Ответы на вопросы по химии и материаловедению

Ответы на вопросы по химии и материаловедению: 8. Как строение атома влияет на свойства металлов? Атомы металлов имеют сравнительно большой радиус и небольшое число электронов на внешнем слое (обычно от 1 до 3). Благодаря слабой связи внешних электронов с ядром, они легко отрываются, образуя «электронный газ». Наличием свободных электронов объясняются основные свойства металлов: высокая электропроводность, теплопроводность, пластичность и металлический блеск. 9. Что такое сплавы? Приведите классификацию по способу изготовления. Сплавы — это макроскопически однородные системы, состоящие из двух или более компонентов, с преобладанием металлических элементов. По способу изготовления выделяют: — Литейные сплавы (получают путем кристаллизации расплава в формах); — Порошковые сплавы (получают прессованием и спеканием порошков компонентов). 10. Какие типы сплавов существуют по структуре? По микроструктуре сплавы делятся на: — Механические смеси (компоненты не растворяются друг в друге и сохраняют свои кристаллические решетки); — Твердые растворы (атомы одного элемента замещают атомы другого в его решетке или внедряются между ними); — Химические соединения (интерметаллиды), имеющие строгое соотношение компонентов, например \(Cu_{3}Al\). 11. Где применяются различные типы металлов и сплавов? Какие металлы используются в электротехнике? Как используются металлы в инструментальной промышленности? Металлы применяются в строительстве (сталь), авиации (алюминий, титан), медицине. В электротехнике используют металлы с высокой проводимостью: медь \(Cu\), алюминий \(Al\), серебро \(Ag\). В инструментальной промышленности используют твердые и жаропрочные сплавы (на основе вольфрама \(W\), кобальта \(Co\)) для изготовления сверл, резцов и фрез. 12. Что такое коррозия? Перечислите виды коррозии. Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды. Виды коррозии: — По механизму: химическая и электрохимическая; — По характеру разрушения: сплошная (равномерная) и местная (питтинг, межкристаллитная). 13. Какие механизмы лежат в основе химической и электрохимической коррозии? Какие методы защиты от коррозии существуют? Химическая коррозия протекает в сухих газах или жидкостях-неэлектролитах (окисление металла). Электрохимическая коррозия возникает в среде электролита из-за возникновения гальванических пар. На аноде происходит окисление: \[Me^{0} - ne^{-} \rightarrow Me^{n+}\] Методы защиты: — Нанесение покрытий (лаки, краски, гальваника); — Легирование (создание нержавеющих сталей); — Электрохимическая защита (протекторная или катодная). 14. Какова роль металлов в живых организмах? Как добывают металлы из руд? Опишите основные методы. Металлы входят в состав ферментов и витаминов (железо в гемоглобине, магний в хлорофилле). Методы добычи (металлургия): — Пирометаллургия: восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода \(C\) или оксида углерода \(CO\); — Гидрометаллургия: растворение металла из руды и последующее выделение из раствора; — Электрометаллургия: получение металлов (например, \(Al\)) путем электролиза расплавов солей. 15. Какие факторы влияют на температуру плавления металлов? В чем особенности поведения металлов при высоких и низких температурах? Температура плавления зависит от прочности кристаллической решетки и энергии металлической связи. При высоких температурах металлы становятся пластичными, но их прочность падает, усиливается ползучесть. При низких температурах многие металлы (особенно стали) становятся хрупкими (явление хладноломкости), однако некоторые (например, медь и алюминий) сохраняют вязкость. При сверхнизких температурах некоторые металлы переходят в состояние сверхпроводимости.