Номер 1, страница 117, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Объясните, почему свойства сплавов отличаются от свойств металлов, которые их образуют. Приведите примеры отличий.

1. Свойства сплавов отличаются от свойств металлов, из которых они состоят, из-за изменения их внутренней структуры на атомарном уровне.

Чистые металлы имеют упорядоченную кристаллическую решетку, в которой атомы одного вида расположены в строгом порядке. Такая структура позволяет слоям атомов относительно легко скользить друг относительно друга под действием внешней силы. Это объясняет пластичность и ковкость чистых металлов.

Сплав – это материал, состоящий из смеси металла с другими элементами (металлами или неметаллами). При создании сплава атомы легирующих (добавляемых) элементов внедряются в кристаллическую решетку основного металла. Поскольку атомы легирующих элементов, как правило, имеют другой размер, чем атомы основного металла, они искажают и деформируют идеальную структуру решетки. Эти искажения создают внутренние напряжения и препятствуют скольжению атомных слоев (это явление известно как торможение дислокаций). В результате для деформации сплава требуется приложить значительно большее усилие.

Таким образом, основная причина отличий в свойствах – нарушение идеальности кристаллической решетки, что приводит к следующим изменениям:

• Повышение твердости и прочности. Сплавы почти всегда тверже и прочнее, чем их чистые компоненты.

• Изменение пластичности. Обычно сплавы менее пластичны, чем чистые металлы.

• Снижение электро- и теплопроводности. Искажения в решетке рассеивают электроны и фононы (носители тепла), ухудшая проводимость.

• Изменение химической стойкости. Легирование может значительно повысить коррозионную стойкость металла.

• Изменение температуры плавления. Температура плавления сплава, как правило, ниже, чем у его наиболее тугоплавкого компонента.

Примеры отличий:

• Сталь. Чистое железо (Fe) — довольно мягкий и пластичный металл. Однако его сплав с небольшим количеством углерода (C) — сталь — обладает значительно большей твердостью и прочностью. Атомы углерода, будучи меньше атомов железа, располагаются в междоузлиях кристаллической решетки и мешают движению слоев железа.

• Нержавеющая сталь. Обычная сталь (сплав железа и углерода) подвержена ржавлению. Добавление в сплав хрома (Cr) и никеля (Ni) создает нержавеющую сталь. Хром образует на поверхности тончайшую, но очень прочную инертную пленку оксида хрома ($Cr_2O_3$), которая защищает железо от коррозии.

• Дюралюминий. Алюминий (Al) — легкий, но не очень прочный металл. Его сплав с медью (Cu), магнием (Mg) и марганцем (Mn), известный как дюралюминий, сохраняет легкость алюминия, но по прочности приближается к стали, что делает его незаменимым в авиастроении.

• Бронза. Медь (Cu) и олово (Sn) по отдельности являются мягкими металлами. Их сплав, бронза, настолько тверже и прочнее, что дал название целой исторической эпохе (Бронзовый век), так как из него изготавливали долговечные орудия труда и оружие.

Ответ: Свойства сплавов отличаются от свойств чистых металлов, так как атомы легирующих элементов нарушают идеальную структуру кристаллической решетки основного металла. Эти нарушения затрудняют движение атомных слоев, что приводит к увеличению твердости и прочности, а также изменяет другие физические и химические свойства, такие как проводимость, пластичность и коррозионная стойкость. Примером может служить сталь (сплав железа с углеродом), которая значительно тверже чистого железа.