Министерство сельского хозяйства рф

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Государственный аграрный университет северного зауралья»

Механико-технологический институт

Кафедра СХиММ

Методические указания

к проведению

Лабораторной работы № 1

по курсу:

“Материаловедение”

Тема: «Наблюдение с помощью биологического микроскопа за процессом кристаллизации из раствора соли»

для направления 110800 «Агроинженерия» профиль «Технология деревообработки», «Электрооборудование и электротехнологии АПК», «Эемлеустройство и кадастры», «Кадастр недвижимости»

дневной и заочной форм обучения

Тюмень 2013

Утверждено редакционно-издательским советом

«Государственный аграрный университет северного зауралья»

Составитель: к.п.н., доцент А.В. Головкин

«Государственный аграрный университет северного зауралья»

2013

1. Общие положения

Современное машиностроение является основным потребителем производимых в нашей стране металлов. В станкостроении, судостроении, автомобильной и авиационной промышленности, электронике и радиотехнике из металлов изготовляют огромное число деталей машин и при­боров.

В Основных направлениях экономического и со­циального развития России на 2005—2010 гг. и на период до 2020 г. подчеркнута необходимость обеспечения дальнейшего ускорения научно-тех­нического прогресса благодаря созданию и внед­рению в производство принципиально новой тех­ники, материалов и прогрессивных технологичес­ких процессов.

Наряду с приобретением практиче­ских навыков по избранной специальности изу­чение основ материаловедения позволит студентам повысить теоретическую подготовку, стать квалифицированными специалистами и принять актив­ное участие в дальнейшем совершенствовании производственных процессов, повышении эффек­тивности производства и улучшении качества вы­пускаемой продукции.

2. Цель работы

Закрепить теоретические положения разделов дисциплины: «Материаловедение», привить навыки в пользовании справочным материалом, ознакомить студентов с основными типами расчетов.

3. Содержание работы

1. Изучить основные понятия.

2. Изучить методику расчетов.

4. Материальное обеспечение

4.1. Методические указания.

2. Задание (приложения).

4.3. Справочный материал.

5. Организация работы

Группа студентов в составе 25 – 30 человек изучает под руководством преподавателя вопросы, входящие в содержание работы.

Цель работы - научить студентов самостоятельно наблюдать с помощью биологического микроскопа за процессом кристаллизации раствора соли.

В процессе выполнения работы студент должен изучить: оптическую систему и устройство биологического микроскопа, процесс работы на биологическом микроскопе при наблюдении за кристаллизацией из раствора соли, характер кристаллов, образующихся из раствора соли в различные периоды кристаллизации.

Задание.

1. Просмотреть на биологическом микроскопе процесс кристаллизации из раствора соли.

2. Схематически зарисовать образовавшуюся структуру и описать процесс кристаллизации соли.

3. Составить отчёт о работе.

Приборы, материалы и инструмент.

Для проведения работы необходимо иметь: биологический микроскоп; соли Рb (NO₃)₂ , К₃Сг₂О₇, NH₄Cl, NаСl; пробирки, спиртовку; пипетку; циркуль и линейку.

Биологический микроскоп.

Оптическая система биологического микроскопа. Лучи 1 от естественного или искусственного источника света, отразившись от зеркала 2, проходят через рассматриваемый объект 3 (в данной работе каплю раствора соли), помещенный на плоское стекло 4 проходят через объектив 5 и через окуляр 6 попадают в глаз наблюдателя.

Рисунок 1. Оптическая система биологического микроскопа

1 – лучи, 2 – зеркало, 3 – капля раствора соли, 4 – стекло, 5 – объектив, 6 – окуляр.

Конструкция биологического микроскопа.

Плита 1 микроскопа (рис. 2) соединена с колонкой 2 шарниром 3, что позволяет наклонять верхнюю часть микроскопа для более удобного наблюдения при работе сидя. Тубус 4, в верхнюю часть которого вставляют окуляр 5, а в нижнюю ввинчивают объектив 6, может передвигаться вверх и вниз вращением винта 7. Для точной наводки на фокус служит микрометрический винт 8. На предметный столик 9 помещают плоское стекло 10 с исследуемым объектом. В нижней части микроскопа установлено зеркало 11.

5

Рисунок 2. Общий вид биологического микроскопа

Приготовление раствора соли.

Для получения перенасыщенного раствора одну из солей Рb (NO₃)₂ , К₃Сг₂О₇, NH₄Cl, NаСl, растворяют в воде при температуре 70-60 С. В работе используют горячий раствор соли.

Подготовка и наблюдение процесса кристаллизации из раствора соли на биологическом микроскопе.

1. В верхнюю часть тубуса, установить окуляр, а в нижнюю - объектив. Увеличение не должно быть более 100.

2. Зеркало микроскопа направить в сторону света.

3. Вращением зеркала, смотря при этом одним глазом в окуляр, достичь нормального прохождения световых лучей.

4. На плоское стекло при помощи пипетки нанести каплю горячего пересыщенного раствора соли.

5. Стекло с нанесенной на него каплей раствора соли поместить на предметный столик.

6. Поднимая тубус вращением винта произвести грубую наводку на фокус.

7. Произвести точную наводку на фокус вращения микрометрического винта

8. Наблюдать в окуляр за процессом кристаллизации раствора соли, вызванной испарением растворителя, и зарисовывать образующиеся с течением времени кристаллы соли.

Процесс кристаллизации соли.

Механизм процесса кристаллизации изучали многие ученые. На основании долголетних исследований литой стали Д. К. Чернов еще в 1878 г. установил, что кристаллизация металлов подобна кристаллизации солей и что процесс этот состоит из двух элементарных процессов, протекающих одновременно.

Первый процесс заключается в образовании центров кристаллизации или зародышей кристаллов (Д. К. Чернов назвал их зачатками),

Второй — в росте кристаллов из этих центров. Последовательные этапы процесса кристаллизации схематично показаны на рисунок 3. Первый этап (рисунок 3, а) — появление зародышей кристаллов. По мере остывания металла к зародышам присоединяются все новые и новые атомы жидкого металла, которые группируются в определенном порядке один возле другого (рисунок 3, б, в), образуя элементарные ячейки кристаллической решетки (элементарная ячейка изображена в виде прямоугольников). Этот процесс продолжается до тех пор, пока не закончится кристаллизация (рисунок 3, г). Кристаллы затвердевшего металла имеют неправильную и весьма разнообразную внешнюю форму, что объясняется условиями кристаллизации. В процессе кристаллизации увеличивается количество кристаллов (в 1 мм³ может образоваться свыше 1000 кристаллов). При соприкосновении грани смежных кристаллов мешают друг другу принять геометрически правильную внешнюю форму. Кристаллы, имеющие неправильную внешнюю форму, называются кристаллитами, или зернами. Размер зерен зависит от условий кристаллизации, и прежде всего, от скорости охлаждения. Чем больше скорость охлаждения раствора, тем быстрее он затвердевает, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, тем меньшего размера получаются зерна.

Рисунок 3. Последовательные этапы процесса кристаллизации.

а – появление зародышей кристаллов, б – рост кристаллов и образование новых центров, в –рост кристаллов, г – границы кристаллов (зёрен) затвердевшего раствора.

Рисунок 4. Схема дендритного строения по Д.К. Чернову.

Механизм образования кристаллов в большинстве случаев носит так называемый дендритный характер. При дендритной кристаллизации рост зародышей кристаллов происходит с неравномерной скоростью. После образования зародышей их развитие идет главным образом в тех направлениях решетки, которые имеют наибольшую плотность расположения атомов (минимальное межатомное расстояние). В этих направлениях возникают длинные ветви будущего кристалла — оси первого порядка (рисунок 4). От осей первого порядка под определенными углами растут новые оси — оси второго порядка 1,от осей второго порядка — оси третьего порядка 2. По мере кристаллизации образуются оси более высокого порядка (четвертого, пятого, шестого и т. д.), которые постепенно заполняют все промежутки, ранее занятые жидким раствором.

Составление отчёта.

1. Цель работы

2. Задание

3. Схему оптической системы биологического микроскопа

4. Рисунок строения затвердевшей капли раствора соли с соответствующими пояснениями.