92 ел. 17.02.21 електроматеріалознавство № 21

 

Урок № 21     17.02.21  92 ел.  електроматеріалознавство

Тема уроку. Провідникові матеріали різного призначення. Залізо. Натрій. Ртуть. Галій. Нікель.

1. Залізо

Залі́зо, — сріблясто-сірий, електропровідний, пластичний і ковкий метал

На повітрі легко окиснюється, вкриваючись іржею , що сповільнює подальше його руйнування. Іржа досить крихка і пориста. Тому вона не може ізолювати метал від атмосфери, через що процес ржавіння відбувається безперервно. 

Серед інших породотвірних елементів залізо має максимальну атомну масу.

За поширеністю у природі залізо посідає друге місце серед металів (після алюмінію): на нього припадає 5,10 % маси земної кори, а за вмістом у ній посідає 4-те місце. Зустрічається виключно у вигляді сполук — вільний ферум знаходять лише в метеоритах.

 Залізо досить пластичне. Воно  легко кується, штампується, витягується  в дріт і 

вальцюється в тонкі листи, легко намагнічується і розмагнічується. Вище температури Кюрі (770 °C) втрачає феромагнітні властивості.

Чисте залізо має досить обмежене застосування. Його використовують при виготовленні осердь електромагнітів та якорів електромашин, як каталізатор хімічних процесів, для виготовлення анодних пластин залізо-нікелевих акумуляторів. Карбонільне залізо використовують для нанесення найтонших плівок і шарів на магнітофонні стрічки і диски носіїв постійної пам'яті, як антианемічний засіб та ін. Залізний порошок використовують при зварюванні, а також для цементації міді.

Залізовуглецеві сплави чавун і сталь — основний конструкційний матеріал, що застосовується у всіх галузях промисловості. Виробництво заліза та його сплавів становить понад 90 % виробництва всіх металів і утворює окрему галузь промисловості — чорну металургію.

Сталі містять до 2,14 % вуглецю, чавун — понад 2,14 %. Фундаментом науки про сталь і чавун, як сплави заліза з вуглецем є діаграма стану сплавів залізо-вуглець — графічне відображення фазового стану сплавів заліза з вуглецем в залежності від їх хімічного складу і температури.

2. Ртуть

Ртуть — сріблясто-білий важкий метал, рідкий за кімнатної температури.

Ртуть широко застосовується при виготовленні різних приладів (барометрів, термометрів, манометрів, вакуумних насосів, полярографів і ін.), у ртутних лампах, як рідкий катод у виробництві їдких лугів і хлору електролізом, як каталізатор при синтезі оцтової кислоти, для амальгамації золота і срібла. Крім того, сполуки ртуті застосовуються в медицині.

За звичайної температури кисень повітря не діє на ртуть, однак, при наявності слідів вологи, поверхня ртуті вкривається сірою оксидною плівкою. При нагріванні ртуті на повітрі до 350 °C утворюється червоний наліт  який руйнується при подальшому нагріванні:

5 найпоширеніших речей, що містять ртуть

* Медичний ртутний термометр («градусник»). Предмет, який є в кожному будинку. Якщо ненароком розбити такий термометр, то єдиний спосіб врятуватися від попадання ртуті в дихальні органи — це ретельно зібрати всі частинки приладу. Дуже небезпечно, якщо ртуть з розбитого термометра потрапить на поверхню м'яких меблів, килими, покривала і дитячі іграшки.

* Енергозберігаюча лампа (люмінесцентна лампа). Ці лампи споживають в чотири-п'ять разів менше електрики, ніж лампи розжарювання, але світла дають стільки ж. Такі лампочки не можна викидати в сміттєпровід і вуличні сміттєзбірники, їх слід відносити до районного ДЕЗ, де повинні бути встановлені спеціальні контейнери. 

* Батарейки. Серед токсичних і небезпечних елементів в батарейках є і ртуть, а також свинець, кадмій, нікель, цинк і луги. 

* Барометри. У цих приладах, які використовують для вимірювання тиску повітря, теж є ртуть. Замість ртуті в них може бути використаний і спирт, але ртуть точніше визначає тиск. 

3. Натрій

На́трій  — лужний сріблясто-білий м'який і легкий метал, хімічно дуже активний, на повітрі швидко окиснюється.

Застосовують натрій як відновник, теплоносій тощо. Солі натрію знаходять велике застосування в різних галузях економіки.

Натрій використовується у якості відновника при виплавці титану, цирконія, торія, урана і інших металів з їх хлоридів і фторидів. Важливу роль грає натрій у виплавці алюмінію — як у процесі отримання оксиду алюмінію з бокситів, так і у подальшому виділенні безпосередньо алюмінію електролізом. Відновлюючи Гідроксид калію натрієм, отримують чистий калій. Також натрій використовується як модифікатор для створення різноманітних сплавів.

Розплавлений натрій і його сплав з калієм використовується у реакторах з рідкометалічним теплоносієм. Натрій є робочим тілом у натрієвих газорозрядних лампах.

4. Галій.

Галій -   сріблясто-білий м'який метал. Металевий галій стійкий до дії повітря, води. З кислотами та лугами утворює галати. 

Арсенід галію є одним з основних матеріалів для виготовлення напівпровідників, після кремнію і германію. Арсенід галію використовується для

виробництва світлодіодів, сонячних батарей, мікросхем. Нітрид галію також використовується для цих цілей. Сполуки галію також використовуються у лазерній техніці.

Галій є рідким у дуже широкому діапазоні температур, від 29 до 2204°C, тому використовується для виготовлення високотемпературних термометрів.

Перспективним є використання галію для виготовлення зубних пломб.

 Галій має хорошу адгезію до скла, тому використовується для виробництва дзеркал. Для цього галій здавлюють між двома листами нагрітого скла. Для видимого світла коефіцієнт відбиття такого дзеркала становить близько 75%.

Галій має властивість концентруватися у пухлинах, тому радіоактивний ізотоп галій-67 використовується для їх пошуку і локалізації. Також, згідно досліджень, нітрат галію має протипухлинну активність.  Сплави галію з іншими металами мають дуже низьку температуру плавлення, наприклад галістан — сплав галію, індію і олова, розплавляється при -19°C.

5. Нікель

Нікель — хімічний елемент, метал сріблясто-білого кольору, дуже твердий, добре полірується..

Має високу температуру плавлення, низькі електро- і теплопровідність, може намагнічуватися. Пластичний і ковкий. Корозійно стійкий в атмосфері, воді, лугах і деяких кислотах. Нікель інтенсивно поглинає гази. При плавці й гарячій обробці розчинені гази викликають крихкість.

Його важливість пояснюється різноманітними унікальними властивостями металу: додавання нікелю в сплави збільшує їх міцність, зносостійкість, корозійну стійкість, підвищує тепло- і електропровідність, поліпшує магнітні і каталітичні властивості. Завдяки високій хімічній, термічній і механічній стійкості застосовується в металургії (80 % загальної кількості) для виготовлення нержавіючої сталі, в реактивній авіації, ракетобудуванні, атомній, радіоелектронній, енергетичній, хімічній і 

харчовій промисловості. Переважна частина Нікелю використовується для отримання легованих сталей і сплавів (з Fe, Cr, Cu і т. д.).

Не тьмяніє, тому використовується в сплавах (зокрема з низьким температурним коефіцієнтом лінійного розширення — інвар, ковар та ін.), гальванопокриттях і для карбування монет. Застосовують також для захисних прикриттів, лужних акумуляторів тощо. Застосовується у виробництві магнітів, нержавіючої сталі, кераміки, емалей, скла, чорнил, фарб, ювелірних виробів, монет, жароміцних, корозійностійких, магнітних сплавів, для виготовлення хімапаратури і як каталізатор хімічних процесів.

В залежності від чистоти випускається таких марок: Н0, Н1, Н2, Н3 і Н4.

Домашнє завдання.   Вивчити матеріал та створити опорний конспект.

Викладач                      Максимова Т. В.