Глава 4. Знакомство с материалами

§24 Металлы и сплавы

Вопросы перед параграфом

Задание №1

Чем металлы отличаются от неметаллов?

Ответ

Все металлы наделены металлическим блеском, они превосходные проводники электрического тока и тепла. Большинство из них пластичны, при физическом воздействии металлы легко меняют форму. Неметаллы, наоборот, плохие проводники тепла и электрического тока.

Задание №2 

Что такое сплавы?

Ответ

Сплавы − это вещества, состоящие из двух и более металлов, которые получаются с помощью плавления простых элементов.

Задание №3 

Как получают металлы из руд?

Ответ

Пирометаллургия − это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей. В процессах пирометаллургии используются различные восстановители:
• неметаллические − кокс, оксид углерода (II), водород;
• металлические − алюминий, магний, кальций и другие металлы.
Если в качестве восстановителя применяют алюминий, то процесс восстановления называют алюминотермией.

(стр.157)

Задание №1

Сравните цвет латуни и бронзы с цветом металлов, которые входят в их состав.

Ответ

Рис. 125. Латунь (а) и бронза (б)
Латунь − это медно−цинковый сплав.
Латунь, в отличие от розово−красной меди, имеет золотистый или желтоватый цвет.
Бронза, как правило, состоит из меди и олова.
Бронза по сравнению с медью кажется тёмно−коричневой.
Медь

Цинк:

Олово:

§24. проблемный вопрос

Задание №1 

Какие металлы сильнее всего изменили жизнь человека?

Ответ

Сильнее всего жизнь человека изменили:
1. Медь. Обрабатывая медь с 7 по 3 тысячелетие до н.э, человек заметил, что изготовить из нее наконечник для стрелы гораздо легче, чем из камня, да и тупятся медные наконечники медленнее, чем каменные. Более того, заточить затупившийся медный наконечник намного проще и быстрее. Её начали использовать для изготовления орудий труда, производства монет, украшений и т.д.
Однако, в древности медь не вытеснила полностью каменные орудия труда. Только когда человек научился плавить медь и впоследствии открыл для себя бронзу, − металл полностью заменил камень.
2. Олово. На основе олова и меди получали бронзу (один из наидревнейших сплавов, полученных человеком). Все, необходимое для быта человека, в древности изготавливалось из этого сплава. Археологи обнаружили оружие (кинжалы, топоры, наконечники стрел, мечи), мебель и предметы интерьера (зеркала), а также посуду (кувшины, вазы, тарелки). Кроме того, из бронзы изготавливали монеты и всевозможные украшения. Около V−IV веков до нашей эры античные скульпторы Греции научились отливать крупные бронзовые статуи, кстати, эта технология актуальна и сегодня. В Средние века бронза использовалась для производства пушек и артиллерийских снарядов.
3. Алюминий. На рубеже XIX и XX веков алюминий стал применяться в самых разных сферах и дал толчок для развития целых отраслей.
В 1891 году по заказу Альфреда Нобеля в Швейцарии создается первый пассажирский катер Le Migron с алюминиевым корпусом. А через три года шотландская судостроительная верфь Yarrow & Co представила изготовленную из алюминия 58−метровую торпедную лодку. Этот катер назывался «Сокол», был сделан для военно−морского флота Российской империи и развивал рекордную для того времени скорость в 32 узла.
В 1894 году американская железнодорожная компания New York, New Haven, and Hartford Railroad, принадлежавшая тогда банкиру Джону Пирпонту Моргану (J.P. Morgan), начала выпускать специальные легкие пассажирские вагоны, сидения которых были выполнены из алюминия. А всего через 5 лет на выставке в Берлине Карл Бенц представил первый спортивный автомобиль с алюминиевым корпусом.
Но настоящую революцию алюминий совершил в авиации, за что навсегда заслужил свое второе имя – «крылатый металл». В этот период изобретатели и авиаторы во всем мире работали над созданием управляемых летательных аппаратов – самолетов.
4. Железо. Благодаря железу на смену первобытно−общинному племенному строю пришло зарождение классового общества и формирование государств, налаживание новых торговых связей. Именно в раннем железном веке формируется самый известный торговый маршрут − Великий шелковый путь.
Несмотря на то, что технология получения железа более сложная и трудоемкая, чем в случае с бронзой, железный век уверенно сменил предшествующий ему бронзовый. Все потому, что железо было более широко распространено в природе. За период бронзового века многие металлические предметы стали перерабатывать в оружие. Именно нехватка олова для отливки бронзы заставила древних металлургов искать альтернативу.
Задолго до промышленной революции большинство людей в раннем железном веке разводили домашний скот и занимались сельским хозяйством. Центром жизни была деревня, где общины обрабатывали землю и вручную изготовляли предметы первой необходимости.
Производство железных инструментов помогло сделать ведение сельского хозяйства более простым и эффективным. Крестьяне смогли обрабатывать более твердые почвы, что позволило выводить новые сорта и высаживать новые культуры. Это же касалось и животноводства. Благодаря более эффективному способу ведения хозяйства освобождалось и время.
Больше времени означало, что теперь люди могли заниматься не только хозяйством, но и продать или обменивать то, что вырастили. Некоторые семьи начали создавать свои пекарни, мастерские по пошиву одежды и кузни. Развитие кузнечного дела в свою очередь стимулировало развитие таких ремесел как обработка кожи, дерева и кости. В этот период процветает торговля.

§24. вопросы и задания

Задание №1 

Какими общими свойствами обладают металлы?

Ответ

Общие свойства металлов:
• металлический блеск,
• ковкость,
• пластичность,
• хорошо проводят теплоту,
• хорошо проводят электричество.

Задание №2 

Найдите металлы, перечисленные в параграфе, в периодической таблице.

Ответ

$Fe$ (железо), $Cu$ (медь), $Al$ (алюминий), $Zn$ (цинк), $Sn$ (олово), $Pb$ (свинец), $Ag$ (серебро), $Au$ (золото), $Pt$ (платина), $Hg$ (ртуть).

Задание №3 

Какие сплавы вы знаете?

Ответ

Сплавы:
Бронза − сплав меди с оловом.
Латунь − сплав меди с цинком.
Силумин − сплав алюминия с кремнием.
Дуралюмин − сплав алюминия с магнием, марганцем и кремнием.
Чугун − сплав железа с углеродом.
Сталь − сплав железа с углеродом.

Задание №4 

Как металл добывают из руды? Расскажите на примерах из параграфа.

Ответ

1. Цинк добывают из цинковой обманки $ZnS$.
При нагревании на воздухе цинковая обманка превращается в оксид цинка (ZnO):
2$ZnS$ + 3$O_{2}$ = 2$ZnO$ + 2$SO_{2}$ ,
который смешивают с коксом и нагревают (образуется цинк и выделяется углекислый газ):
2$ZnO$ + $C$ = 2$Zn$ + $CO_{2}$
2. Железо добывают из руды (оксида железа).
Сперва руду смешивают с коксом и нагревают для получения чугуна (сплава железа с углеродом):
2$Fe_{2}O_{3}$ + 3$C$ = 4$Fe$ + 3$CO_{2}$,
а потом для получения железа уменьшают содержание в сплаве углерода, продувая через расплавленный чугун воздух, обогащённый кислородом (при этом «лишний» углерод выгорает).

Задание №5 

Приведите пример из жизни, иллюстрирующий пластичность металлов.

Ответ

Алюминиевой фольгой заворачивают предмет любой формы и она не рвётся.
Медная проволока в шнуре питания для пылесоса многократно меняет форму, и не образуются разрывы проволоки.

Задание №6 

Составьте рассказ о жизни и деятельности учёного, изображённого на рисунке 126.
Рис. 126. Бронзовая статуя, покрытая патиной

Ответ

На фотографии статуя Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765 гг.) – великого русского ученого, химика, физика, художника, историка, поэта и писателя, труды которого стали известны во всем мире. Прославился в таких областях знаний, как: астрономия, геология, приборостроение, география и многие другие.
Ранние годы
Родился Михаил Ломоносов 8 (19) ноября 1711 года в деревне Мишанинская (Архангельская губерния, сейчас − село Ломоносово) в зажиточной семье. С ранних лет он любил выходить с отцом в море. Эти плавания оказали влияние на формирование представлений юного Ломоносова о красоте природы, закалили его характер.
Грамоте и чтению Ломоносову удалось обучиться еще в детстве. В возрасте 14 лет Михаил уже умел грамотно писать. Узнав, что отец хочет его женить, в 19 лет решает бежать в Москву.
Учеба и трудовая деятельность
Движимый стремлением к знаниям, он пешком приходит в Москву (1731 г.), где поступает в Славяно−греко−латинскую академию. Там жизнь Ломоносова очень трудна и бедна. Однако благодаря упорству ему удается за 5 лет пройти весь 12−летний курс обучения.
В числе лучших студентов в 1736 году отправляется учиться в Германию, где изучает технические и естественные науки, а также иностранные языки и литературу. Начал собирать свою библиотеку, в которую вошли как античные авторы, так и современники.
Для тех времен биография Михаила Ломоносова была весьма насыщенной. Он изучает множество наук, ставит опыты, выступает с лекциями. Даже при такой занятости у Ломоносова остается время на сочинение стихотворений.
В 1741 году Михаил Васильевич возвращается на родину.
В 1742 году Ломоносов был назначен адъюнктом физики в Петербургской академии наук, а через 3 года стал профессором химии.
Смерть и наследие
Вклад Ломоносова в такие науки, как физика, химия, география, астрономия, минералогия, почвоведение, геология, картография, геодезия, метеорология очень велики. Литературное творчество Ломоносова содержит произведения на разных языках. Это «История Российская», трагедии «Тамара и Селим», «Демофонт» и многие стихотворения Ломоносова.
В 1754 году он разработал проект Московского университета, названный позже в его честь университетом Ломоносова. Кроме того, краткая биография Ломоносова знаменательна открытием закона сохранения материи, написанием работ по теории цвета, построением множества оптических приборов.
Большой вклад Ломоносов внес также в историю. Ученый создал «Краткий российский летописец с родословием», где описал главные события истории России с 862 по 1725 год. Это издание облегчило работу с историческими документами и стало очень популярно среди читателей.
Смерть настигла Михаила Ломоносова в возрасте 54 лет. Умер великий ученый от воспаления легких 4 (15) апреля 1765 года и был похоронен на Лазаревском кладбище в Санкт−Петербурге.