Сироткин О. С., Сироткин Р. О., Трубачева А. М., Сахабиева Э. В.
Сироткин О. С., Сироткин Р. О., Трубачева А. М., Сахабиева Э. В.,
Герасимов В. В., Лаптев . ., Медведева Г. А.
материаловедение. технология конструкционных материалов: Методические указания к практическим работам. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2004.
Методические указания содержат теоретическую часть и описание пяти практических работ, предназначенных для самостоятельного выполнения студентами очной формы обучения КГЭУ направлений 651200 – «Энергомашиностроение» и 650800 – «Теплоэнергетика».
______________________________
Олег семёнович Сироткин, Ростислав Олегович Сироткин,
Алиса Максимовна Трубачева, Эльвира Вильевна Сахабиева,
Виталий Викторович Герасимов, Галина Александровна Медведева
материаловедение. технология конструкционных
материалов
Методические указания к практическим работам
по курсу
«материаловедение. технология конструкционных материалов»
(кафедра материаловедения и технологии материалов КГЭУ)
Редактор издательского отдела Н.И. Волокитина
__________________________________________________________________
Изд. лиц. № 03480 от 8.12.00. Подписано в печать Темплан издания КГЭУ 2004 г. Формат 60 х 84/16. Бумага «Business». Гарнитура «Times». Вид печати РОМ. Физ. печ. л. 2,5. Усл. печ. л. 2,32. Уч-изд. л. 2, 58. Тираж 2000 экз. Заказ
Издательский отдел КГЭУ, 420066, Казань, Красносельская, 51
Типография КГЭУ, 420066, Казань, Красносельская, 51
© Казанский государственный энергетический университет, 2004
Практическая работа № 1
ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
В МАТЕРИАЛАХ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
Цель работы
Целью работы является:
· изучение химических и физических основ особенностей строения и свойств металлических, полимерных, керамических и других неметаллических и композиционных материалов для теплоэнергетики;
· формирование умения определять различные виды веществ и выбирать наиболее важные для реального практического материаловедения;
· формирование умения прогнозировать строение и свойства наиболее важных металлических и неметаллических материалов;
· овладение навыками прогнозирования структуры и свойств современных различных материалов, типа металлов, керамик, полимеров и композиционных материалов на их основе.
1. Общие определения
1. Вещество химическое – вещественный уровень организации материи в виде химического (гомо- или гетероядерного) соединения атомов молекулярного и немолекулярного типа, построенный из не менее 2-х атомных ядер (атомных остовов), связанных обобществленными электронами (то есть химической связью). Специфика структуры различных химических веществ в первую очередь определяется спецификой преобладающего типа химической связи в них.
2. Вещество химическое молекулярное – химическое соединение дальтонидного (прерывного) типа, с ограниченным (конечным) числом ядер в их структуре, вследствие преобладания ковалентной компоненты химической связи между ними над ионной или металлической.
3. Молекула – гомо- или гетероядерное индивидуальное химическое соединение, в виде электронейтральной частицы, ядра (атомные остовы) которого связаны типом химической связи с преобладанием ковалентной компоненты (степени ковалентности) над любой другой.
4. Макромолекула (ВМС) – индивидуальное химическое соединение ядер или атомных остовов химическими связями (обобщенными электронами) со степенью ковалентности порядка 50 % и более в количестве, достаточном для проявления комплекса физико-химических свойств (как для самого ВМС, так и для полимерной системы в целом), который остается практически неизменным при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев.
5. Вещества неметаллические (неметаллы, неметаллические материалы) – это низко - (моно-), олиго- (средне-) и высоко(макро-) молекулярные гомо- и гетероядерные химические соединения и материалы на их основе типа: кислорода, оксида водорода, масел, органических и неорганических полимерных материалов (совокупность индивидуальных олиго- и макромолекул, связанных межмолекулярным взаимодействием), керамических материалов (оксидных, карбидных, нитридных и т. д.).
6. Вещество химическое немолекулярное – химическое соединение бертоллидного (непрерывного) типа с неограниченным (бесконечным) числом ядер в их структуре, вследствие преобладания ионной или металлической компонент химической связи между ними над ковалентной.
7. Полимерные материалы –аморфные или кристаллические вещества или материальные тела и системы на основе совокупности ковалентных олиго- и высокомолекулярных соединений, связанных между собой межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми и (или) водородными связями, находящиеся в твердом или жидком (расплав или раствор) конденсированном состоянии.
8. Вещества металлические (металлы, металлические материалы) – немолекулярные гомо- и гетероядерные химические соединения и материалы на их основе с преобладанием в них металлической компоненты связи над ковалентностью (и ионностью) в виде кристаллических тел, характеризуемые комплексом специфических свойств (высокая электро- и теплопроводность, положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, непрозрачность и металлический блеск, способность к пластической деформации, ковкость).
9. Металлические материалы – вещества или материальные тела (обычно кристаллические) и системы на основе металлических соединений, находящиеся в твердом или жидком (расплав) конденсированном состоянии.
10. Керамические материалы – поликристаллические тела (или композиционные системы, образуемые на основе кристаллической и аморфной фаз), получаемые спеканием (отверждением) неметаллических порошков природного (например, глинистых алюмосиликатов) или искусственного происхождения (оксиды, карбиды, нитриды и т. д.), находящиеся в твердом конденсированном состоянии.
11. Химическое соединение гомоядерное – химическое вещество, построенное из одинаковых ядер или атомных остовов (например, Н-Н).
12. Химическое соединение гетероядерное – химическое вещество, построенное из разных ядер или атомных остовов (например, Н-О-Н).
13. Состав – совокупность частей (предметов, вещей, веществ и т. д.) материальной системы, образующих единое целое.
В химических веществах их состав (гомоядерный и гетероядерный) определяет набор возможных типов химической связи (компонент), присутствующих в этих двух исходных классах соединений, через наличие в них соответственно двух или трех компонент (металло-ковалентный и металло-ионно-ковалентный).
14. Связь (в материальных объектах) – тип взаимодействия между элементами структуры материала или другой материальной системы (механический, химический, физический и т. д.)
15. Связь химическая – обменно-электростатическое взаимодействие атомных остовов (ядер) через обобществленные электроны в химических соединениях атомов (химических веществах), возникающее при перекрывании их электронных оболочек, обмене и обобществлении электронов.
16. Степень обобществления электронов (СОЭ) – фундаментальная интегральная характеристика химического взаимодействия, объединяющая три предельных типа химической связи. СОЭ может изменяться в интервале от 0 до 100 % или от 0 до ¥, но не может быть равной 0. В результате, основное условие существования химического взаимодействия (химической связи): СОЭ ¹ 0.
В свою очередь, исходя из наличия трех предельных фундаментальных типов химического взаимодействия, характер распределения электронной плотности в межъядерном пространстве (специфика её локализации-делокализации: смещение центра тяжести, изменение электронной плотности и характера её распределения вдоль межъядерной оси и в перпендикулярном направлении) в реальных (промежуточных) связях и соединениях определяется наличием и соотношением двух или трех фундаментальных компонент: ковалентной, металлической и ионной. В гомосвязях – ковалентной и металлической и в гетеросвязях – ковалентной, металлической и ионной.
Степень обобществления валентных электронов – это относительная величина (в %), определяемая через количество ядер или ядерных остовов в структуре химического соединения, локализующих при себе электронную плотность, возникающую при образовании соответствующей химической связи.
СОЭ = 100 - 
, %.
17. Ковалентность – 1. Тенденция (способность) обобществленных электронов к локализации в межъядерном пространстве на линии, соединяющей центры ядер или атомных остовов (ось Y), приводящая к их концентрации и увеличению электронной плотности на этой линии и росту ковалентности гомо- или гетеросвязи; 2. Соответствующая химическая компонента (степень ковалентности) гомо- и гетероядерного химического взаимодействия, выражаемая в %.
18. Металличность- 1. Тенденция (способность) обобществленных электронов к делокализации – смещению в межъядерном пространстве в направлении перпендикулярном линии соединяющей центры ядер (ось Х), приводящая к разряжению электронной плотности и росту металличности гомо- или гетеросвязи; 2. Соответствующая химическая компонента (степень металличности) гомо- и гетероядерного типа химического взаимодействия, выражаемая в %.
19. Ионность – 1. Тенденция (способность) обобществленных электронов к локализации – смещению в межъядерном пространстве вдоль линии, соединяющей центры ядер или атомных остовов (ось Y) в сторону более электроотрицательного элемента, приводящая к их концентрации и увеличению электронной плотности в области, приближенной к нему; 2. Соответствующая химическая компонента (степень ионности) гетероядерного типа химического взаимодействия, выражаемая обычно в %.
20. Промежуточные (смешанные или переходные) химические связи – химические взаимодействия, существующие в реальных индивидуальных химических веществах, характеризуемые наличием в них и соответствующим соотношением (в %) двух (гомоядерная связь) или трех (гетероядерная связь) фундаментальных компонент: ковалентной, металлической и ионной. Преобладание одной из трех компонент связи позволяет разделить их и соединения на их основе на три основных группы: ковалентная, металлическая и ионная. Но и при этом учет влияния других компонент на длину, энергетику связи и т. д. необходим.
21. Структура– взаимное расположение и связь составных частей (элементов) или внутреннее устройство материала или какой-либо другой целостной материальной системы (атома, молекулы, материала и т. д).
22. Элементы химической структуры – атомное ядро или атомный остов и обобществленные электроны, определяющие специфику строения химических веществ.
23. Структура химическая (химическое строение) – пространственное расположение химических элементов (в виде атомных ядер или остовов) и характер распределения между ними обобществленных электронов в конкретном химическом веществе.
24. Химический элемент – составная часть структуры (строения) химического вещества, объединяемая посредством любого типа химической связи (или их совокупности) в соответствующую целостную материальную систему. В металлических, ковалентных - молекулярных (полимерных, керамических и т. д.) и ионных (соли) материалах химическими (первичными) элементами их структуры являются атомные остовы или ядра (катионы и анионы), связанные обобществленными электронами. Вторичными элементами структуры молекулярных химических веществ являются агрегаты, ассоциаты, конгломераты в виде соответствующих надмолекулярных (физических) структур, а в металлах в виде соответствующих кристаллитов или зерен.
25. Диэлектрический материал – материал, который не проводит электрический ток ввиду высокой величины удельной электропроводности.
26. Проводниковый материал – материал, который проводит электрический ток ввиду низкой величины удельной электропроводности.
27. Полупроводниковый материал – материал, который по величине удельной проводимости занимает место между диэлектрическими и проводниковыми материалами.
2. МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ В ГОМОЯДЕРНЫХ И ГЕТЕРОЯДЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ
Гомоядерных связей
Формулы для расчета степени ковалентности:
| СК = 5.74∙I1, %, | (1) |
где I1 – первый потенциал ионизации;
| СК = kПР∙Х, %, | (2) |
где Х – электроотрицательность элемента; kПР – коэффициент пропорциональности, который рассчитывается по следующей формуле
| kПР = 100 / XF, | (3) |
где XF - электроотрицательность фтора.
Формулы для расчета степени металличности:
| СМ = 100 - СК, %. | (4) |
2.2. Методика оценки основных компонент химической связи
Л. Полинга для гетероядерных связей
Формулы для расчета степеней ионности и ковалентности:
СИ = 1- exp(-0.18∙  X2), %, | (5) | |
| Ск = exp(-0.18∙ X2), %, | (6) |
где DХ – разность электроотрицательностей двух элементов, образующих связь.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
1. Рассчитать значения основные компоненты химической связи в молекуле водорода (Н – Н), используя
а) значения потенциалов ионизации;
б) значения электроотрицательностей Л. Полинга;
в) значения электроотрицательностей Оллреда - Рохова;
г) уточненные значения электроотрицательностей.
Решение:
а) из приложения 3 находим, что потенциал ионизации водорода равен 13.6;
СК = 5.74∙I1, % = 5.74 * 13.6 = 78.06.
СМ = 100 - СК, % = 100 – 78.064 = 21.94.
б) из приложения 1 находим значения электроотрицательности железа по шкале Л. Полинга. Оно равно 2.10. Значение электроотрицательности фтора равно 3.98.
kПР = 100 / XF = 100 / 3.98 = 25.10.
СК = kПР∙Х, % = 25.1 * 2.1 = 52.71.
СМ = 100 - СК, % = 100 – 52.71 = 47.29.
в) из приложения 1 находим значения электроотрицательности железа по шкале Оллреда - Рохова. Оно равно 2.2. Значение электроотрицательности фтора равно 4.1.
kПР = 100 / XF = 100 / 4.1 = 24.39.
СК = kПР∙Х, % = 24.39 * 2.2 = 53.66.
СМ = 100 - СК, % = 100 – 53.658 = 46.34.
г) из приложения 2 находим значения электроотрицательности железа по шкале уточненных значений. Оно равно 2.103. Значение электроотрицательности фтора равно 3.953.
kПР = 100 / XF = 100 / 3.953 = 25.30.
СК = kПР∙Х, % = 25.3 * 2.103 = 53.25.
СМ = 100 - СК, % = 100 – 53.25 = 46.79.
2. Рассчитать значения основных компонентов химической связи в молекуле карбида магния (Mg – C), используя
а) значения электроотрицательностей Л. Полинга;
б) значения электроотрицательностей Оллреда - Рохова;
в) уточненные значения электроотрицательностей.
Решение:
а) значения электроотрицательностей магния и углерода по шкале Л. Полинга (см. приложение 1) соответственно равны 1.31 и 2.55.
Ск = exp(-0.18∙∆X2), % = exp (-0.18 * (2.55 – 1.31)2) = 0,7582 (75,82 %).
СИ = 1- exp(-0.18∙∆X2), % = 1 – 0,7582 = 0.2418 (24,18 %).
б) значения электроотрицательностей железа и углерода по шкале Оллреда - Рохова (см. приложение 1) соответственно равны 1.2 и 2.5.
Ск = exp(-0.18∙∆X2), % = exp (-0.18 * (2.5 – 1.2)2) = 0,7377 (73,77 %).
СИ = 1- exp(-0.18∙∆X2), % = 1 – 0,737713 = 0.2623 (26,23 %).
в) значения электроотрицательностей железа и углерода по шкале уточненных значений электроотрицательностей (см. приложение 2) соответственно равны 1.315 и 2.702.
Ск = exp(-0.18∙∆X2), % = exp (-0.18 * (2.702 – 1.315)2) = 0,7073 (70,73 %).
СИ = 1- exp(-0.18∙∆X2), % = 1 – 0,707316 = 0.2927 (29,27 %).
3. Рассчитать значения трех основных компонентов химической связи в молекуле хлористого водорода (H – Cl), используя
а) значения электроотрицательностей Л. Полинга;
б) значения электроотрицательностей Оллреда – Рохова;
в) уточненные значения электроотрицательностей.
Решение:
а) значения электроотрицательностей водорода, хлора и фтора по шкале Л. Полинга (см. приложение 1) соответственно равны 2.1; 3.16 и 3.98.
kПР рассчитываем по формуле:
kПР = 100 / 3.98 = 25.10.
χср рассчитываем по формуле
χср = (χЭ1 + χЭ2) / 2 = (2.1 + 3.16) / 2 = 2.63.
Cм = 100 – kПР · χср = 1 – 66.01 = 33.99.
Cк = kПР · χср = 25.1 * 2.63 = 66.01.
Затем рассчитываются степени ковалентности и ионности (в долях) по формулам:
СИ = 1- exp(-0.18∙∆X2) % = 1 – exp(-0.18*(3.16–2.1)2) = 1 – 0,8169 = 0,1831 (18,31 %).
Ск = exp(-0.18∙∆X2), % = exp (-0.18 * (3.16 – 2.1)2) = 0,8169 (81,69 %).
CкПР= Cк /(100 + Cи) = 66.013 / (100 + 18,31) = 0,558 (55,80 %).
CмПР= Cм /(100 + Cи) = 33.987 / (100 + 18,31) = 0,2873 (25,73 %).
CиПР=Cи /(100 + Cи) =18,31 / (100 + 18,31) = 0,1548 (15,48 %).
б) значения электроотрицательностей водорода, хлора и фтора по шкале Оллреда - Рохова (см. приложение 1) соответственно равны 2.2; 2.8 и 4.1.
kПР рассчитываем по формуле:
kПР = 100 / 4.1 = 24.39.
χср рассчитываем по формуле
χср = (χЭ1 + χЭ2) / 2 = (2.2 + 2.8) / 2 = 2.50.
Cм = 100 – kПР · χср = 100 – 60.975 = 39.03.
Cк = kПР · χср = 2.5 * 24.39 = 60.97.
Затем рассчитываются степени ковалентности и ионности (в долях) по формулам:
СИ = 1- exp(-0.18∙∆X2), % = 1 – exp (-0.18 * (2.8 – 2.2)2) = 1 – 0,9373 = 0,0627 (6,27 %).
Ск = exp(-0.18∙∆X2), % = exp (-0.18 * (2.8 – 2.2)2) = 0,9373 (93,73 %).
CкПР= Cк /(100 + Cи) = 60.975 /(100 + 6,27) = 0,5338 (53,38 %).
CмПР= Cм/(100 + Cи) = 39.025/ (100 + 6,27) = 0,3672 (36,72 %).
CиПР= Cи /(100 + Cи) = 6,27 / (100 + 6,27) = 0,059 (5,90 %).
в) значения электроотрицательностей водорода, хлора и фтора по шкале уточненных значений электроотрицательностей (см. приложение 2) соответственно равны 2.103; 2.917 и 3.953.
kПР рассчитываем по формуле:
kПР = 100 / 3.953 = 25.30.
χср рассчитываем по формуле
χср = (χЭ1 + χЭ2) / 2 = (2.103 + 2.917) / 2 = 2.51.
Cм = 100 – kПР · χср = 100 – 63.503 = 36.50.
Cк = kПР · χср = 25.3 * 2.51 = 63.50.
Затем рассчитываются степени ковалентности и ионности (в долях) по формулам:
СИ = 1- exp(-0.18∙∆X2), % = 1 – exp (-0.18 * (2.917 – 2.103)2) = 1 – 0,8876 = 0,1124 (11,24 %).
Ск = exp(-0.18∙∆X2), % = exp (-0.18 * (2.917 – 2.103)2) = 0,8876 (88,76 %).
CкПР= Cк /(100 + Cи) = 63.503 / (100 + 11,24) = 0,57,09 (57,09 %).
CмПР= Cм/(100 + Cи) = 36.497 / (100 + 11,24) = 0,3281 (32,81 %).
CиПР= Cи /(100 + Cи) =11,24 / (100 + 11,24) = 0,101 (10,10 %).
ЗАДАЧИ
Таблица 1.2. Химические связи в различных материалах
| № | Металлы | Полимеры | Керамика | ИМ | Проводники | ДЭ | Легированные сплавы железа | П/п |
| Li-Li | C-C | Si-O | ||||||
| Na-Na | Si-Si | Al-O | ||||||
| Mg-Mg | Ge-Ge | P-O | ||||||
| Ca-Ca | Sn-Sn | Na-O | ||||||
| Ti-Ti | P-P | Si-N | ||||||
| Cr-Cr | As-As | Al-N | ||||||
| W-W | Sb-Sb | Si-C | ||||||
| Fe-Fe | O-O | Si-S | ||||||
| Ni-Ni | S-S | C-C | ||||||
| Pt-Pt | Se-Se | C-F | ||||||
| Cu-Cu | Cu-Be (бронза) | N-N | ||||||
| Au-Au | Cu-Sn (бронза) | O-O | ||||||
| Zn-Zn | Cu-Zn (латуни) | C-O | ||||||
| B-B | Al-Cu (АЛ7) | C-H | ||||||
| Al-Al | Al-Mg (АЛ8) | C=C | ||||||
| Pb-Pb | Mg – Si | Fe-C | ||||||
| Mg – Ge | Fe-Mn | Ga-N | ||||||
| Mg – Sn | Fe-S | In-N | ||||||
| Mg – Pb | Fe-P | Se-Se | ||||||
| Ni – K | Fe-Si | Al-P | ||||||
| Ni – Rb | Fe-N | Ga-P | ||||||
| Ni – Cs | Fe-H | In-P |
Содержание отчета по работе
Отчет по работе должен содержать следующие разделы:
1. Цель работы.
2. Теоретические положения.
Раздел должен содержать необходимые определения и формулы расчета.
3. Практическая часть.
Раздел должен содержать решения предложенных задач и заполненную таблицу (см. табл. 1.1).
Контрольные вопросы
1. Что такое химическая связь? Назовите ее характеристики.
2. Какие из типов связей характерны для молекулярных веществ?
3. Какие типы связи характерны для реальных химических веществ?
4. Какие из типов связи характерны для гомоядерных соединений, а какие для гетероядерных?
5. Назовите отличия методик оценки основных компонент химической связи для гетероядерных соединений друг от друга?
6. Назовите причину создания второй методики оценки основных компонент для гетероядерной связи.
7. Назовите элементы химической структуры.
& Библиографический список
1. Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и технология металлов. М: Высшая школа, 2002.
2. Материаловедение. Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение. 1986.
3. Курс общей химии / Под ред. проф. Н.В. Коровина. М.: Высшая школа, 1981, 431 с.
4. Сироткин О.С., Введение в материаловедение (начала общего материаловедения), Казань, 2002, 184 с.
5. Полинг Л. Общая химия. М.: Мир, 1974, 846 с.
6. Полинг Л., Полинг Н. Химия. М.: Мир, 1978, 686 с.
7. Сироткин О.С. Начала единой химии. Казань, ФЭН, 2003, 252 с.
8. Сироткин О.С., Трубачева А.М., Сироткин Р.О. О необходимости учета металлической компоненты в гетероядерных соединениях // Сборник тезисов «Структура и динамика молекулярных систем». Вып. Х. Казань-Москва-Йошкар-Ола-Уфа, 2003.
9. Лоренс Ван Флек. Теоретическое и прикладное материаловедение. М: Атомиздат, 1975.
10. Ржевская С.В. Материаловедение. Издание 2-е, стереотипное. М: МГТУ, 2000.
11. Пенкаля. Очерки кристаллохимии. Ленинградское отделение: Химия, 1974.
12. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990.
13. Годовиков А.А. Периодическая система Д. И. Менделеева и силовые характеристики элементов. Новосибирск: Наука, 1981, 95 с.
14. Лидин Р.А. Справочник по общей и неорганической химии. М.: Просвещение, 1997, 256 с.
15. Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: Высшая школа, 2004.
________________________
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА ШКАЛ Х. Л. ПОЛИНГА И ОЛЛРЕДА-РОХОВА [3-6]
| Н | Электроотрицательность элементов (χ, X, ЭО) | |||||||||||||||
| 2.10 | ||||||||||||||||
| 2.2 | ||||||||||||||||
| Li | Be | Символ элемента - Ge | B | C | N | O | F | |||||||||
| 0.96 | 1.57 | ЭО по Полингу - 2.01 | 2.04 | 2.55 | 3.04 | 3.44 | 3.98 | |||||||||
| 1.0 | 1.5 | ЭО по Оллреду - Рохову - 2.0 | 2.0 | 2.5 | 3.1 | 3.5 | 4.1 | |||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | ||||||||||
| 0.93 | 1.31 | 1.61 | 1.85 | 2.19 | 2.58 | 3.16 | ||||||||||
| 1.0 | 1.2 | 1.5 | 1.7 | 2.1 | 2.4 | 2.8 | ||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br |
| 0.82 | 1.10 | 1.30 | 1.50 | 1.60 | 1.60 | 1.50 | 1.80 | 1.80 | 1.80 | 1.90 | 1.60 | 2.01 | 2.01 | 2.18 | 2.55 | 2.96 |
| 0.9 | 1.0 | 1.2 | 1.3 | 1.5 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.7 | 1.7 | 1.8 | 1.7 | 1.8 | 2.0 | 2.2 | 2.5 | 2.7 |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I |
| 0.82 | 0.95 | 1.20 | 1.40 | 1.60 | 1.80 | 1.90 | 2.20 | 2.20 | 2.20 | 1.90 | 1.70 | 1.78 | 1.96 | 2.05 | 2.1 | 2.66 |
| 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.2 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 1.5 | 1.7 | 1.8 | 2.0 | 2.2 |
| Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At |
| 0.70 | 0.90 | 1.10 | 1.50 | 1.50 | 1.70 | 1.90 | 2.20 | 2.20 | 2.20 | 2.40 | 1.90 | 1.80 | 1.80 | 1.90 | 2.00 | 2.20 |
| 0.9 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.5 | 1.6 | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 1.4 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 2.0 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
УТОЧНЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ Х ЭЛЕМЕНТОВ
| Н | Электроотрицательность элементов (χ, X, ЭО) | |||||||||||||||||
| 2.103 | ||||||||||||||||||
| Водород | ||||||||||||||||||
| Li | Be | символ элемента - | Ge | B | C | N | O | F | ||||||||||
| 0.926 | 1.569 | Электроотрицательность- | 1.944 | 2.017 | 2.702 | 3.115 | 3.534 | 3.953 | ||||||||||
| Литий | Берилий | название элемента - | Германий | Бор | Углерод | Азот | Кислород | Фтор | ||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | ||||||||||||
| 0.89 | 1.315 | 1.760 | 1.987 | 2.238 | 2.599 | 2.917 | ||||||||||||
| Натрий | Магний | Алюминий | Кремний | Фосфор | Сера | Хлор | ||||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | ||
| 0.817 | 1.048 | 1.275 | 1.408 | 1.627 | 1.72 | 1.733 | 1.74 | 1.845 | 1.85 | 1.95 | 1.84 | 1.749 | 1.955 | 2.146 | 2.581 | 2.809 | ||
| Калий | Кальций | Скандий | Титан | Ванадий | Хром | Марганец | Железо | Кобальт | Никель | Медь | Цинк | Галлий | Германий | Мышьяк | Селен | Бром | ||
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | ||
| 0.771 | 0.961 | 1.2 | 1.31 | 1.44 | 1.53 | 1.642 | 1.641 | 1.748 | 1.528 | 1.546 | 1.665 | 1.725 | 1.884 | 1.979 | 2.171 | 2.342 | ||
| Рубидий | Стронций | Иттрий | Цирконий | Ниобий | Молибден | Технеций | Рутений | Родий | Палладий | Серебро | Кадмий | Индий | Олово | Сурьма | Теллур | Йод | ||
| Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | ||
| 0.735 | 0.948 | 1.192 | 1.293 | 1.409 | 1.521 | 1.628 | 1.629 | 1.727 | 1.526 | 1.519 | 1.626 | 1.681 | 1.778 | 1.886 | 1.952 | |||
| Цезий | Барий | Лантан | Гафний | Тантал | Вольфрам | Рений | Осмий | Иридий | Платина | Золото | Ртуть | Таллий | Свинец | Висмут | Полоний | Астат | ||
© Сироткин О. С., Трубачева А. М., 2004г.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ПОТЕНЦИАЛЫ ИОНИЗАЦИИ АТОМОВ [13]
| Н | Первый потенциал ионизации (I1) | |||||||||||||||
| 13,600 | ||||||||||||||||
| Водород | ||||||||||||||||
 Li | Be | Символ элемента - Ge | B | C | N | O | F | |||||||||
| 5,390 | 9,320 | Первый потенциал ионизации - 7.88 | 8,300 | 11,260 | 14,540 | 13,610 | 17,420 | |||||||||
| Литий | Берилий | Название элемента - Германий | Бор | Углерод | Азот | Кислород | Фтор | |||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | ||||||||||
| 5,140 | 7,640 | 5,980 | 8,150 | 10,550 | 10,360 | 13,010 | ||||||||||
| Натрий | Магний | Алюминий | Кремний | Фосфор | Сера | Хлор | ||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br |
| 4,340 | 6,110 | 6,560 | 6,830 | 6,740 | 6,760 | 7,430 | 7,900 | 7,860 | 7,630 | 7,720 | 9,390 | 6,000 | 7,880 | 9,810 | 9,750 | 11,840 |
| Калий | Кальций | Скандий | Титан | Ванадий | Хром | Марганец | Железо | Кобальт | Никель | Медь | Цинк | Галлий | Германий | Мышьяк | Селен | Бром |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I |
| 4,180 | 5,690 | 6,380 | 6,840 | 6,880 | 7,130 | 7,230 | 7,360 | 7,460 | 8,330 | 7,570 | 8,990 | 5,780 | 7,330 | 8,640 | 9,010 | 10,440 |
| Рубидий | Стронций | Иттрий | Цирконий | Ниобий | Молибден | Технеций | Рутений | Родий | Палладий | Серебро | Кадмий | Индий | Олово | Сурьма | Теллур | Йод |
| Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At |
| 3,890 | 5,810 | 5,610 | 7,000 | 7,700 | 7,980 | 7,870 | 8,700 | 9,200 | 8,960 | 9,220 | 10,430 | 6,110 | 7,420 | 7,240 | 8,200 | 9,200 |
| Цезий | Барий | Лантан | Гафний | Тантал | Вольфрам | Рений | Осмий | Иридий | Платина | Золото | Ртуть | Таллий | Свинец | Висмут | Полоний | Астат |
Практическая работа № 2
ТЕРМОФОРМОВАНИЯ ПЛАСТМАСС
Цель работы:
Приобретение навыков технологических расчетов процесса производства изделий из пластмасс методом термоформования.
1. Общие определения
Методом термоформования перерабатывают лишь термопластичные листовые полимеры.
Изделия из листовых термопластов могут изготовляться различными методами: штампованием, формованием с проскальзыванием листа в прижимной раме, пневмоформованием и вакуумформованием.
При штамповании лист термопласта нагревают до температуры размягчения, а затем формуют с помощью матрицы и пуансона.
При формовании способом проскальзывания листа в прижимной рамке разогретая листовая заготовка натягивается на выпуклую (позитивную) форму и оформляется в изделие пневматическим прессом с верхним и нижним давлением.
При пневмоформовании листовую заготовку закрепляют по периметру формы прижимной рамой, нагревают излучающими электронагревателями до температуры, при которой термопласт переходит в высокоэластическое состояние, и затем формуют на позитивной или негативной форме с помощью подогретого сжатого воздуха. После охлаждения, необходимого для фиксации формы изделия, его удаляют из формы. Преимуществом пневмоформования является возможность использования высокого давления формования (0,15 – 2,5 МПа), что способствует переработке толстостенных листовых заготовок и получению крупногабаритных изделий. При этом способе формования изделия имеют четкий контур и обладают высокой точностью размеров. Изделия получают с хорошей равнотолщинностью.
При вакуум-формовании листовая заготовка закрепляется по периметру формы прижимной рамкой, нагревается плоскими радиационными электронагревателями до высокоэластического состояния и затем формуется под давлением, которое создается за счет разности между атмосферным давлением и разряжением, возникающим в формующей полости между поверхностью листа и формой при отсасывании из нее воздуха вакуум-насосом. Практически давление составляет 0,06-0,085 МПа. Его обычно достаточно для формования листов толщиной до 5 мм. Далее изделие охлаждается для фиксирования формы, а затем удаляется.
Для изготовления глубоких изделий сложной формы применяют различные комбинированные способы, при которых используют и механическую вытяжку пуансонами и пневмовакуумформование.
Машины для термоформования могут быть одно- и многопозиционными. Последние отличаются тем, что основные технологические операции, требующие наибольшей затраты времени (процессы нагрева листовой заготовки, формования и охлаждения изделий) осуществляются одновременно в различных рабочих позициях.
Наибольшее распространение получили трехпозиционные револьверные (карусельные) машины. Основным рабочим органом такой машины является ротор с укрепленными на нем тремя прижимными рамами. В первой позиции листовая заготовка зажимается прижимной рамой, после чего ротор поворачивается на 120 оС. Листовая заготовка попадает во вторую позицию, где осуществляется ее разогрев до высокоэластического состояния. Затем ротор вновь поворачивается на 120 оС, где в третьей позиции происходит формование изделия и его охлаждение. В это же время на первой позиции происходит выгрузка готового изделия и укладка нового листа термопласта.