В современной технике наибольшее применение находят сплавы железа. Например, в машиностроении на их долю приходится более 90 % от общей массы применяемых сплавов металлов. Важнейшими сплавами железа являются чугун и сталь.

ЧУГУН — это сплав железа, содержащий 2,14—4 % углерода, а также кремний, марганец, небольшие количества серы и фосфора (табл. 12).

Таблица 12

Виды и свойства чугунов

СТАЛЬ — это сплав железа, содержащий 0,3—2 % углерода и небольшие количества кремния, марганца, фосфора и серы.

152

Широкое применение находят легированные стали. Такие стали в качестве легирующих добавок содержат хром, никель, марганец, кобальт, ванадий, молибден, вольфрам, титан и др. (табл. 13). Большое значение имеют хромоникелевые стали: хром придаёт стали нужную твёрдость, а никель — пластичность.

Таблица 13

Легирующие добавки и применение легированных сталей

153

Сплавы. Легирующие добавки. Чёрные металлы. Цветные металлы. Чугун. Сталь. Легированные стали

1.Что такое сплавы и как их классифицируют?

2.Назовите важнейшие сплавы цветных металлов, их примерный состав, свойства и применение.

3.Охарактеризуйте состав и свойства чугунов.

4.С какой целью в сталь добавляют легирующие добавки? Где применяют легированные стали?

5.Стальную проволоку массой 5 г сожгли в кислороде. При этом получили 0,1 г оксида углерода(IV). Вычислите массовую долю углерода в этой стали.

6.Рассчитайте объём водорода (н. у.), который выделится при действии избытка воды на сплав, содержащий 18,4 г натрия и 15,6 г калия.

Используя Интернет, подготовьте электронные презентации (на выбор) о сплавах по характерным свойствам (тугоплавкие, легкоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твёрдые, коррозионно-устойчивые).

Я могу предсказать свойства сплава, зная его состав.

154

"Какие классы неорганических соединений вам известны?

"На какие группы делят гидроксиды металлов?

"Какие свойства характерны для оснований и амфотерных гидроксидов?

"Какие гидроксиды называют щелочами?

Вы уже знакомы с различными классами неорганических и органических соединений. Важнейший класс неорганических веществ — оксиды.

ОКСИДЫ — это соединения элементов с кислородом. Степень окисления атома кислорода в оксидах равна –2.

Оксиды металлов могут проявлять как основные, так и амфотерные свойства.

ГИДРОКСИДЫ — это неорганические соединения металлов с общей формулой М(ОН)n, где n — степень окисления металла М.

Гидроксиды металлов являются основаниями или амфотерными соединениями. Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов называют щелочами.

Химические свойства оксидов и гидроксидов зависят как от положения соответствующего элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, так и от его степени окисления. Вам уже известно, что в группах сверху вниз увеличиваются атомные радиусы элементов и, следовательно, усиливаются металлические свойства. Особенно это характерно для элементов А-групп. Сверху вниз усиливаются и основные свойства оксидов и гидроксидов соответствующих элементов. В этом можно убедиться при сравнении свойств элементов, их оксидов и гидроксидов (табл. 14).

Существует следующая закономерность: чем выше степень окисления элемента в соединении, тем более сильно выражены кислотные свойства этого соединения. Это наглядно проявляется при сравнении свойств оксидов и гидроксидов хрома (табл. 15).

155

157

Таблица 15

Свойства оксидов и гидроксидов хрома в зависимости от его степени окисления

158

Комплексные (координационные) соединения. Вы знаете, что при взаимодействии амфотерных оксидов и гидроксидов с водными растворами щелочей образуются соли необычного состава, например тетрагидроксоалюминат натрия Na[Al(OH)4], тетрагидроксоцинкат натрия Na2[Zn(OH)4] и др. Подобные соединения относят к особому классу веществ — так называемым комплексным или координационным соединениям. За счёт чего же могут образовываться комплексные соединения?

Чаще всего такие соединения могут образовывать атомы d-элементов, имеющие большое число свободных электронных орбиталей. Эти орбитали могут принимать неподелённые электронные пары каких-либо молекул или ионов по донорно-акцепторному механизму, и возникает ковалентная связь.

Например, в комплексном ионе [Zn(OH)4]2– ион цинка предоставляет для неподелённых электронных пар гидроксогрупп одну 4s- и три 4p-орбитали:

[Zn(OH)4]2–

Среди знакомых вам реактивов комплексным соединением также является используемый в реакции «серебряного зеркала» аммиачный раствор оксида серебра [Ag(NH3)2]OH.

Комплексных соединений множество, и они чрезвычайно разнообразны. Теория комплексных соединений (координационная теория) была предложена в 1893 г. швейцарским химиком Альфредом Вернером. В 1913 г. за разработку этой теории он был удостоен Нобелевской премии.

1.От каких факторов зависят свойства оксидов и гидроксидов металлов? Поясните на конкретных примерах.

2.Напишите формулы высших оксидов селена и хлора. Определите их характер. Запишите уравнения реакций этих оксидов с водой.

3.Определите степени окисления в соединениях хрома СrO, Cr2O3

иCrO3. Как изменение степени окисления элемента влияет на характер его оксида?

4.Для полной нейтрализации 150 г раствора с массовой долей хлороводорода 7,3 % потребовалось 200 г раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю щёлочи в этом растворе.

159