Сплавы
методическая разработка (химия, 9 класс) по теме

Конспект урока по химии в 9 классе по теме: «Сплавы».

Цель урока:

1. Познакомиться с видами сплавов;
2. Познакомиться  со свойствами сплавов
3. Значением сплавов. (медь и её сплавы. Иконы, чистка монет)

Оборудование: коллекции металлов и сплавов, кристаллические решетки металлов и сплавов, открытки изделий из сплавов, дидактические задания, периодическая таблица Д.И.Менделеева, иллюстративный материал, образцы изделий из сплавов.

Ход урока.

1. Орг. момент.
2. Повторение.

1. Физические свойства металлов.
2. Металлическая связь.

3. Содержание урока.

При плавлении металлы обычно смешиваются друг с другом, образуя сплавы. В большинстве случаев сплавы обладают более полезными свойствами, чем составляющие их чистые металлы. У бронзы, например, прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее технически чистого железа. Поэтому в чистом виде металлы используют редко. Получены десятки тысяч сплавов

        Помимо большей прочности многие сплавы обладают большей коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, из нее трудно получить отливки, и в то же время оловянная бронза имеет прекрасные литейные свойства: из нее отливают художественные изделия, требующие тонкой проработки деталей. Чугун-сплав железа с углеродом - также великолепный литейный материал.

        Помимо более высоких механических качеств сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Примерами могут служить получаемая на основе железа нержавеющая сталь-материал с высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и с высокой жаропрочностью, магнитные материалы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, с малым коэффициентом термического расширения.

Сплавы - это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух и более компонентов, из которых по крайней мере один - металл.

        В металлургии железо и его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы; остальные металлы и их сплавы имеют техническое название цветные металлы. 

        Подавляющее большинство железных (или черных) сплавов содержит углерод. Их разделяют на чугуны и стали.

        Чугун-сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5% углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь - передельный чугун.

        В зависимости от состояния углерода в сплаве различают серый и белый чугун.

        Сталь-сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали делят на два основных вида: углеродистая и легированная стали.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также других веществ гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие(0,3%С), средней твердости и твердые (до2%С). Из мягкой и средней твердости стали делают детали машин, трубы, гвозди, скрепки и т. д., а из твердой - различные инструменты.

        Легированная сталь- это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены еще специальные, легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, молибден и др.

        Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так, хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Они применяются в строительстве, а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромомолибденовые и хромованадиевые стали очень твердые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, моторов и многих других деталей машин современной техники.

        Стали - это основа современного машиностроения, оборонной промышленности, ракетостроения и других отраслей промышленности.

        В развитии современной металлургии стали большое значение имели работы Д. К. Чернова и П. П. Аносова.

        Сплавы меди

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни - сплавы меди с цинком ( меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) - прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы. Бронза- сплав на основе меди с добавкой ( до 20% ) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.

        Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

Алюминиевые бронзы. Дюралюминий - сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний. Марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолетостроении машиностроении.

содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Кремниевые бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

Бериллиевые бронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

Кадмиевые бронзы - сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) - используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои - сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31%Cu; остальное - цинк).Из цветных сплавов отметим бронзу, латунь, мельхиор, дюралюминий.

        Бронза- сплав на основе меди с добавкой ( до 20% ) олова. Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.

        Дюралюминий - сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний. Марганец и никель. Имеет хорошие механические свойства, применяется в самолетостроении машиностроении.

Дополнительный материал с презентацией

Медь в искусстве.

В незапамятные времена медь стала доступна человеку. Медный век был ознаменован широким использованием орудий, изготовленных из медных самородков. Достаточно распространенный в природе, обладающий хорошей ковкостью, сравнительно легко поддающийся обработке – этот металл первым завоевал доверие и признание человеческой цивилизации. Достаточно упомянуть о том, что уже в 3-м тысячелетии до нашей эры при помощи медных инструментов были добыты и изготовлены 2 миллиона 300 тысяч каменных глыб, из которых сложено одно из семи чудес света – египетская пирамида Хеопса. Изготовление изделий из меди и искусство медной чеканки по древности происхождения уступает лишь художественной керамике. Бронзовый век, пришедший на смену медному, открыл людям еще одну возможность – использование сплавов. Бронза – это сплав меди с оловом. Знаменательно, что это вещество дало начало развитию искусства литья. Из бронзы изготавливались преимущественно предметы роскоши, драгоценности, а также первые зеркала. В Египте эксперименты с медью привели к возникновению алхимии. Египетские жрецы открыли для себя сплав меди и цинка – латунь. Сходство латуни с золотом заставило первых алхимиков прийти к выводу, что они владеют секретом получения золота из меди (правда, в отличие от золота, латунь окисляется). Кроме сплавов, использовались и химические соединения меди. Например, в Александрии окисленная медь использовалась в качестве женского грима – получаемой таким образом зеленой краской подводили глаза. Этот же краситель применялся и в живописи терм (бань) римского императора Тита, в стенных фресках Помпеи.

Медь и бронза были известны также в Индии, Ассирии, Риме и в Греции. Один из богов, воспетых в «Илиаде», кузнец Гефест выковывает из меди победный щит герою Троянской войны Ахиллу, а в начале III века до н. э. в районе порта Родоса на побережье Эгейского моря появляется другое чудо света – Колосс Родосский – 32-метровая статуя бога Солнца Гелиоса. Гигантское сооружение, под которым свободно проплывали парусные суда, было полностью медным. До наших дней также дошли выполненные на заре человеческой цивилизации уникальные скульптуры из бронзы – Марк Аврелий, Дискобол, Спящий сатир и другие. Не менее популярна была медь и в Японии. Так, в VIII веке н.э. была создана гигантская медная фигура Будды в храме Тодайдзи весом более 400 тонн.

Из меди и сплавов изготавливались и монеты разных стран.

Медь в искусстве России

На территории нашей страны медные рудники появились приблизительно в начале 2-го тысячелетия до н. э. VIII–VI веками до н. э. датируются находки археологов в Закавказье, Сибири и на Алтае: медные ножи, наконечники стрел, бронзовые щиты, шлемы и другие предметы. Промышленная выплавка меди, однако, началась лишь в начале XIII века в Архангельской области, на Цильменском месторождении.

Меднолитая пластика – это замечательное и до конца не исследованное явление русской художественной культуры, имеющее тысячелетнюю историю. Определяя значение медных крестов, икон и складней в жизни русского народа, Ф.И.Буслаев, известный филолог и искусствовед XIX в., писал: «Это были святыни самые удобные для перенесения, прочные и дешевые; потому они и доселе в большом употреблении в простом народе…». 1 Эти слова с полным правом можно отнести к любому региону России, в том числе и к Московской губернии, где на протяжении XVIII – XX вв. не только почитали меднолитые образа, но и занимались их производством.

Определяющей вехой в истории медного литья стал указ Петра I от 31 января 1723 г. «О запрещении иметь в приходских церквах иконы частных лиц; также выливать и продавать в рядах священные изображения из меди и олова». 2 Этот указ поставил под контроль производство, продажу и бытование меднолитых предметов, которые следовало «употребить на церковные нужды». Таким образом, уже в начале XVIII в. была определена политика государственных властей по отношению к медной пластике. Именно в этих условиях, поставивших литейное дело в нелегальное положение, мастера-старообрядцы разных направлений (беспоповцы и поповцы) сумели не только сохранить древнерусские традиции, но и создать новые образцы крестов, икон и складней.

Из меди и сплавов на Руси отливалось и оружие. 40-тонная Царь-пушка была отлита из бронзы в 1586 году Андреем Чеховым. Медные монеты впервые на Руси были введены в середине XVII века. Издавна была известна на Руси и уксуснокислая медь – ярко-зеленая краска, носившая в старину название «яр-медянки».

Медное литье, утвердившееся в русском церковном искусстве в домонгольскую эпоху, неотрывно сопровождает всю историю русской религиозности и благочестия. Купола, как известно, в России кроют золотом, однако основа для покрытия купола изготавливалась обычно из меди. И сегодня медь является предпочтительным материалом для изготовления церковных куполов: так, при реконструкции храма Василия Блаженного в Москве в скором времени планируется заменить железные купола медными, так как железо быстро ржавеет. Высочайшего мастерства русские умельцы достигли и в искусстве литья колоколов. Бронзовый Царь-колокол, предназначенный для колокольни Ивана Великого, весом более 200 тонн был отлит в 1735 году отцом и сыном Материными. Медными листами покрыта и южная дверь Успенского собора – главного храма Древней Руси.

Литые иконы, кресты и складни изготовлялись в России с древнейших времён. Особенно популярными стали литые иконы в среде старообрядцев – они нуждались в иконах, выполненных из прочного материала, приспособленного для частых перевозок, длительного пребывания под открытым небом или, в случае обыска или необходимости прятать свои святыни от гонителей, в земле. Медные сплавы как нельзя более отвечали этим требованиям. Родиной старообрядческого цветнометаллического литья считается поморский Выговский монастырь, где, по-видимому, до середины XVIII в. сформировались основные композиционные и стилевые мотивы медной пластики. К XIX в. медные иконы отливались не только на Севере, но и на Урале, и даже в мастерских Подмосковья.

Медь нашла свое применение и в светском искусстве Руси. Гравюра на металле – технология, заимствованная с Запада, но получившая свое продолжение и развитие в руках русских мастеров – не перестает удивлять тонкостью и изяществом исполнения и в наши дня. Первые гравюры на металле, появившиеся в Петровскую эпоху, были резцовыми – их получали путем нанесения на поверхность металла резцом штрихов и линий. В дальнейшем резцовая техника сочеталась с пунктирной (когда вместо резца использовались пуансоны – с их помощью наносились точки различной величины, формы и глубины), с различными типами обработки поверхности медной доски, а также травления участков доски, предварительно покрытых кислотоупорным лаком. Сегодня культура гравюры на меди оказалась во многом утраченной из-за своей сложности и строгости принципов.

В архитектуре и оформлении городского пространства императорской России прочное место заняли и бронзовые скульптуры. Из бронзы изготовлен и знаменитый петербургский «Медный всадник» – творение французского скульптора Фальконе, воспетый А. С. Пушкиным.

Медные монеты прошлого

Монета 10 копеек, Сибирь, 1770 г

.            

Монета 10 копеек, Сибирь, 1770 г.

4. Домашнее задание.

§        7 упр. 1- 3, сообщения о производстве и применении сплавов .

5. Закрепление

1. На какие две группы делятся металлы?
2. Сравните состав и свойства чугуна и стали.

В чем сходство и различие?

3. Медные изделия дома