Растворы: основные понятия, типы растворов, растворы в металлургии

Министерство образования  Российской Федерации

Челябинский государственный  университет

Институт экономики отраслей, бизнеса и администрирования

Кафедра экономики отраслей и рынков

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине:

“ Физико-химические процессы ”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

                                                                 Проверил: преподаватель

 

 

 

 

 

Челябинск 2012

Содержание

1. Растворы: основные понятия, типы растворов, растворы в металлургии.

2. Общая характеристика металлов, химические и физические свойства. Положение в таблице Менделеева.

 

3. Влияние содержания углерода на свойства сплавов железо-углерод.

4. Жидко текучесть сплавов. Виды. Способы определения. Заполняемость литейных форм.

 

5. Состав, условия формирования и технологическая роль шлака в получении стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Растворы: основные понятия, типы растворов, растворы в  металлургии.

Раство́р – гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Растворы – однофазные системы, состоящие из двух или более компонентов. По своему агрегатному состоянию растворы могут быть твердыми, жидкими или газообразными. 

Основные Понятия Растворов - Два вещества, растворяющиеся друг в друге в любых пропорциях с образованием истинных растворов, называют полностью взаиморастворимыми. Такими веществами являются все газы, многие жидкости (например, этиловый спирт – вода, глицерин – вода, бензол – бензин), некоторые твердые вещества (например, серебро – золото). Для получения твердых растворов необходимо сначала расплавить исходные вещества, затем смешать их и дать затвердеть. При их полной взаиморастворимости образуется одна твердая фаза; если же растворимость частичная, то в образовавшемся твердом веществе сохраняются мелкие кристаллы одного из исходных компонентов.

Образование того или иного  типа раствора обусловливается интенсивностью межмолекулярного, межатомного, межионного или другого вида взаимодействия, то есть, теми же силами, которые определяют возникновение того или иного агрегатного состояния. Отличия: образование раствора зависит от характера и интенсивности взаимодействия частиц разных веществ.

По сравнению с индивидуальными  веществами по структуре растворы сложнее. Растворы бывают газовыми, жидкими  и твёрдыми.

 Растворение — переход молекул вещества из одной фазы в другую (раствор, растворенное состояние). Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул)растворителя и растворённого вещества и сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов. При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, иногда — цвет, и другие) меняются.

В случае химического взаимодействия растворителя и растворённого вещества сильно меняются и химические свойства — например, при растворении газахлороводорода в воде образуется жидкая соляная кислота.

Электролиты — вещества, проводящие в расплавах или водных растворах электрический ток. В расплавах или водных растворах они диссоциируют на ионы.

 Неэлектролиты — вещества, водные растворы и расплавы которых не проводят электрический ток, так как их молекулы не диссоциируют на ионы. 

Электролиты при растворении в подходящих растворителях (вода, другие полярные растворители) диссоциируют на ионы. Сильное физико-химическое взаимодействие при растворении приводит к сильному изменению свойств раствора (химическая теория растворов).

Вещества, которые в тех  же условиях на ионы не распадаются  и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.

К электролитам относятся  кислоты, основания и почти все  соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений, а также вещества, в молекулах которых имеются только ковалентные неполярные или малополярные связи.

Растворы высокомолекулярных веществ ВМС — белков, углеводов и др. обладают одновременно многими свойствами истинных и коллоидных растворов. Средняя молекулярная масса растворенного…

Идеальные растворы [perfect (ideal) solutions] — р-ры, в к-рых предполаг. отсут. взаи-мод. м-ду частицами составл. вещ-в, а хим. потенциал каждого компонента имеет простую завис, от концентрации. Для и. р. энтальпия смеш. и измен, объема при смеш. равны нулю, энтропия смеш. опред. так же, как и для идеаль. газов. Для и. р. выполн. з-ны Рауля и Генри. И. р. делятся на бесконечно-разбавл. и соверш. Соверш. и. р. — р-ры близких по своим физ.-хим. св-вам вещ-в при любой концентрации компонентов; 

Неидеальные (реальные) растворы [actual (non-ideal) solutions) — р-ры, не облад. св-вами идеаль. р-ров. Среди н. р. большой класс сост. регуляр. р-ры, хар-риз. той же энтропией смеш., что и идеальные р-ры, но их энтальпиясмешения отлична от нуля и пропорц. логарифмам коэфф. активности. 

Огнеупорные растворы [refractory solutions] — смеси вяжущего (огнеуп. глина, цемент), мелкого огнеуп. заполнителя, воды и добавок, примен. при изгот. футеровки из кирпичей и блоков для заполнения швов;  

Растворы полимеров [polymer solutions] -термодинамич. устойч. однородные молекуляр-но-дисперсные смесиполимеров и низко-молекул. жидкостей. В разбавл. р. п. молекулы разделены. Усиление межмолекул, взаимод. с по-выш. концентрации приводит к появл. в р. п. трехмерной сетки связей, вплоть до застудневания. Р. п. широко примен. при получ. волокон и пленок, клеев, лаков, красок и др. изделий;  

Твердые неограниченные растворы [unlimited solid solutions] — тв. р-ры замещ. > 2 компонентов, неогранич. р-римых в тв. сост. Нео-гранич. р-римость наблюл, преимущ. у элементов, отвечающих сформулиров. Юм-Розери условиям:компоненты должны быть изоморфны (т.е. иметь одну и ту же кристаллич. решетку; размеры атомов компонентов не должны отличаться более чем на 15 %; взаимо-дейст. элементы должны иметь близкие элек-трохимич. св-ва (т.е. близко располагаться в Периодич. системе). И. И. Корнилов показал: неогранич. р-ряться в Fe могут только те элементы, ат. размеры к-рых отлич. от ат. размеров Fe на s 8 %. Др. металлы (напр., Си) образуют непрер. ряды тв. р-ров при различии ат. радиусов до 10—11 %, а легкоплавкие элементы, с малым Е (напр., Se, Те), неогранич. взаимно растворяются при разнице ат. радиусов до 17 %;  

Твердые неупорядоченные  растворы [disordered solid solutions] — тв. р-ры замещ. с атомами компонентов, распред. по узлам кристаллич. решетки статистич. однородно;  

Твердые ограниченные растворы [limited solid solutions] — тв. р-ры > 2 компонентов, существующие до опред., огранич. концентрации. Образование тв. р-ров замещ. металлами с одинак. кристаллич. решетками, но сильно различ. ат. радиусами, вызывает значит, искажения кристаллич. решетки, что приводит к накопл. в ней упр. энергии. Когда эти искажения достигают опред. величины, кристаллич. решетка стан, неуст. и наступает предел р-римости. Р-римость тем меньше, чем больше различие в размерах атомов и в св-вах компонентов, образ, тв. р-р. Огранич. р-римость в большинстве случаев уменьш. с пониж. темп-ры (см. тж. Диаграмма состояния),  

Твердые пересыщенные растворы [supersaturated solid solution] — тв. р-ры с концентрацией р-р. элемента выше, чем у насыщ. тв. р-ра при данной темп-ре. Степ, пересыш. оценивают по разности или соотнош. концентрацийкомпонента в т. п. р. и насыщ. тв. р-ре. Т. п. р. образ., когда из-за повыш. скор, охлажд. или из-за медл. диффузии не успевают полностью пройти диффуз. процессы, к-рые не-обх, для распада тв. р-ра (напр., образов, мартенсита, пересыщ. тв. р-ра углерода в Fecc при закалке углеродистой стали); 

Твердые равновесные растворы [equilibrium solid solutions] — тв. р-ры в многофаз. сплавах, химии, потенциалыкомпонентов к-рых равны их химии, потенциалам в смеж. фазах. состав т. р. р. м. б. оценен по солидусу и сольвусудиаграмм состояния соответст. систем (см. тж. Диаграмма состояния), 

Твердые растворы внедрения [interstitial (introduction) solid solution] — тв. р-ры, в к-рых атомы р-р. компонентарасполагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллииеской решетки р-рителя. В ГЦК решетке такая пустота находится в центре куба и образует сферу радиусом гм = 0,41 г, где г — радиус атома металла — р-рителя. В ОЦК решеткепустота находится в центре грани и образует сферу с гм = 0,29г. Т. р. в. хар-рны для сплавов металлов с элементами (неметаллами) 1-го и 2-го периодов Периодии. системы, имеющими малые атомные радиусы (Н, О, N, С, В). При образовании т. р. в. периоды решетки увели-ииваются, так как размеры атомов р-р. элемента больше размеров тех межат. промежутков, в к-рых они располагаются, что приводит к упрочнению сплава. Искажения решетки возраст, с увелии. радиуса р-р. элемента или т.н. параметра размер, несоответствия . При несимметр. междоуз. (например, октапоры в ОЦК решетке) два знач. параметра размер, несоответствия хар-ризуют их наиб, и наим. размеры. Т. р. внедр. м. б. только ограниич;  

Твердые растворы вычитания [subtraction solid solutions] — тв. р-ры, образ, на базе химии, соединений (напр., интерметаллидов), в структуре к-рых имеются узлы кристаллич. решетки, не занятые атомами одного из компонентов, т.е. образуются вакансии. Напр., СоАl может кристаллизоваться с избытком Со или А1 по ср. со стехиометрии, соотнош. Со:Аl = 1:1. Избыток, напр., атомов Аl образовался потому, что не все места в кристаллич. решетке, где должны быть атомы Со, ими заняты, т.е. в кристаллич. решетке получились «дыры», «пустоты»;  

Твердые растворы замещения [substitutional solid solutions] — тв. р-ры > 2 металлов, в к-рых атом одного компонентазанимает место любого атома в кристаллич. решетке др. компонента. Кристаллич. решетка р-рителя при этом искажается в тем большей степени, чем больше разница в радиусах замещаемого (г„) и замещающего (г). Соотнош. (г— г0)/гс = еа— параметр размер, несоответствия. Т. р. з. может быть неогранич. (распростр. от одного компонента до др.) и огранич. (р-римость не превышает предельной, соответст. диаграмме состояния), неупорядои. и упорядоч. В упорядоч. т. р. з. атомы компонентов редко располаг. ста-тистич. равномерно (беспорядочно); обычно в них формир. ближний порядок, при к-ром атомы одного компонента стремятся окружить себя атомами др. компонента впределах неск. ближайших координац. сфер;  

Твердые упорядоченные растворы [ordered solid solutions] — тв. р-ры замещ. с прав, чередованием компонентов в узлах кристаллич. решетки или неполн. статистич. распред. атомов по ее узлам. Для т. у. р. хар-рно появл. дополнит, слабых сверхструктурных линий на рентгенограммах, в связи с чем у. т. р. получили назв. сверхструктур. Впервые обнаружены Н. С. Курниковым с сотр. в 1914 г. Т. у. р. — промежут. фазы м-ду химич. соединениями и тв. р-рами. При полной упорядоченности эти фазы напоминают химич. соединение, потому что у них имеется опред. число атомов, к-рое можно выразить соответст. формулой, и упорядоч. располож. атомов в решетке. Эти фазы могут быть причислены и к тв. р-рам, т. к. у них сохран. кристаллич. решетка металла-р-рителя

Общая характеристика металлов, химические и физические свойства. Положение в таблице  Менделеева

Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

6 элементов в группе щелочных металлов,

6 в группе щёлочноземельных металлов,

38 в группе переходных металлов,

11 в группе лёгких металлов,

7 в группе полуметаллов,

14 в группе лантаноиды + лантан,

14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,

вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.

В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.

Общая характеристика металлов.

Большинство химических элементов  относят к металлам — 92 из 114 известных  элементов.

Все металлы, кроме ртути, в обычном состоянии твердые вещества и имеют ряд общих  свойств.

Общие свойства металлов: Металлы — это ковкие, пластичные, тягучие вещества, имеющие металлический блеск и способны проводить тепло и электрический ток.

Атомы элементов-металлов отдают электроны внешнего (а некоторые — и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Это свойство атомов металлов, определяется тем, что они имеют  сравнительно  большие радиусы и малое число электронов (в основном от 1 до 3 на внешнем слое).