Grishina 2 ppt

Департамент образования г.Москвы
ГБОУ СПО Политехнический техникум № 2
Разработка электронного учебного
пособия для занятия по химии
Тема «Металлы, их общая характеристика и
применение в профессиональной деятельности
специалиста по техническому обслуживанию и
ремонту автомобилей»
Выполнила:
Гришина Светлана Николаевна.
преподаватель химии, заместитель директора
ГБОУ СПО ПТ № 2
История открытия металлов




В древности и средние века считали, что существует только 7
металлов: золото Au, серебро Ag, медь Cu, олово Sn, свинец
Pb, железо Fe, ртуть Hg. Древние алхимики для обозначения
металлов и веществ определённые знаки, которые связывали
с планетами и спутником Земли – Луной.
К концу 18 века известно уже 17 металлов, помимо уже
знакомых нам семи, это – сурьма, мышьяк, висмут, кобальт,
марганец, никель, цинк, вольфрам, платина.
В начале 19 века были открыты платиновые металлы,
получены некоторые щелочные, щелочноземельные и
редкоземельные металлы.
С конца 19 века открыты и получены радиоактивные металлы.
История использования металлов
Человек издревле начал использовать металлы, ещё до того, как
появилась письменность. История человечества неразрывно
связана с историей металлов и их сплавов. Очевидно первыми
металлами, которые начал использовать человек, стали
золото, серебро и медь, так как их можно встретить в природе
в самородном виде.
Вспомним историю. Ведь даже в названии продолжительного
периода времени в развитии человеческого общества есть
целые эпохи, связанные с металлами и сплавами.
Каменный → Медный → Бронзовый → Железный
век
век
век
век
История использования металлов
 Человек использовал
металлы и сплавы в
разных целях.
 Первоначально металлы
применялись для
изготовления орудий
труда и бытовых
предметов.
 Затем из них начали
делать украшения и
чеканить монеты.
Распространение металлов в природе
Как мы знаем, большинство химических элементов
относятся к металлам. Также большинство из них в
природе не встречается в свободном состоянии, чаще в
виде соединений с другими элементами – минералов и
горных пород, которые называют руды. Получением
металлов из руд занимается металлургия.
Немногие металлы, которые встречаются в свободном
состоянии, называются самородными. Например, золото и
платина, отчасти – серебро и медь.
Распространение металлов в природе
Распространение металлов в природе
 В основном же в земной коре металлы
встречаются в виде минералов: оксидов
(Al2O3 – драгоценные камни корунд, рубин,
сапфир, а также наждак и глинозем), солей –
нитратов (NaNO3, KNO3), хлоридов (NaСl –
поваренная соль, KCl), сульфатов (CaSO4 - гипс,
MgSO4), карбонатов (CaCO3 – мел, известняк,
мрамор; FeCO3), силикатов (Al2O3 ∙2SiO2 ∙2H2O
), сульфидов (ZnS, PbS, FeS2). Минералы входят
в состав горных пород и руд (например, медная
руда, железная руда).
Распространение металлов в природе
 Вот так например, выглядит в природе
драгоценный камень рубин.
Физические свойства металлов
 все
металлы обладают специфическим
металлическим блеском;
Физические свойства металлов
 по агрегатному состоянию при нормальных
условиях все металлы – твёрдые
кристаллические вещества, за исключением
ртути – тяжелой подвижной жидкости;
Физические свойства металлов
 хорошая теплопроводность и электропроводимость;
 многие металлы пластичны и обладают хорошей
ковкостью;
 по плотности различают легкие (плотность меньше 5
г/см³) и тяжёлые (плотность больше 5 г/см³), самыми
легкими считаются щелочные металлы, а самый тяжелый
– осмий;
 по температурам плавления подразделяют на
легкоплавкие (t°плавления < 1000°С) и тугоплавкие (t°
плавления > 1000°С), самым тугоплавким считается
вольфрам;
Физические свойства металлов
 по твердости металлы могут быть мягкие
(самые мягкие щелочные металлы, легко
режутся ножом) и твердые (самый твердый
металл – хром, им режут стекло);
Физические свойства металлов
 железо обладает отличными магнитными
свойствами
Химические свойства металлов
 Общие
химические свойства металлов
объясняются способностью их атомов при
химических реакциях отдавать валентные
электроны и превращаться в положительно
заряженные ионы, т.е. металлы в реакциях
являются восстановителями.
Fe° - 2e —> Fe ²+
Химические свойства металлов
 Взаимодействие с
неметаллами.
Наиболее энергично металлы
взаимодействуют с галогенами, серой,
азотом и кислородом, которые являются
хорошими окислителями:
Са + Cl2 = СаCl2
2 Zn + О2 = 2 ZnО
2 Na + S = Na2S
3Mg + N2 = Mg3N2
Химические свойства металлов
 Взаимодействие с кислотами.
Металлы по-разному взаимодействуют с кислотами разбавленными и концентрированными.
При взаимодействии растворов кислот с
металлами необходимо руководствоваться
электрохимическим рядом напряжений или
рядом активности металлов:
Li K Ca Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb ( H2 ) Cu Hg Ag Pt Au
Химические свойства металлов
 Электрохимический ряд
напряжений металлов (или
ряд активности металлов)
создан русским химиком,
академиком
Петербуржской Академии
наук, основоположником
физической химии
Н.Н.Бекетовым
(1826-1911гг).
Химические свойства металлов
 Разбавленные кислоты реагируют с
металлами, стоящими в ряду
активности только до водорода (за
исключением азотной кислоты), при
этом образуются соли и выделяется
водород Н2.
Например,
Zn + 2 HCl = ZnCl2 + Н2
Химические свойства металлов
 Концентрированные серная и
азотная
кислоты реагируют с металлами, стоящими
в ряду напряжений как до водорода, так и
после него. В результате реакций водород
никогда не выделяется, а образуются соль,
вода и побочный продукт восстановления серы
или азота.
Например, при взаимодействии концентрированной
серной кислоты с медью образуются сульфат
меди(II), оксид серы(IV) и вода:
Сu + 2H2S04 (koнц.) = CuS04 + S02 + 2Н20
Химические свойства металлов
 Некоторые металлы – Аl, Fe, Cr – при
контакте с безводными (концентрированными)
серной или азотной кислотами сразу же
покрываются продуктами окисления и
пассивируются. При нагревании же эта
реакция становится возможна, так как
разрушается защитная оксидная плёнка.
Химические свойства металлов
 Взаимодействие с водой.
▲ Щелочные и щелочноземельные металлы при н.у.
активно реагируют с водой, образуя щелочи и выделяя
водород, например:
Ва + Н2O = Ва(ОН)2 + Н2
▲ Менее активные металлы взаимодействуют с водой при
повышенной температуре, при этом образуется оксид
металла и выделяется водород:
Zn + Н2O = ZnО + Н2
▲ Неактивные металлы, стоящие в ряду активности
металлов после водорода, с водой не реагируют.
Химические свойства металлов
 Взаимодействие с солями.
Не все металлы обладают одинаковой
восстановительной
способностью.
В
электрохимическом
ряду
напряжения
металл, стоящий левее, может вытеснить из
растворов или расплавов солей металл,
стоящий правее.
Например:
Fe + CuСl2 = FeСl2 + Cu
Сплавы.
 Многие металлы способны реагировать друг с другом.
Продукты их взаимодействия называют сплавами.
Получение сплавов основано на способности
расплавов металлов растворяться друг в друге. В
расплавленных металлах могут растворяться даже
некоторые неметаллы (углерод, кремний).
 В промышленности в основном используются не
металлы в чистом виде, а именно их сплавы, так как
они обладают такими свойствами, которые не имеют
входящие в их состав металлы. Получают сплавы с
нужными свойствами, например, стойкие к
химическим реагентам (кислотам), легкоплавкие,
жаростойкие и т.п.
Сплавы.
 Познакомимся с некоторыми сплавами.
● Ртуть с некоторыми металлами образует жидкие сплавы
– амальгамы.
● Сплав припой состоит из свинца и олова в соотношении
1:2.
● В состав дюралюминия входит алюминий с примесями
меди, марганца, магния.
● Важнейшими сплавами железа являются сталь – сплав
железа и менее 2 % углерода, чугун - сплав железа и
более 2 % углерода, а также примеси в виде кремния,
марганца, фосфора, серы и других элементов.
● Важны сплавы меди – бронза (сплав меди и олова или
алюминия, кремния, свинца) и латунь (сплав меди с
цинком).
Сплавы.
 Железо и его сплавы называют
черными металлами.
 Медь, цинк, олово, свинец, алюминий
и некоторые другие относят к
цветным металлам.
Коррозия металлов
 Одним из самых распространенных свойств
металлов является способность к коррозии.
Яркий пример коррозии - появление на
поверхности изделий из железа и его
сплавов ржавчины.
Коррозия (лат.
corrodere —
разъедать) самопроизвольное
разрушение металлов и сплавов под
воздействием окружающей среды.
Коррозия металлов
 Сущность процесса коррозии
заключается в постепенном окислении
атомов железа и других металлов под
воздействием кислорода, воды, ионов
водорода (кислая среда), оксиды
углерода, азота и серы, которые
содержатся в загрязненном воздухе,
водные растворы солей (например,
морская вода, грунтовые воды) и
щелочей.
Коррозия металлов
 Вот так выглядит лист железа,
который подвергся коррозии.
Коррозия металлов
 Если металл разрушается под действием
компонентов среды и вступает в
непосредственное взаимодействие с
окислителем, то происходит химическая
коррозия.
 Если же взаимодействие подразумевает
контакт и с другими элементами среды
(электролитами),
то
происходит
электрохимическая коррозия.
Коррозия металлов

Например, при контакте цинка с медной пластиной в
водной или кислой среде цинк как более активный
металл будет постепенно растворяться и переходить в
воду в виде ионов. При соприкосновении двух металлов
электроны от атомов цинка перейдут к меди и
восстанавливают на ее поверхности ионы водорода
(который выделяется из серной или другой кислоты,
которые образуются в воздухе – явление «кислотных
дождей»).
Этот процесс можно изобразить так:
Zn° - 2e → Zn²+
2H+ + 2e → H2° (на меди)
Zn° + 2Н+ = Zn²+ + Н2°
Защита металлов от коррозии





Нанесение защитного покрытия (покрытие
красками, эмалями, лаками).
Покрытие слоем другого металла, более
стойкого к коррозии (хрома, никеля, золота, серебра,
олова, цинка и др).
Изготовление сплавов, стойких к коррозии
(нержавеющие и легированные стали).
Создание контакта с более активным металлом
(изготовление заклепок и соединительных деталей из
более активного металла для защиты основной
поверхности).
Добавление ингибиторов (веществ, которые
уменьшают агрессивность среды).
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Чистые металлы обладают низкой
прочностью и не обеспечивают требуемых
физико-химических и технологических
свойств. Поэтому их применение в технике и
автомобилестроении ограничено. Наиболее
широко применяют сплавы, которые по
сравнению с чистыми металлами обладают
более высокой прочностью и твердостью.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Как металлы, так и их
сплавы применяют для:
► изготовления станков
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
► при
изготовлении
различных
инструментов
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
► в производстве деталей автомобилей –
шестерён, подшипников, рессор, цепных
передач, валов, осей, пружин, крепёжных
деталей и т.п.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Для ряда деталей, используемых в
электротехнике и автомобилестроении,
важны физические свойства металлов, к
которым относятся электрические,
механические, магнитные и тепловые
свойства.
 Физические свойства металлов
определяются особенностями
строения их кристаллических
решёток.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 К механическим свойствам металлов относят:
● упругость
● хрупкость
● пластичность
 К тепловым свойствам металлов относят:
● теплопроводность
● теплоёмкость
● термическое расширение
● легко – или тугоплавкость
 К электромагнитным свойствам металлов относят:
● электропроводность или электросопротивление
● магнитная проницаемость или ферромагнитизм
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Помимо механических, необходимо знать
технологические свойства металлов, которые
характеризуют поведение металлов в процессе
изготовления из них деталей. К основным
технологическим процессам относят:
● литьё
● обработка давлением
● резание
● сварка
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 В качестве проводников в электротехнике наиболее
широко применяют медь и алюминий, которые имеют
малое удельное электросопротивление.
 В электротехнике и приборостроении требуются
немагнитные материалы. К которым относят цветные
металлы – медь, алюминий и сплавы на их основе, а
также некоторые виды стали.
 Тепловые свойства металлов (из-за их высокой
теплопроводности) используют в случаях
необходимости отвода теплоты.
 В изготовлении деталей, для которых недопустимо
изменение размеров при перепаде температур, чаще
используют сплавы железа и никеля, например,
инвар.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Кроме физических надо знать и особенности
химических свойств металлов.
 В процессе сварки металлов важно знать его
поведение при этом, т.е. склонность к
окислению при сварочном нагреве и
образованию трещин.
 Склонность к окислению характеризуется
именно химическими свойствами металла.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Чем выше химическая активность металла, тем
больше склонность к окислению и, соответственно,
выше должна быть защита металла при сварке.
 К наиболее активным металлам относят титан,
вольфрам, молибден и некоторые другие. Сварку
этих металлов выполняют в вакууме или в среде
инертных газов.
 Высокой химической активностью отличаются также
цветные металлы – алюминий, магний, медь, никель,
сплавы на их основе. Их сварка выполняется в среде
инертных газов или с использованием специальных
покрытий.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 В технике, автомобилестроении,
приборостроении наиболее используемый
сплав – сталь.
 Сталь – сплав железа с углеродом. Для
изменения свойств стали в неё вводят
элементы, называемые легирующими.
 К легирующим элементам относят никель,
хром, кобальт, марганец, вольфрам,
алюминий, титан, медь и другие.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)

Для изготовления рессор
и пружин используют стали,
обладающие высокими пределом
упругости (текучести) и
пределом выносливости
(износостойкости), высоким
сопротивлением к малым
пластическим деформациям.
Для этого в стали добавляют
такие легированные элементы,
как марганец, хром и ванадий.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Для изготовления
шарикоподшипников
используют стали, обладающие
высокой твердостью, прочностью,
износостойкостью, высоким
пределом усталости (стойким к
нагрузкам), высокими
требованиями по содержанию
неметаллических включений.
Для этого в стали добавляют
такой легирующий элемент, как
хром.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
Для изготовления шестерёнок,
втулок, валов, осей в зависимости от назначения используют
чугуны, марганцовистые
и
низколегированные,
хромоникелевые и другие стали.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Для изготовления
инструментов используют стали,
обладающие теплостойкостью,
стойкостью к износу и высокой
твердостью (в зависимости от
назначения инструментов).
 Для изготовления инструментов с
высокой режущей поверхностью,
подвергающегося серьезным
ударным нагрузкам, например,
зубил и кернеров, используют стали
повышенной вязкости. Для этого в
них добавляют такие легирующие
элементы, как вольфрам и ванадий.
Применение металлов в
профессиональной деятельности
(в технике и автомобильной отрасли)
 Для изготовления инструментов с высокой режущей
поверхностью и не подвергающегося серьезным ударным
нагрузкам, например, такого ручного слесарного
инструмента, как напильников, плашек, метчиков и сверл,
используют стали повышенной твердости и
износостойкости. Обязательный компонент такой стали
хром, вольфрам и ванадий
 Для измерительного инструмента применяют стали с
высокой износостойкостью, высоким коэффициентом
теплового расширения и удовлетворительной вязкостью, а
также стойкостью к коррозии.
Заключение
 Металлы и изделия из них прочно вошли в
нашу жизнь.
 Без металлов и сплавов не обходится ни
одна область техники, поэтому так важно
знать как общие свойства металлов, так и
особенности каждого из них. Без знаний этих
особенностей поведения металлов при
различных условиях невозможно дальнейшее развитие техники.
 Первым помощником в изучении
физических и химических свойств
металлов является химия.
Источники информации
О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов Химия, учебник для профессий и
специальностей технического профиля начального и среднего
профессионального образования, 2010 год
 Энциклопедия Химия «Аванта +», 2004 год
 Энциклопедический словарь юного химика, составители В.А.
Крицман, В.В.Станцо, 1982 г
 А.М.Адаскин, В.М.Зуев, Материаловедение, учебник для
учреждений начального и среднего профессионального
образования, 2003 год

 Www.all-met.narod.ru.
 http://festival.1september.ru