При нагреве, помимо структурных превращений в металле, изменяются его механические и физические свойства. Основная цель нагрева — придать металлу необходимые механические свойства. Пластичность нагреваемой стали увеличивается неравномерно. Пластичность малоуглеродистых, среднеуглеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей при нагреве до температуры 200—400° С (а высоколегированных сталей — до температуры 700—850° С) уменьшается. При нагреве стели выше температуры 600—750° С в зависимости от марки стали пластичность резко возрастает. Следовательно, при температуре нагрева выше 600—850° С (температура зависит от марки стали) сталь становится настолько пластичной, что в ней не образуются внутренние напряжения и трещины. Для процесса нагрева наиболее важным из физических свойств является теплопроводность стали. Теплопроводность — свойство проводить тепло от более нагретой части тела к менее нагретой. Чем выше теплопроводность, тем больше в единицу времени (в час) проникает тепла с поверхности внутрь заготовки и, следовательно, меньше требуется времени для нагрева. Величина теплопроводности характеризуется так называемым коэффициентом теплопроводности. Коэффициентом теплопроводности называется количество тепла в калориях, передаваемое за один час через стенку площадью 1 м2, толщиной 1 м при разности температур в 1° С. Коэффициент теплопроводности выражается в ккал/мчас °С и обозначается буквой Л (ламбда). Если, например, коэффициент теплопроводности стали 36 ккал/м час °С, то это значит, что через стенку площадью 1 м2 толщиной 1 м при разности температур между наружной и внутренней сторонами стенки в 1°С за один час передается 36 ккал тепла. Коэффициент теплопроводности определяется опытным путем. Для разных материалов и сталей разных марок он изменяется в очень широких пределах. Например, теплопроводность для чистого железа равна 60 ккал/м час °С, а для стали марки 30 Х=38,2 ккал/мчас °С. Коэффициент теплопроводности стали зависит от химического состава и температуры стали, а также вида обработки, которой подверглась сталь. Чем меньше сталь содержит примесей, тем больше будет ее теплопроводность. С увеличением в стали содержания углерода теплопроводность уменьшается. Легированные стали имеют теплопроводность меньше, чем углеродистые. С изменением температуры теплопроводность сталей изменяется. На основании опытных данных установлено, что с повышением температуры до 800—850° С величина коэффициента теплопроводности для обыкновенных углеродистых сталей понижается. Выше температуры 850° С теплопроводность углеродистых сталей незначительно повышается. При нагреве легированных и специальных сталей теплопроводность их с повышением температуры изменяется в зависимости от рода и количества легирующих элементов. Исследованиями установлено, что у высоколегированных сталей, содержащих хром и никель, с повышением температуры теплопроводность увеличивается. На величину теплопроводности влияет также и обработки металла. Ковка, прокатка и вообще всякая обработка стали давлением повышают ее теплопроводность. У литой стали теплопроводность меньше, чем у стали, обработанной давлением (ковкой, прокаткой).
Закономерности в изменении свойств элементов-неметаллов
Рассмотрим некоторые закономерности в изменении свойств элементов-неметаллов, принадлежащих одному периоду и одной группе на основании строения их атомов.
В периоде:
заряд ядра увеличивается,радиус атома уменьшается,число электронов на внешнем энергетическом уровне увеличивается,электроотрицательность увеличивается,окислительные свойства усиливаются,неметаллические свойства усиливаются.
В группе:
заряд ядра увеличивается,радиус атома увеличивается,число электронов на внешнем энергетическом уровне не изменяется,электроотрицательность уменьшается,окислительные свойства ослабевают,неметаллические свойства ослабевают.
Таким образом, чем правее и выше стоит элемент в Периодической системе, тем ярче выражены его неметаллические свойства.
Электролитическая диссоциация кислот, солей, диссоциация — распад электролитов на ионы при растворении в воде или расплавлении. Этот процесс изображают с уравнений диссоциации:NaCl = Na+ + Cl−HCl = H+ + Cl−Na2SO4 = 2Na+ + SO42−Если через раствор или расплав электролита пропускать электрический ток, то положительные ионы будут двигаться к отрицательному электроду — катоду. Положительные ионы получили название катионы.Отрицательные ионы будут двигаться к положительному электроду — аноду, и называются анионами.Следовательно, при диссоциации солей образуются катионы металла и анионы кислотного остатка (в состав солей могут входить и другие ионы). При диссоциации кислот образуются в качестве катионов ионы водорода, и анионы кислотных остатков.Механизм диссоциации электролитов при растворении в воде:Многие соли — вещества с ионной связью, состоят из положительных и отрицательных ионов, связанных за счет притягивания противоположных зарядов. При растворении в воде происходит гидратация ионов — взаимодействие ионов с полярными молекулами воды. Это уменьшает притяжение между ионами соли и делает возможным переход гидратированных, т.е. связанных с молекулами воды, ионов в раствор (этому тепловое движение частиц).При выпаривании соли из раствора часть воды может оставаться в составе получаемых кристаллов — кристаллизационная вода. Например, сульфат меди (II) при выпаривании из раствора образует медный купорос (синего цвета), содержащий 5 моль воды на 1 моль соли. Формула медного купороса записывается как CuSO4•5H2O — точка обозначает связь между молекулами воды и ионами в составе сульфата меди(II).При длительном нагревании медного купороса кристаллизационная вода улетучивается и соль приобретает белый цвет. Синий цвет растворов, содержащих ионы меди (II), свидетельствует о том, что в растворе находятся гидратированные ионы.У оснований механизм диссоциации такой же, как и у солей. Растворимые основания — щелочи, — диссоциируют с образованием катиона металла и гидроксид-ионов:NaOH = Na+ + OH–Кислоты содержат ковалентные полярные связи. Так, молекула хлороводорода поляризована:Hδ+Clδ−(δ+ и δ− означают частичные заряды, меньше единицы). При растворении в воде в результате гидратации поляризация молекулы усиливается и происходит разрыв связи между водородом и кислотным остатком с образованием положительного иона водорода и отрицательного иона кислотного остатка.Ионом водорода называют именно гидратированный протон и обозначают H3O+, но для простоты записывают H+Согласно экспериментальным данным, в растворах не обнаружены частицы H3O+. Анализ показывает наличие катионов, включающих две молекулы воды: H5O2+Основатель теории диссоциации электролитов в растворах — шведский ученый Сванте Аррениус. Гидратная теория растворов разработана Д.И.МенделеевымПри расплавлении электролитов разрыв связей с образованием ионов происходит за счет увеличения энергии частиц при нагревании
HNO3+KOH->KNO3+H2O m(KOH)=560г+20%/100%=112гn(KOH)=112г/56г/моль=2мольn(KOH)=n(KNO3)m(KNO3)=2моль*101г/моль=202гДано:m р-ра K(OH) = 560 г wр-ра(KOH) = 20 %Найти:m (KNO3)Решение:1) найдем массу KOH в 560 г 20%-ного раствора:m(KOH) = m(р-ра) ∙ w(р-ра) 100%m(KОН) = 560 г ∙ 20% 100% = 112 г2) вычислим массу KNO3: 112 г x гKOH + HNO3 = KNO3 + H2O 56 г 101 г 112 г --- x 56 г --- 101 гx г = 112 г ∙ 101г 56 г = 202 гответ: m (KNO3) = 202 г
Пластичность нагреваемой стали увеличивается неравномерно. Пластичность малоуглеродистых, среднеуглеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей при нагреве до температуры 200—400° С (а высоколегированных сталей — до температуры 700—850° С) уменьшается. При нагреве стели выше температуры 600—750° С в зависимости от марки стали пластичность резко возрастает. Следовательно, при температуре нагрева выше 600—850° С (температура зависит от марки стали) сталь становится настолько пластичной, что в ней не образуются внутренние напряжения и трещины.
Для процесса нагрева наиболее важным из физических свойств является теплопроводность стали. Теплопроводность — свойство проводить тепло от более нагретой части тела к менее нагретой. Чем выше теплопроводность, тем больше в единицу времени (в час) проникает тепла с поверхности внутрь заготовки и, следовательно, меньше требуется времени для нагрева. Величина теплопроводности характеризуется так называемым коэффициентом теплопроводности.
Коэффициентом теплопроводности называется количество тепла в калориях, передаваемое за один час через стенку площадью 1 м2, толщиной 1 м при разности температур в 1° С. Коэффициент теплопроводности выражается в ккал/мчас °С и обозначается буквой Л (ламбда). Если, например, коэффициент теплопроводности стали 36 ккал/м час °С, то это значит, что через стенку площадью 1 м2 толщиной 1 м при разности температур между наружной и внутренней сторонами стенки в 1°С за один час передается 36 ккал тепла.
Коэффициент теплопроводности определяется опытным путем. Для разных материалов и сталей разных марок он изменяется в очень широких пределах.
Например, теплопроводность для чистого железа равна 60 ккал/м час °С, а для стали марки 30 Х=38,2 ккал/мчас °С. Коэффициент теплопроводности стали зависит от химического состава и температуры стали, а также вида обработки, которой подверглась сталь. Чем меньше сталь содержит примесей, тем больше будет ее теплопроводность. С увеличением в стали содержания углерода теплопроводность уменьшается. Легированные стали имеют теплопроводность меньше, чем углеродистые.
С изменением температуры теплопроводность сталей изменяется. На основании опытных данных установлено, что с повышением температуры до 800—850° С величина коэффициента теплопроводности для обыкновенных углеродистых сталей понижается. Выше температуры 850° С теплопроводность углеродистых сталей незначительно повышается.
При нагреве легированных и специальных сталей теплопроводность их с повышением температуры изменяется в зависимости от рода и количества легирующих элементов. Исследованиями установлено, что у высоколегированных сталей, содержащих хром и никель, с повышением температуры теплопроводность увеличивается.
На величину теплопроводности влияет также и обработки металла. Ковка, прокатка и вообще всякая обработка стали давлением повышают ее теплопроводность. У литой стали теплопроводность меньше, чем у стали, обработанной давлением (ковкой, прокаткой).
Закономерности в изменении свойств элементов-неметаллов
Рассмотрим некоторые закономерности в изменении свойств элементов-неметаллов, принадлежащих одному периоду и одной группе на основании строения их атомов.
В периоде:
заряд ядра увеличивается,радиус атома уменьшается,число электронов на внешнем энергетическом уровне увеличивается,электроотрицательность увеличивается,окислительные свойства усиливаются,неметаллические свойства усиливаются.
В группе:
заряд ядра увеличивается,радиус атома увеличивается,число электронов на внешнем энергетическом уровне не изменяется,электроотрицательность уменьшается,окислительные свойства ослабевают,неметаллические свойства ослабевают.
Таким образом, чем правее и выше стоит элемент в Периодической системе, тем ярче выражены его неметаллические свойства.