Bài 19: HỢP KIM
Chuẩn kiến thức và kỹ năng Kiến thức Biết được: Khái niệm hợp kim, tính chất [dẫn nhiệt, dẫn điện, nhiệt độ nóng chảy...], ứng dụng của một số hợp kim [thép không gỉ, đuyara]. Kĩ năng - Sử dụng có hiệu quả một số đồ dùng bằng hợp kim dựa vào những đặc tính của chúng. » Xem thêm
» Thu gọn
Chủ đề:
- Tài liệu hoá học
- cách giải bài tập hoá
- phương pháp học hoá
- bài tập hoá học
- cách giải nhanh hoá
Download
Xem online
Tóm tắt nội dung tài liệu
- Bài 19: HỢP KIM I. MỤC TIÊU: A. Chuẩn kiến thức và kỹ năng Kiến thức Biết được: Khái niệm hợp kim, tính chất [dẫn nhiệt, dẫn điện, nhiệt độ nóng chảy...], ứng dụng của một số hợp kim [thép không gỉ, đuyara]. Kĩ năng - Sử dụng có hiệu quả một số đồ dùng bằng hợp kim dựa vào những đặc tính của chúng. - Xác định % kim loại trong hợp kim. B. Trọng tâm Khái niệm và ứng dụng của hợp kim II. CHUẨN BỊ: GV sưu tầm một số hợp kim như gang, thép, đuyra cho HS quan sát. III. PHƯƠNG PHÁP: Nêu vấn đề + đàm thoại + hoạt động nhóm. IV. TIẾN TRÌNH BÀY DẠY: 1. Ổn định lớp: Chào hỏi, kiểm diện. 2. Kiểm tra bài cũ: Hãy sắp xếp theo chiều giảm tính khử và chiều tăng tính oxi hoá của các nguyên tử và ion trong hai trường hợp sau đây: Fe, Fe2+, Fe3+, Zn, Zn2+, Cu, Cu2+, H, H+, Ag, Ag+
- 3. Bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ NỘI DUNG KIẾN THỨC I – KHÁI NIỆM: Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một số kim loại cơ bản và một Hoạt động 1 HS nghiên cứu SGK để biết khái niệ m số kim loại hoặc phi kim khác. Thí dụ: về hợp kim. - Thép là hợp kim của Fe với C và một số nguyên tố khac. - Đuyra là hợp kim của nhôm với đồng, mangan, magie, silic. Hoạt động 2 II – TÍNH CHẤT Hs trả lời các câu hỏi sau: Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành - Vì sao hợp kim dẫn điện và nhiệt kém phần các đơn chất tham gia cấu tạo mạng các kim loại thành phần ? tinh thể hợp kim. Tính chất hoá học: Tương tự tính chất của - Vì sao các hợp kim cứng hơn các kim loại thành phần ? các đơn chất tham gia vào hợp kim. Thí dụ: Hợp kim Cu-Zn - Vì sao hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn các kim loại thành phần ? - Tác dụng với dung dịch NaOH: Chỉ có Zn phản ứng
- Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2 - Tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng: Cả 2 đều phản ứng Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O Zn + 2H2SO4 ZnSO4 + SO2 + 2H2O Tính chất vật lí, tính chất cơ học: Khác nhiều so với tính chất của các đơn chất. Thí dụ: - Hợp kim không bị ăn mòn: Fe-Cr-Ni [thép inoc],… - Hợp kim siêu cứng: W-Co, Co-Cr-W- Fe,… - Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp: Sn- Pb [thiếc hàn, tnc = 2100C,… - Hợp kim nhẹ, cứng và bền: Al-Si, Al-Cu- Mn-Mg. Hoạt động 3 III – ỨNG DỤNG HS nghiên cứu SGK và tìm những thí - Những hợp kim nhẹ,bền chịu được nhiệt dụ thực tế về ứng dụng của hợp kim. độ cao và áp suất cao dùng để chế tạo tên
- GV bổ sung thêm một số ứng dụng lửa, tàu vũ trụ, máy bay, ô tô,… khác của các hợp kim. - Những hợp kim có tính bền hoá học và cơ học cao dùng để chế tạo các thiết bị trong ngành dầu mỏ và công nghiệp hoá chất. - Những hợp kim không gỉ dùng để chế tạo các dụng cụ y tế, dụng cụ làm bếp,… - Hợp kim của vàng với Ag, Cu [vàng tây] đẹp và cứng dùng để chế tạo đồ trang sức và trước đây ở một số nước còn dùng để đúc tiền. V. THÔNG TIN BỔ SUNG 1. Về thành phần của một số hợp kim - Thép không gỉ [gồm Fe, C, Cr, Ni]. - Đuyra là hợp kim của nhôm [gồm 8% - 12%Cu], cứng hơn vàng, dùng để đúc tiền, làm đồ trang sức, ngòi bút máy,… - Hợp kim Pb-Sn [gồ m 80%Pb và 20%Sn] cứng hơn Pb nhiều, dùng đúc chữ in. - Hợp kim của Hg gọi là hỗn hống. - Đồng thau [gồm Cu và Zn]. - Đồng thiếc [gồm Cu, Zn và Sn].
- - Đồng bạch [gồm Cu; 20-30%Ni và lượng nhỏ sắt và mangan] 2. Về ứng dụng của hợp kim - Có nhứng hợp kim trơ với axit, bazơ và các hoá chất khác dùng chế tạo các máy móc, thiết bị dùng trong nhà máy sản xuất hoá chất. - Có hợp kim chịu nhiệt cao, chịu ma sát mạnh dùng làm ống xả trong động cơ phản lực. - Có hợp kim có nhiệt độ nóng chảy rất thấp dùng để chế tạo dàn ống chữa cháy tự động. Trong các kho hàng hoá, khi có cháy, nhiệt độ tăng làm hợp kim nóng chảy và nước phun qua những lỗ được hàn bằng hợp kim này. VI. DẶN DÒ 1. Bài tập về nhà: 1 4 trang 91 [SGK]. 2. Xem trước bài ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI * Kinh nghiệm:……………………………………………………………………… ………………………… ……………………………………………………………………………… …………………………………
Hợp kim là gì? Có tính chất gì và ứng dụng gì? Cùng tìm hiểu qua bài viết này!
- Kim loại
Xem thêm: Lí thuyết đại cương về kim loại
HỢP KIM
I – ĐỊNH NGHĨA, CẤU TẠO TINH THỂ CỦA HỢP KIM
1. Định nghĩa
Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác
Ví dụ: Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác. Đuyra là hợp kim của nhôm với đồng, magie, mangan, silic
2. Cấu tạo tinh thể của hợp kim
Hợp kim có cấu tạo tinh thể. Có các loại tinh thể sau: tinh thể hỗn hợp, tinh thể dung dịch rắn và tinh thể hợp chất hóa học
a] Tinh thể hỗn hợp:
- Có nguồn gốc từ khi hỗn hợp các đơn chất trong hợp kim ở trạng thái lỏng. Ở trạng thái này, các đơn chất không tan vào nhau và cũng không tác dụng hóa học với nhau
- Các đơn chất tham gia hợp kim có tính chất hóa học và kiểu mạng tinh thể không khác nhau nhiều, nhưng kích thước các ion khác nhau.
Ví dụ: hợp kim Cd – Bi, hợp kim Sn – Pb…
- Kiểu liên kết hóa học chủ yếu là liên kết kim loại
- Thường có nhiệt độ nóng chảy thấp
b] Tinh thể dung dịch rắn:
- Có nguồn gốc từ hỗn hợp các đơn chất trong hợp kim ở trạng thái lỏng. Ớ trạng thái này, các đơn chất trong hỗn hợp tan vào nhau không theo một tỉ lệ nào nhất định, ta có dung dịch lỏng. Ở nhiệt độ thấp hơn, dung dịch lỏng chuyển thành dung dịch rắn
- Các đơn chất tham gia hợp kim có kiểu mạng tinh thể giống nhau, tính chất hóa học tương tự và kích thước các ion không khác nhau nhiều.
Ví dụ: hợp kim Au – Ag, hợp kim Fe – Mn…
- Kiểu liên kết hóa học chủ yếu là liên kết kim loại
c] Tinh thể hợp chất hóa học:
- Có nguồn gốc từ khi hợp kim ở trạng thái lỏng. Ở trạng thái này, nếu các đơn chất tham gia hợp kim có kiểu mạng tinh thể khác nhau , tính chất hóa học khác nhau và kích thước các ion khác nhau rõ rệt thì giữa những đơn chất này sẽ tạo ra hợp chất hóa học
- Khi hợp kim chuyển sang trạng thái rắn, ta có những tinh thể hợp chất hóa học. Ví dụ tinh thể hợp chất hóa học Mg2Pb, AuZn, AuZn3, AuZn5, Al4C3…
- Kiểu liên kết hóa học là liên kết cộng hóa trị
II – TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM
1. Tính chất hóa học
Có tính chất hóa học tương tự của các đơn chất tham gia tạo thành hợp kim
2. Tính chất vật lí
- Tính chất vật lí và tính chất cơ học của hợp kim khác nhiều so với tính chất của các đơn chất
- Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo và ánh kim do trong hợp kim có các electron tự do
- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của hợp kim giảm so với kim loại thành phần do mật độ electron tự do trong hợp kim giảm đi rõ rệt
- Có độ cứng cao hơn so với các kim loại thành phần do có sự thay đổi về cấu tạo mạng tinh thể, thay đổi về thành phần của ion trong mạng tinh thể
- Có rất nhiều hợp kim khác nhau được chế tạo có hóa tính, cơ tính và lí tính ưu thế như không gỉ, độ cứng cao, chịu nhiệt tốt, chịu ma sát tốt…
Ví dụ:
- Hơp kim không bị ăn mòn: Fe–Cr–Mn [thép inoc]…
- Hợp kim siêu cứng: W–Co, Co–Cr–W–Fe,…
- Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp: Sn – Pb [thiếc hàn nóng chảy ở 210oC],…
- Hợp kim nhẹ, cứng và bền: Al–Si, Al–Cu–Mn–Mg
III - ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIM
- Do có tính chất hóa học, vật lí, cơ học rất quý nên hợp kim được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân
- Có những hợp kim trơ với axit, bazơ và các hóa chất khác dùng chế tạo các máy móc, thiết bị dùng trong nhà máy sản xuất hóa chất
- Có hợp kim chịu nhiệt cao, chịu ma sát mạnh dùng làm ống xả trong động cơ phản lực
- Có hợp kim có nhiệt độ nóng chảy rất thấp dùng chế tạo giàn ống dẫn nước chữa cháy tự động…
Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Hóa lớp 12 - Xem ngay
Mục lục
- 1 Các đặc tính
- 2 Hợp kim ngày nay
- 3 Nguồn
- 4 Tham khảo
- 5 Liên kết ngoài
Đặc tính sản phẩm hợp kim giống kim loại thông thường khác với đặc tính của kim loại hợp thành, đôi khi còn khác hẳn.
Hợp kim luôn cho ta những đặc tính vượt trội so với kim loại nguyên chất hợp thành. Ví dụ, thép[hợp kim của sắt] có độ bền vượt trội so với kim loại hợp thành của nó là sắt. Đặc tính vật lý của hợp kim không khác nhiều kim loại được hợp kim hoá, như mật độ, độ kháng cự, tính điện và hệ số dẫn nhiệt, nhưng các đặc tính cơ khí của hợp kim lại có sự khác một cách rõ rệt, như độ bền kéo, độ bền cắt, độ cứng, khả năng chống ăn mòn...
Không giống như kim loại nguyên chất, nhiều hợp kim không có một điểm nóng chảy nhất định. Thay vì, chúng có một miền nóng chảy bao gồm trạng thái các khối chất rắn hòa lẫn với khối chất lỏng. Điểm nhiệt độ bắt đầu chảy được gọi là đường đông đặc và hoàn thành việc hóa lỏng hoàn toàn gọi là đường pha lỏng trong giản đồ trạng thái của hợp kim.
Nhiệt độ nóng chảy là gì?
Nhiệt độ nóng chảy hay còn gọi là điểm nóng chảy / nhiệt độ hóa lỏng của một chất rắn hay là của kim loại là nhiệt độ mà ở mức nhiệt độ đó diễn ra quá trình nóng chảy của một chất . Nó là thười điểm mà chất rắn chuyển thành trạng thái lỏng.
Đó là quá trình chuyển kim loại từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn người ta gọi là nhiệt độ đông đặc [ nói cách khác đây là điểm đông đặc ].
Bảng tra nhiệt độ nóng chảy của các kim loại phổ biến
Kim loại nào có nhiệt độ nóng chảy cao nhất
Volfram là kim loại có điểm nóng chảy cao nhất [ 3.422 °C; 6.192 °F], có áp suất hơi thấp nhất, [ở nhiệt độ trên 1.650 °C, 3.000 °F] thì độ bền kéo lớn nhất. Vậy Volfram là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất.
Nhiệt độ nóng chảy của silicon
Nhiệt độ nóng chảy của silicon là 1.414 °C
Nhiệt độ nóng chảy của Sắt thép;
Sắt có nhiệt độ nóng chảy là 1.811K [ 1.538 °C; 2.800 °F ]. Trong bảng tuần hoàn hóa học, thuộc nhóm VIIIB chu kỳ 4, sắt có ký hiệu là Fe. Có số nguyên tử là 26; nhiệt độ nóng chảy sắt là khá cao so với các kim loại khác bằng với nhiệt độ nóng chảy thép. Sắt nguyên chất tương đối mềm hơn, tuy nhiên không thể thu được bằng cách nấu chảy. Với tỷ lệ carbon nhất định, [ từ 0,002% đến 2,1% ] , sẽ tạo ra thép, độ cứng gấp 1000 lần so với sắt nguyên chất.
Với những đặc tính về độ cứng; độ dẻo; độ chịu lực tốt. Sắt là kim loại được thị trường sử dụng nhiều nhất; chiếm khoảng 95% tổng số khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sắt được sử dụng trong sản xuất ô tô, các ngành công nghiệp xây dựng, thân tàu thủy lớn; các bộ khung trong các công trình xây dựng. Và thép chính là hợp kim nổi tiếng nhất của sắt; Xem qua trên đây bạn cũng đã có thể biết nhiệt độ nóng chảy của sắt là bao nhiêu rồi đúng không?
Tính chất
Các kim loại nguyên chất riêng lẻ có thể có các đặc tính hữu ích như dẫn điện tốt , độ bền và độ cứng cao, hoặc khả năng chống ăn mòn và nhiệt . Các hợp kim kim loại thương mại cố gắng kết hợp các đặc tính có lợi này để tạo ra kim loại hữu ích hơn cho các ứng dụng cụ thể hơn bất kỳ nguyên tố thành phần nào của chúng.
Ví dụ, thép đòi hỏi sự kết hợp phù hợp giữa cacbon và sắt [khoảng 99% sắt và 1% cacbon] để tạo ra một kim loại mạnh hơn, nhẹ hơn và khả thi hơn so với sắt nguyên chất.
Các đặc tính chính xác của hợp kim mới rất khó tính toán vì các nguyên tố không chỉ kết hợp để trở thành tổng của các phần. Chúng hình thành thông qua các tương tác hóa học, phụ thuộc vào các bộ phận thành phần và phương pháp sản xuất cụ thể. Do đó, cần phải thử nghiệm nhiều trong quá trình phát triển các hợp kim kim loại mới.
Nhiệt độ nóng chảy là yếu tố then chốt trong hợp kim hóa kim loại.Galinstan , một hợp kim nóng chảy thấp chứa gali , thiếc và indium, là chất lỏng ở nhiệt độ trên 2,2 ° F [-19 ° C], có nghĩa là điểm nóng chảy của nó thấp hơn 122 ° F [50 ° C] so với gali nguyên chất và cao hơn 212 ° F [100 ° C] dưới indium và thiếc.
Galinstan® và Wood's Metal là những ví dụ về hợp kim eutectic — hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất trong số các hợp kim có chứa các nguyên tố giống nhau.
Hợp kim là gì?
Hợp kim là loại dung dịch chất rắn có sự kết hợp của nhiều nguyên tố kim loại và nguyên tố phi kim. Trong đó tính chất của hợp kim cũng phụ thuộc phần lớn vào các thành phần và các đơn chất tham gia trong cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim. Bên cạnh đó biểu thị của thành phần nguyên tố trong hợp kim sẽ được hiển thị % trong tổng khối lượng.
Đặc tính của hợp kim cũng giống với một số kim loại khác tuy nhiên có phần vượt trội hơn so với các kim loại nguyên chất khác tạo thành. Bên cạnh đó hợp kim cũng sở hữu đặc tính đồng nhất và duy trì tính ổn định giữa các kim loại tạo thành. Mặc dù bên trong đó có các nguyên tố phi kim loại khác.
Ngoài ra hợp kim cũng được đánh giá cao nhờ tính kết nối giữa các thành phần trong kim loại. Khi được kết hợp hai hay nhiều yếu tố khác nhau , thành phẩm được tạo ra là những hợp kim capitalizes hội tụ đầy đủ các phẩm chất của những nguyên tố kết hợp.
Ví dụ về một số loại hợp kim phổ biến hiện nay như:
+ Hợp kim siêu cứng: FE, W, Cr, CO
+ Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp: thiếc hàn, PI, BI,PB, CN
+ Hợp kim không bị ăn mòn: Thép inox [NI], thép hợp kim crom, FE, CR
+ Hợp kim nhẹ, cứng và bền: Al -Si, CN-Cu, Mg…
* Hợp kim tiếng anh là gì? hợp kim tiếng anh là Alloy
Cấu trúc hợp kim
Tìm hiểu về hợp kim là gì, ngoài đặc điểm các bạn có thể tìm hiểu thêm về cấu trúc của chất liệu có thành phần tổng hợp này. Trong đó cấu trúc của hợp kim được kết cấu theo mạng tinh thể.
Xét về cấu trúc tinh thể của hợp kim, ngoài các nguyên tử kim loại chính còn có sự kết hợp của những tác nhân hợp kim ngẫu nhiên được xuất hiện rải rác cùng trong cấu trúc. Trong đó nếu các nguyên tử tác nhân của hợp kim thay thế các kim loại chính chúng ta sẽ thu được một loại hợp kim với các nguyên liệu thay thế. Sự hình thành này khiến các kích thước của hợp kim có điểm tương đồng với nhau.
Tại hầu hết các thành phần của hợp kim thay thế đều có cấu tạo khá gần nhau trong bảng tuần hoàn. Chính vì vậy yếu tố quyết định để một hợp kim được tạo thành nếu các nguyên tử của kim loại cơ bản và nguyên tử của tác nhân hợp kim sở hữu các kích thước gần giống nhau.
Quy trình chế tạo hợp kim
Thông thường, hợp kim là sự kết hợp của nhiều thành tố và các nhóm kim loại khác nhau trong bảng thành phần nếu nhiều người nghĩ rằng quy trình chế tạo thường khá phúc tạo. Tuy nhiên không phải vậy. Quy trình ché tạo hợp kim thậm chí còn đơn giản và tiết kiệm hơn so với việc chế tạo các kim loại nguyên chất thông thường. Trong đó quy trình chế tạo hợp kim sẽ thực hiện qua các bước sau:
+ Lựa chọn nguyên liệu: Tùy vào tính chất và nhu cầu sử dụng, việc lựa chọn các nguyên liệu hợp kim sẽ có sự khác biệt, tuy nhiên các nguyên liệu chủ yếu là đồng, gang, thép, sắt, kẽm, các kim loại nguyên chất và một số thành tố khác.
+ Tạo bột kim loại để chế tạo hợp kim ở thể rắn. Các bạn có thể chế tạo tùy vào điều kiện khác nhau như tại môi trường nguội nhanh, phun khí áp suất cao hay điện phân hoặc phun tia kim loại lỏng.
+ Tạo hình: Đây là công đoạn mang tính kết nối các nguyên liệu có sẵn để tạo nên một chất liệu hợp kim đồng nhất và có tính chất bền chặt như mong muốn. Có nhiều phương pháp để dễ dàng lựa chọn tạo hình theo mong muốn như nén, ép hay sử dụng áp suất lớn, tùy nhu cầu chế tạo theo một khối lượng riêng cụ thể nào đó. Nếu muốn chế tạo một loại hợp kim có khối lượng riêng lớn và đồng đều các bạn sẽ phải kết hợp 2 hình thức là ép áp suất lớn và rung cơ học.
+ Thêu kết: Đây gần như là công đoạn cuối cùng để mang đến sự hoàn chỉnh về mặt liên kết cho hợp kim bằng cách làm các hạt bột được liên kết và bền vững với nhau. Ngoài khuếch tán nhiệt và gia tăng liên kết trên bề mặt, trong quá trình thêu kết đòi hỏi người chế tạo cần kết hợp khâu ép và ép nóng để có thể tạo được mật độ cao nhất.
1.Tính dẻo.
- KL bị biến dạng khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên miếng KL: KL có khả năng dễ rèn, dễ dát mỏng dễ kéo sợi.Lí do: Khi có tác động cơ học các cation KL trong mạng tinh thể trượt lên nhau, nhưng không tách rời nhau nhờ sức hút tĩnh điện của các e tự do với các cation KL.
Những KL có tính dẽo cao là: Au, Ag, Al, Cu, Sn...