Stopy metali, Schematy z Chemia

Pobierz Stopy metali i więcej Schematy w PDF z Chemia tylko na Docsity! Stopy metali Materiał zawiera starter, w którym znajduje się odwołanie do wcześniejszej wiedzy ucznia związanej z tym tematem oraz cele sformułowane w języku ucznia. Materiał składa się z sekcji: "1. Co stopy metali mają wspólnego z muzyką?" - stopy używane do wyrobu instrumentów muzycznych  "2. Co to są stopy metali?" - Omówienie stopów.w kontekscie historycznym. "3. Jak się otrzymuje stopy metali i jakie są ich właściwości?" -  otrzymywanie i badanie właściwości wybranych stopów; eksperymenty:  - W jaki sposób można otrzymać stop metali?  - Czy stopy metali mają takie same właściwości jak tworzące je składniki? "Podsumowanie", "Słowniczek", "Zadania". Materiał zawiera 11 ilustracji (fotografii, obrazów, rysunków), 3 filmy, 6 ćwiczeń, w tym 6 interaktywnych. Słownik pojęć zawiera wyjaśnienia terminów: "brąz", "duraluminium", "mieszanina jednorodna", "mosiądz", "stal", "stop" Stopy metali Jeden ze stopów metali – stal – jest powszechnie stosowany, m.in. w konstrukcjach mostów, wieżowców, samochodów, okrętów, rakiet kosmicznych, a także w produkcji szyn kolejowych, garnków, zlewów, sztućców, aparatury i narzędzi specjalistycznych. Zastanówmy się, jaki jest skład stali i w jakim celu stapia się ze sobą metale? Już wiesz jakie właściwości ma materia w różnych stanach skupienia; co to są symbole pierwiastków chemicznych i jak się nimi posługiwać; co to są metale i jakie mają właściwości; jakie zastosowania mają metale w życiu codziennym; które właściwości metali pozwalają je rozróżniać; jakie kryteria stosuje się, klasyfikując mieszaniny; jakie zasady bezpieczeństwa należy zachować w szkolnej pracowni chemicznej. Nauczysz się wyjaśniać, dlaczego zamiast metalu często używa się jego stopu z innymi pierwiastkami chemicznymi; podawać przykłady zastosowań stopów metali w życiu codziennym; wskazywać w układzie okresowym pierwiastków chemicznych metale, z których otrzymuje się stopy użytkowe; klasyfikować stopy metali jako mieszaniny jednorodne i opisywać niektóre z nich: brąz, mosiądz, stal, duraluminium; projektować doświadczenia pozwalające porównać właściwości metali i ich stopów; przestrzegać zasad bezpieczeństwa podczas wykonywania eksperymentów chemicznych. 1. Co stopy metali mają wspólnego z muzyką? Polecenie 1 Jaki związek może mieć chemia z muzyką? Z jakich materiałów są wykonane instrumenty muzyczne? Struna – budowa (1), drobinki skóry i brudu uwięzione w zwojach (2), powłoka zabezpieczająca struny i tworząca barierę dla brudu (3) 2. Co to są stopy metali? Polecenie 2 1. Wyszukaj w układzie okresowym pierwiastki: cynę, ołów, miedź, cynk. 2. Napisz, jaki stop tworzy każda z podanych par metali: 1. cyna i ołów, 2. miedź i cyna, 3. miedź i cynk. Porównaj odpowiedzi z tabelą Stopy metali. 3. Korzystając z układu okresowego pierwiastków i tablic chemicznych, porównaj temperatury topnienia poszczególnych metali i tworzących je stopów. 4. Przeanalizuj informacje umieszczone na osi czasu i przypomnij sobie wiadomości z historii na temat epok kamienia, brązu i żelaza. Sporządź krótką notatkę na temat wykorzystywanych w tych epokach metali i wykonywanych z nich przedmiotów. Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., Lokilech (http://commons.wikimedia.org), Lawrie Cate (https://www.flickr.com), Prof saxx (http://commons.wikimedia.org), Opodeldok (http://commons.wikimedia.org), Rob Hurson (https://www.flickr.com), Michal Maňas (http://commons.wikimedia.org), Elliott Brown (https://www.flickr.com), LACMA (https://www.flickr.com), Kozuch (http://commons.wikimedia.org), Anagoria (http://commons.wikimedia.org), Luis García (Zaqarbal) (http://commons.wikimedia.org), Bullenwächter (http://commons.wikimedia.org), dynamosquito (https://www.flickr.com), licencja: CC BY-SA 2.0. Żelazo dzięki swoim właściwościom jest najbardziej użytecznym metalem. Jest głównym składnikiem powszechnie stosowanej stali, którą otrzymuje się z surówki (wytwarzanej w wielkim piecu z rudy żelaza) oraz uszlachetnia metalami: manganem, niklem lub chromem. Stop ten jest wykorzystywany w konstrukcji mostów, drapaczy chmur, statków, platform morskich, samochodów, pociągów, pokryć dachów czy w produkcji puszek do konserw. Do wytwarzania m.in. elementów konstrukcji samolotów bądź puszek do napojów używany jest inny stop – duraluminium. Ciekawostka Stop w kolorze rdzy Stop ten otrzymano po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych w czasie wielkiego kryzysu (1929–1933). Jest to materiał ceniony ze względu na szczególne właściwości, dzięki którym nie wymaga częstej konserwacji. Corten (czyt. korten), czyli gatunek stali, został opatentowany w 1933 roku. Nazwa materiału powstała z określenia jego właściwości corrosion resistant (czyt. korożion resistant), co oznacza „odporny na korozję”, i high tensile strength (czyt. haj tensajl strent), czyli „wytrzymały na rozciąganie”. Do jego produkcji użyto m.in.: chromu, miedzi, krzemu i fosforu. Stop ten pod wpływem czynników atmosferycznych pokrywa się cienką powłoką ochronną przypominającą rdzę o brązowej barwie. To sprawia, że stal nie ulega korozji, jest wytrzymała i odporna na naprężenia. brąz  statyw, trójkąt kaolinowy, tygiel żelazny lub porcelanowy, pręt żelazny, waga, palnik gazowy, rurka wykonana z tektury. Instrukcja 1. W tyglu umieść 5 g cyny i dodaj kalafonię. 2. Tygiel ogrzewaj do stopienia się cyny, a następnie, stale ogrzewając, dodaj w kolejności: 10 g ołowiu, 5 g kadmu i 20 g bizmutu. 3. Zawartość tygla stale mieszaj żelaznym prętem aż do otrzymania jednorodnej mieszaniny. 4. Otrzymany stop pozostaw do skrzepnięcia, wyjmij go z tygla i usuń pozostałą na nim kalafonię. 5. Możesz stopić go ponownie i odlać z niego pręty, używając tekturowej rurki. Podsumowanie Otrzymany stop wygląda inaczej niż metale wchodzące w jego skład, lecz zachowuje charakterystyczny metaliczny połysk. W wyniku stopienia dwóch lub większej liczby różnych metali otrzymuje się mieszaniny jednorodne zwane stopami. Zarówno metale, jak i otrzymane z nich stopy mają metaliczny połysk. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Otrzymywanie stopu Wooda Na ekranie pojawiają się kolejno wymieniane metale, odczynniki i sprzęt laboratoryjny. Osoba odważa 5 g cyny umieszcza ją w tyglu i dodaje kalafonię .Zbliżenie na zawartość tygla. Osoba zapala palnik i podgrzewa tygiel do stopienia się cyny zbliżenie. Następnie ogrzewając dodaje w kolejności: 10 g ołowiu, 5 g kadmu i 20 g bizmutu. Mieszanie zawartości tygla do otrzymania jednorodnej mieszaniny. Zbliżenie. Przejście sugerujące upływ czasu. Zbliżenie na otrzymany stop. Usunięcie z niego kalafonii. Ponowne podgrzanie i wylanie w różne formy. Stop, czyli mieszaninę metali lub metalu z pierwiastkami niemetalicznymi, uzyskuje się przez stopienie składników, a następnie schłodzenie otrzymanej masy. Stop najczęściej ma odmienne właściwości od jego elementów składowych, w niektórych przypadkach nawet niewielka ilość dodatków wpływa znacząco na jego właściwości. Zazwyczaj stopy są bardziej odporne na działanie powietrza i wody, a także twardsze oraz bardziej wytrzymałe mechanicznie niż czyste metale. Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://epodreczniki.pl/b/P6v5lJlNC Otrzymywanie stopów, ich właściwości i zastosowanie 1. Odczytaj w tablicach chemicznych: w jakiej temperaturze topi się stop cyny z ołowiem (cyna do lutowania), temperatury topnienia tworzących go składników tj.: cyny i ołowiu. Ustal, w jakiej kolejności stopią się: cyna do lutowania, ołów i cynk. 1. W tym celu na stalowy krążek o średnicy około 12 cm połóż w odpowiedniej odległości małe próbki cyny, ołowiu i ich stopu. 2. Środek krążka ogrzewaj płomieniem palnika i obserwuj zachodzące zmiany. 3. Wyznacz kolejność topienia się poszczególnych próbek. 2. Zbadaj twardość miedzi, cynku i mosiądzu. 1. Powierzchnię płytki mosiężnej zarysuj narożem płytki cynkowej i miedzianej. 2. Płytką mosiężną porysuj powierzchnię płytki cynkowej i miedzianej. Podsumowanie I. Jako pierwszy stopił się stop cyny z ołowiem (cyna do lutowania), następnie – cyna i jako ostatni – ołów. II. Obserwacja powierzchni metali w czasie prób zarysowywania innymi metalami lub ich stopami pozwoliła ustalić, że płytka mosiężna zarysowuje płytkę cynkową i miedzianą. Stopy różnią się od metali, z których je otrzymano, właściwościami fizycznymi, m.in. temperaturą topnienia, twardością. Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://epodreczniki.pl/b/P6v5lJlNC Porównywanie twardości stopu z właściwościami jego składników – symulacja Najtwardszy okazał się mosiądz. Spośród badanych metali twardsza od cynku okazała się miedź. Twardość metali i stopów decyduje o ich zastosowaniu. Ciekawostka Stop z pamięcią kształtu: niklowo‐tytanowy Stop o nazwie nitinol jest materiałem „inteligentnym”. Charakteryzuje się unikalnymi właściwościami – pamięcią kształtu. Nazwa nitinol pochodzi od jego składu: (nikiel), (tytan) oraz miejsca odkrycia: Naval Ordnance Laboratory (czyt. nejwel ordnenc laboratri), tj. laboratorium badawcze Marynarki Wojennej USA, w 1959 roku przez Williama Buehlera (czyt. łiliama błalera) i Fryderyka Wanga (czyt. łanga). Odkrycie właściwości pamięci kształtu sięga roku 1932, kiedy to szwedzki chemik Arne Olander (czyt. arn olander) zaobserwował ten efekt w stopie złota z kadmem. Materiały z pamięcią kształtu mają zdolność do odwzorowania nadanej im pierwotnie formy oraz jej odtworzenia pod wpływem np. zmiany temperatury lub pola magnetycznego. Mimo trudności z przetwarzaniem i obróbką nitinol znalazł praktyczne zastosowanie już w latach siedemdziesiątych, np. do produkcji drutów i sprężyn (także w biustonoszach), jako składnik mechanizmu zabawek, w medycynie (szczególnie w dentystyce i ortopedii do zabezpieczenia ścięgien, więzadeł i innych miękkich tkanek w kościach) oraz jako biomateriał. Wśród materiałów z pamięcią kształtu ponad 90% komercyjnych stanowią te, które są wykonane z nitinolu. Jeśli nosisz aparat korekcyjny na zębach, być może jest on z tego właśnie stopu… Ni Ti Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Źródło: Tomorrow Sp.z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film przedstawia drucik nitinolowy odginamy (prostowany) przez eksperymentatora i wkładany do zlewki z ciepła wodą. Drucik wraca do swojego pierwotnego kształtu. Podsumowanie Właściwości stopu zależą od jego składu i sposobu jego otrzymywania. Stopy metali, tak jak inne mieszaniny, otrzymuje się w wyniku zmieszania dwu lub więcej metali, po stopieniu ich ze sobą i schłodzeniu otrzymanej masy. Stopy różnią się od metali wchodzących w ich skład właściwościami, np. twardością, wytrzymałością, ciągliwością i temperaturą topnienia (na ogół niższą w przypadku stopu). Stopy metali są odporniejsze na korozję od metali. Stal to stop żelaza z domieszką węgla, który zapewnia większą twardość i wytrzymałość stopu oraz obniża jego kowalność i ciągliwość. Uzyskanie specyficznych właściwości, np. odporności na korozję, wymaga dodania do stali chromu, np. stal nierdzewna zawiera 11–14% chromu. Tak przygotowaną stal stosuje się do wyrobu części maszyn, szyn kolejowych, ostrzy noży, narzędzi, zbrojeń betonu, elementów konstrukcyjnych. Mosiądz to stop miedzi i cynku (do 40%) oraz dodatków, np. ołowiu, glinu, cyny, manganu, żelaza, chromu oraz krzemu. Mosiądz jest przydatny do obróbki plastycznej na zimno, np. podczas produkcji łusek amunicji. Wytwarza się z niego monety, medale, świeczniki, puchary, kłódki, moździerze, pomniki, elementy ozdobne (klamry, klamki, Ćwiczenie 4 Opisz wymienione poniżej metale i stopy, wybierając odpowiednie określenia ich właściwości. brązowa, żółta, srebrzystobiała, brązowa, pomarańczowożółta, żółta, srebrzystoróżowa (łososiowa), stop, srebrzystoróżowa (łososiowa), stały, gazowy, srebrzystoróżowa (łososiowa), pierwiastek, stop, brązowa, pomarańczowożółta, gazowy, żółta, brązowa, biała, pierwiastek, stały, pomarańczowożółta, biała, srebrzystobiała, srebrzystobiała, srebrzystobiała, pomarańczowożółta, biała, żółta, stały, pierwiastek, gazowy, brązowa, srebrzystoróżowa (łososiowa), ciekły, gazowy, stop, żółta, stały, ciekły, pierwiastek, stały, srebrzystoróżowa (łososiowa), pierwiastek, srebrzystobiała, ciekły, stop, biała, pomarańczowożółta, biała, gazowy, stop, srebrzystobiała, ciekły, brązowa, srebrzystoróżowa (łososiowa), żółta, pomarańczowożółta, pierwiastek, biała, stały, gazowy, ciekły, stop, ciekły miedź – stan skupienia .............................................................., barwa .............................................................., rodzaj materii .............................................................. rtęć – stan skupienia .............................................................., barwa .............................................................., rodzaj materii .............................................................. brąz – stan skupienia .............................................................., barwa .............................................................., rodzaj materii .............................................................. mosiądz – stan skupienia .............................................................., barwa .............................................................., rodzaj materii .............................................................. złoto – stan skupienia .............................................................., barwa .............................................................., rodzaj materii .............................................................. stal – stan skupienia .............................................................., barwa .............................................................., rodzaj materii .............................................................. Źródło: Małgorzata Bartoszewicz, licencja: CC BY 3.0. Ćwiczenie 5 Źródło: Małgorzata Bartoszewicz, licencja: CC BY 3.0. Ćwiczenie 6 Wstaw w odpowiednie miejsca tabeli po dwa główne składniki poszczególnych stopów metali. chrom, żelazo, srebro, miedź, rtęć, cyna brąz stal nierdzewna amalgamat Źródło: Małgorzata Bartoszewicz, licencja: CC BY 3.0.