Номер 1, страница 150 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 7. Металлы. Параграф 42. Сплавы. Подумай, ответь, выполни... - номер 1, страница 150.

Условие.

1. Изложите сущность процесса образования сплавов. Почему сплавы обычно твёрже исходных металлов?

Решение.

Решение 2.

Сущность процесса образования сплавов

Сплавы – это материалы с металлическими свойствами, состоящие из двух или более химических элементов, из которых по крайней мере один является металлом. Процесс образования сплава, как правило, начинается с расплавления исходных компонентов (металлов и, возможно, неметаллов) при высоких температурах до получения однородной жидкой смеси – расплава. Затем этот расплав медленно или быстро охлаждают. В процессе затвердевания (кристаллизации) атомы различных элементов располагаются определённым образом, формируя твёрдую структуру сплава.

В зависимости от природы взаимодействия компонентов, их взаимной растворимости и условий кристаллизации, структура сплава может быть разной. Основные типы структур: твёрдые растворы, когда атомы одного компонента (легирующего) распределяются в кристаллической решётке другого (основного металла); химические соединения, когда атомы компонентов образуют новую фазу с упорядоченной кристаллической структурой и определённым соотношением элементов (например, цементит $Fe_3C$ в стали); механические смеси, состоящие из кристаллов отдельных компонентов или их твёрдых растворов, которые не растворяются друг в друге в твёрдом состоянии. Именно тип и характеристики внутренней структуры определяют уникальные свойства сплава, отличающиеся от свойств его составляющих.

Ответ: Сущность процесса образования сплавов заключается в сплавлении двух или более компонентов (преимущественно металлов) в жидком состоянии с последующим их затвердеванием, в результате чего образуется новый материал с определённой кристаллической структурой (твёрдый раствор, химическое соединение или механическая смесь), обладающий новыми, часто улучшенными, свойствами.

Почему сплавы обычно твёрже исходных металлов?

Твёрдость чистого металла определяется его кристаллической структурой. В идеальной кристаллической решётке атомы расположены в строгом порядке, и слои атомов могут относительно легко скользить друг по другу под действием внешней силы. Этот процесс скольжения, называемый пластической деформацией, происходит за счёт движения дефектов решётки – дислокаций. Чем легче движутся дислокации, тем мягче и пластичнее металл.

При образовании сплава в кристаллическую решётку основного металла вводятся атомы другого элемента. Эти "чужие" атомы нарушают идеальный порядок решётки. Если атомы легирующего элемента замещают атомы основного металла (твёрдый раствор замещения), то из-за различия в их размерах возникают локальные искажения и внутренние напряжения в решётке. Если же атомы легирующего элемента малы и внедряются в междоузлия решётки (твёрдый раствор внедрения, как углерод в железе), они также вызывают сильные локальные искажения. Эти искажения и поля напряжений действуют как препятствия на пути движения дислокаций. Чтобы преодолеть эти препятствия, требуется значительно большее усилие.

В сплавах, представляющих собой механические смеси или содержащих частицы химических соединений, эти частицы и границы между различными кристаллами (фазами) служат ещё более мощными барьерами для дислокаций. Движение дислокаций блокируется, что резко повышает сопротивление материала деформации. Таким образом, затруднение движения дислокаций из-за нарушений в кристаллической структуре является основной причиной того, почему сплавы обычно значительно твёрже и прочнее, чем чистые металлы, из которых они состоят.

Ответ: Сплавы твёрже исходных металлов, потому что атомы легирующих элементов искажают идеальную кристаллическую решётку основного металла. Эти искажения (из-за разницы в размерах атомов или их внедрения в междоузлия), а также границы зёрен и частицы других фаз в сплаве, создают препятствия для движения дислокаций – дефектов, ответственных за пластическую деформацию. Для преодоления этих препятствий требуется большее усилие, что и воспринимается как увеличение твёрдости материала.