Химические свойства металлов — с чем реагируют? Свойства и таблица

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

• оксид образует только литий

  4Li + O₂ = 2Li₂O

• натрий образует пероксид

  2Na + O₂ = Na₂O₂

• калий, рубидий и цезий — надпероксид

  K + O₂ = KO₂

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Mg + O₂ = 2MgO

2Al + O₂ = Al₂O₃

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

4Fe + 3O_{2 (воздух)} + 6H₂O_(влага) = 4Fe(OH)₃

С галогенами металлы образуют галогениды:

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Mg + Cl₂ = MgCl₂

2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃

Zn + Cl₂ =ZnCl₂

2Cr + 3Cl₂ = 2CrCl₃

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

Cu + Cl₂ = CuCl₂

Cu + Br₂ = CuBr₂

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

2Na + H₂ = 2NaH

Ca + H₂ +СaH₂

Zn + H₂ =ZnH₂

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

2K + S = K₂S

Сa + S = CaS

2Al + 3S = Al₂S₃

2Cr + 3S = Cr₂S

3

Cu +S = CuS

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

3K + P = K₃P

3Mg + 2P = Mg₃P₂

3Zn + 2P = Zn₃P₂

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

2Li + 2C = Li₂C₂

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

Ca + 2C = CaC₂

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

6Li + N₂ = 2Li₃N

3Mg + N₂ = Mg₃N₂

2Al + N₂ = 2AlN

2Cr + N₂ = 2CrN

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется h3. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Cr + H₂O = Cr₂O₃ + H₂

Zn + H₂O = ZnO + H₂

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

2K + H₂SO_{4 (раствор)} = K₂SO₄ + H₂

8K + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4K₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

8Na + 10HNO_{3 (раствор)} = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

3Na + 4HNO_{3 (конц)} = 3NaNO₃ + NO + 2H₂О

Металлы IIА группы

Mg + H₂SO_{4 (раствор)} = MgSO₄ + H₂

4Mg + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

Mg+ 4HNO_{3 (конц)} = Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

4Mg + 10HNO_{3 (раствор)} = 4Mg(NO₃)₂ + 2N₂O + 5H₂O

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

2Li + 2NH₃ = 2LiNH₂ + H₂

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅ONa + H₂

2K + 2C₆H₅OH = 2C₆H₅OK + H₂

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe (алюмотермия)

3Са + Cr₂O₃ = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Вопросы для самоконтроля

1. С чем реагируют неактивные металлы?

2. С чем связаны восстановительные свойства металлов?

3. Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

4. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

   Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + Nh5NO3 + Н2O

5. Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.

Таблица «Химические свойства металлов»

17. Бинарные соединения металлов и неметаллов. Степени окисления элементов в них. Номенклатура бинарных соединений.

Бинарные соединения — это собирательная группа веществ, которые имеют различное химическое строение, но состоят из двух видов атомов.

Названия бинарных веществ, образуются добавлением к названию более электроотрицательного элемента суффикса -ид.

1. Взаимодействие с водой (гидролиз)

Многие бинарные соединения гидролизуются водой, например гидриды металлов, фосфин, аммиак или хлорид алюминия. В результате взаимодействия гидридов металлов, а также гидрида азота и гидрида фосфора, с водой образуются основания.

MeHn+nh3O⟶Me(OH)n+nh3↑MeHn+nh3O⟶Me(OH)n+nh3↑

Ph4+h3O⟶Ph5(OH)Ph4+h3O⟶Ph5(OH)

Бинарные соединения, представляющие собой соли бескислородных кислот (сульфиды, галогениды переходных металлов) также гидролизуются водой с образованием нерастворимых оснований или соответствующих слабых кислот:

AlCl3+3h3O⟶Al(OH)3↓+3HClAlCl3+3h3O⟶Al(OH)3↓+3HCl

Na2S+h3O⟶h3S↑+NaOHNa2S+h3O⟶h3S↑+NaOH

При взаимодействии с водой газообразных гидридов более электроотрицательных элементов (HCL,h3SHCL,h3S) образуются соответствующие кислоты — соляная, сероводородная. бромоводородная.

2. Взаимодействие с кислородом (окисление)

На воздухе горят, то есть окисляются с выделением тепла, летучие водородные соединения:

4Nh4+3О2⟶2N2+6h3O+Q4Nh4+3О2⟶2N2+6h3O+Q

h3S+O2⟶SO2↑+h3O+Qh3S+O2⟶SO2↑+h3O+Q

Галогеноводороды на воздухе не горят, но могут окисляться кислородом над катализатором:

4HCl+O2−→−−CuCl22h3O+2Cl2↑4HCl+O2→CuCl22h3O+2Cl2↑

Сульфиды переходных металлов, представляющие собой соли сероводородной кислоты, окисляются кислородом воздуха при нагревании. Такая реакция (обжиг пирита) лежит, например, в основе производства стали и, одновременно, синтеза серной кислоты:

2FeS2+11O2⟶4SO2+Fe2O32FeS2+11O2⟶4SO2+Fe2O3

Все указанные реакции являются окислительно-восстановительными.

Химическая реакция, протекающая в пределах одной фазы, называется гомогенной химической реакцией.

Химическая реакция, протекающая на границе раздела фаз, называется гетерогенной химической реакцией.

Для простых реакций, протекающих в одну стадию, когда стехиометрическое уравнение отражает истинных ход процесса, показатели степени в кинетическом уравнении скорости реакции представляют собой стехиометрические коэффициенты.

В случае же

сложных реакций, протекающих через несколько стадий, когда общее стехиометрическое уравнение не отражает действительного хода реакции, показатели степени в уравнении скорости реакции не будут соответствовать стехиометрическим коэффициентам.

Химические реакции, в результате которых исходные вещества практически полностью превращаются в конечные продукты, называются необратимыми.

Химические реакции, которые протекают одновременно а двух противоположных направлениях — прямом и обратном — называются обратимыми.

19. Реакции, отличающиеся по тепловому эффекту – эндо- и экзотермические. Превращения энергии при химических реакциях. Первый закон термодинамики. Функции состояния: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

Экзотермическая реакция— химическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты.

Эндотермическая реакция— химическая реакция, при которой происходит поглощение теплоты.

Выделение или поглощение энергии происходит в виде теплоты. Это позволяет судить о наличии в веществах определенного количества некоторой энергии (внутренней энергией реакции).

При химических реакциях происходит освобождение части энергии, содержащейся в веществах, это носит название

теплового эффекта реакции. по которому можно судить об изменении количества внутренней энергии вещества.

Во время химических реакций происходит взаимное превращение энергий – внутренней энергии веществ в тепловую, лучистую, электрическую и механическую, и наоборот.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

ΔU = A + Q,

где ΔU — изменение внутренней энергии, A — работа внешних сил, Q — количество теплоты, переданной системе.

Из (ΔU = A + Q) следует закон сохранения внутренней энергии. Если систему изолировать от вне­шних воздействий, то A = 0 и Q = 0, а следовательно, и ΔU = 0.

При любых процессах, происходящих в изолированной системе, ее внутренняя энергия остается постоянной.

Если работу совершает система, а не внешние силы, то уравнение (ΔU = A + Q) записывается в виде:

где A’ — работа, совершаемая системой (A’ = -A).

Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Функцией состоянияназывается такая переменная характеристика системы, которая не зависит от предыстории системы и изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое не зависит от того, каким образом было произведено это изменение.

Внутренняя энергияхарактеризует общий запас системы (все виды энергии системы)

Энтропия – есть мера неупорядоченности системы. Энтпропия вводится как функция состояния, изменение которой определяется отношением количества теплоты, полученное или отданное системой при t – T.

Энтальпией образования сложного вещества из простых веществ называется тепловой эффект реакции образования данного вещества из простых веществ в стандартных состояниях, отнесенный к 1 молю получающегося вещества

Энергия Гиббса — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции.

Щелочноземельные металлы и их соединения

Элементы II группы главной подгруппы

1. Положение в Периодической системе химических элементов
2. Электронное строение и закономерности изменения свойств
3. Физические свойства
 4. Нахождение в природе
 5. Способы получения
 6. Качественные реакции
 7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с оксидами неметаллов
7.2.6. Взаимодействие с солями и оксидами металлов

Оксиды щелочноземельных металлов
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами
2.2. Взаимодействие с кислотами
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Амфотерные свойства оксида бериллия

Гидроксиды щелочноземельных металлов
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами
2.4. Взаимодействие с кислыми солями
2.5. Взаимодействие с неметаллами
2.6. Взаимодействие с металлами
2.7. Взаимодействие с солями
2.8. Разложение при нагревании
2.9. Диссоциация
2.10. Амфотерные свойства гидроскида бериллия

Соли щелочноземельных металлов
Жесткость
1. Постоянная и временная жесткость
2. Способы устранения жесткости

 

Элементы II группы главной подгруппы

Положение в периодической системе химических элементов

Щелочноземельные металлы расположены во второй группе главной подгруппе периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (или просто во 2 группе в длиннопериодной форме ПСХЭ). На практике к щелочноземельным металлам относят только кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них. Однако, согласно номенклатуре ИЮПАК, щелочноземельными принято считать все металлы II группы главной подгруппы.

Электронное строение и закономерности изменения свойств 

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов: ns², на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии находится 2 s-электрона. Следовательно, типичная степень окисления щелочноземельных металлов в соединениях +2.

Рассмотрим некоторые закономерности изменения свойств щелочноземельных металлов.

В ряду Be—Mg—Ca—Sr—Ba—Ra, в соответствии с Периодическим законом, увеличивается атомный радиус, усиливаются металлические свойства, ослабевают неметаллические свойства, уменьшается электроотрицательность.

Физические свойства 

Все щелочноземельные металлы — вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы.

Бериллий Be устойчив на воздухе. Магний  и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина.

Кристаллическая решетка щелочноземельных металлов в твёрдом состоянии — металлическая. Следовательно, они обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при высоких температурах.

Нахождение в природе

Как правило, щелочноземельные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др. Основные минералы, в которых присутствуют щелочноземельные металлы:

Доломит — CaCO₃ · MgCO₃ — карбонат кальция-магния.

Магнезит MgCO₃ – карбонат магния.

Кальцит CaCO₃ – карбонат кальция.

Гипс CaSO₄ · 2H₂O – дигидрат сульфата кальция.

Барит BaSO₄ — сульфат бария.

Витерит BaCO₃ – карбонат  бария.

Способы получения 

Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

MgCl₂ → Mg + Cl₂

или восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200–1300°С:

2(CaO · MgO) + Si → 2Mg + Ca₂SiO₄

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

CaCl₂ → Ca + Cl₂

Барий получают восстановлением оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:

4BaO + 2Al → 3Ba + Ba(AlO₂)₂

Качественные реакции

Качественная реакция на щелочноземельные металлы — окрашивание пламени солями щелочноземельных металлов.

Цвет пламени:
Ca — кирпично-красный
Sr — карминово-красный (алый)
Ba — яблочно-зеленый

Качественная реакция на ионы магния:  взаимодействие с щелочами. Ионы магния осаждаются щелочами с образованием белого осадка гидроксида магния:

Mg²⁺ + 2OH^— → Mg(OH)₂↓

Качественная реакция на ионы кальция, стронция, бария:  взаимодействие с карбонатами. При взаимодействии солей кальция, стронция и бария с карбонатами выпадает  белый осадок карбоната кальция, стронция или бария:

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃↓

 

Качественная реакция на ионы стронция и бария: взаимодействие с сульфатами. При взаимодействии солей  стронция и бария с сульфатами выпадает  белый осадок сульфата бария и сульфата стронция:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Sr²⁺ + SO₄^2- → SrSO₄↓

 

 

Также осадки белого цвета образуются при взаимодействии солей кальция, стронция и бария с сульфитами и фосфатами.

 

 

Например, при взаимодействии хлорида кальция с фосфатом натрия образуется белый осадок фосфата кальция:

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ → 6NaCl + 2Ca₃(PO₄)₂↓

Химические свойства

1. Щелочноземельные металлы — сильные восстановители. Поэтому они реагируют почти со всеми неметаллами.

1.1. Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами с образованием галогенидов при нагревании.

Например, бериллий взаимодействует с хлором с образованием хлорида бериллия:

Be + Cl₂ → BeCl₂

1.2. Щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с серой и фосфором с образованием сульфидов и фосфидов.

Например, кальций взаимодействует с серой при нагревании:

Ca + S → CaS

Кальций взаимодействует с фосфором с образованием фосфидов:

3Ca + 2P → Ca₃P₂

1.3. Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании. При этом образуются бинарные соединения — гидриды. Бериллий с водородом не взаимодействует, магний реагирует лишь при повышенном давлении.

Mg + H₂ → MgH₂

1.4. С азотом магний взаимодействует при комнатной температуре с образованием нитрида:

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

Остальные щелочноземельные металлы реагируют с азотом при нагревании.

1.5. Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов.

Например, кальций взаимодействует с углеродом с образованием карбида кальция:

Ca +  2C → CaC₂

Бериллий реагирует с углеродом  при нагревании с образованием карбида — метанида:

2Be + C → Be₂C

1. 6. Бериллий сгорает на воздухе при температуре около 900°С:

2Be + O₂ → 2BeO

Магний горит на воздухе при 650°С с выделением большого количества света. При этом образуются оксиды и нитриды:

2Mg + O₂ → 2MgO

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

Щелочноземельные металлы горят на воздухе при температуре около 500°С, в результате также образуются оксиды и нитриды.

Видеоопыт: горение кальция на воздухе можно посмотреть здесь.

2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют со сложными веществами:

2.1. Щелочноземельные металлы реагируют с водой. Взаимодействие с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Бериллий с водой не реагирует. Магний реагирует с водой при кипячении. Кальций, стронций и барий реагируют с водой при комнатной температуре.

Например, кальций реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода:

Ca⁰ + 2H₂⁺O = Ca⁺(OH)₂ + H₂⁰

2.2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной, разбавленной серной кислотой и др.). При этом образуются соль и водород.

Например, магний реагирует с соляной кислотой:

Mg  +  2HCl →  MgCl₂  +  H₂↑

2.3. При взаимодействии щелочноземельных металлов с концентрированной серной кислотой образуется сера.

Например, при взаимодействии кальция с концентрированной серной кислотой образуется сульфат кальция, сера и вода:

4Ca  +  5H₂SO_4(конц.)  → 4CaSO₄  +  S  +  5H₂O

2.4. Щелочноземельные металлы реагируют с азотной кислотой. При взаимодействии кальция и магния с концентрированной или разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (I):

4Ca + 10HNO_{3 (конц)} → N₂O + 4Сa(NO₃)₂ + 5H₂O

При взаимодействии щелочноземельных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

4Ba  +  10HNO₃  → 4Ba(NO₃)₂  +  NH₄NO₃  +  3H₂O

2. 5. Щелочноземельные металлы могут восстанавливать некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод) из оксидов.

Например, при взаимодействии кальция с оксидом кремния (IV) образуются кремний и оксид кальция:

2Ca + SiO₂ → 2CaO + Si

 Магний горит в атмосфере углекислого газа. При этом образуется сажа и оксид магния:

2Mg + CO₂ → 2MgO + C

2.6. В расплаве щелочноземельные металлы могут вытеснять менее активные металлы из солей и оксидов. Обратите внимание! В растворе щелочноземельные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.

Например, кальций вытесняет медь из расплава хлорида меди (II):

Ca + CuCl₂ → CaCl₂ + Cu

 

Оксиды щелочноземельных металлов

Способы получения

1.  Оксиды щелочноземельных металлов можно получить из простых веществ — окислением металлов кислородом:

2Ca + O₂ → 2CaO

2. Оксиды щелочноземельных металлов можно получить термическим разложением некоторых кислородсодержащих солей — карбонатов, нитратов.

Например, нитрат кальция разлагается на оксид кальция, оксид азота (IV) и кислород:

2Ca(NO₃)₂ → 2CaO + 4NO₂ + O₂

MgCO₃ → MgO + CO₂

СаСО₃ → СаО + СО₂

3. Оксиды магния и бериллия можно получить термическим разложением гидроксидов:

Mg(OH)₂ → MgO + H₂O

Химические свойства

Оксиды кальция, стронция, бария и магния — типичные основные оксиды. Вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, водой. Оксид бериллия — амфотерный.

1. Оксиды кальция, стронция, бария и магния взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами:

Например, оксид магния взаимодействует с углекислым газом с образованием карбоната магния:

MgO + CO₂ → MgCO₃

2. Оксиды щелочноземельных металлов взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей (с многоосновными кислотами).

Например, оксид кальция взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида кальция и воды:

CaO  +  2HCl →  CaCl₂  +  H₂O

3. Оксиды кальция, стронция и бария активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей.

Например, оксид кальция взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция:

CaO  +  H₂O →  2Ca(OH)₂

Оксид магния реагирует с водой при нагревании:

MgO  +  H₂O →  Mg(OH)₂

Оксид бериллия не взаимодействует с водой.

4. Оксид бериллия взаимодействует с щелочами и основными оксидами.

При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в расплаве или с основными оксидами образуются соли-бериллаты.

Например, оксид натрия  реагирует с оксидом бериллия с образованием бериллата натрия:

Na₂O + BeO → Na₂BeO₂

Например, гидроксид натрия  реагирует с оксидом бериллия в расплаве с образованием бериллата натрия:

2NaOH + BeO → Na₂BeO₂ + H₂O

При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в растворе образуются комплексные соли.

Например, оксид бериллия реагирует с гидроксидом калия с растворе с образованием тетрагидроксобериллата калия:

2NaOH + BeO + H₂O → Na₂[Be(OH)₄]  

 

 

Гидроксиды щелочноземельных металлов 

Способы получения

1. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих оксидов с водой.

Например, оксид кальция (негашеная известь) при взаимодействии с водой образует гидроксид кальция (гашеная известь):

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ 

Оксид магния взаимодействует с водой только при нагревании:

MgO + H₂O → Mg(OH)₂ 

2. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих металлов с водой.

Например, кальций реагирует с водой  с образованием гидроксида кальция и водорода:

2Ca + 2H₂O → 2Ca(OH)₂ + H₂

Магний взаимодействует с водой только при кипячении:

2Mg + 2H₂O → 2Mg(OH)₂ + H₂

3. Гидроксиды кальция и магния можно получить при взаимодействии солей кальция и магния с щелочами.

Например, нитрат кальция с гидроксидом калия образует нитрат калия и гидроксид кальция:

Ca(NO₃)₂ + 2KOH → Ca(OH)₂↓ + 2KNO₃

Химические свойства

1. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с всеми кислотами (и сильными, и слабыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Гидроксид магния взаимодействует только с сильными кислотами.

Например, гидроксид кальция с соляной кислотой реагирует с образова-нием хлорида кальция:

Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O

2. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с кислотными оксидами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Например, гидроксид бария с углекислым газом реагирует с образова-нием карбонатов или гидрокарбонатов:

Ba(OH)_{2(избыток)}  + CO₂ → BaCO₃ + H₂O

Ba(OH)₂ + 2CO_{2(избыток)}  → Ba(HCO₃)₂

3. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли.

Например, гидроксид бария с оксидом алюминия реагирует в расплаве с образованием алюминатов:

Ba(OH)₂ + Al₂O₃  → Ba(AlO₂)₂ + H₂O

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

Ba(OH)₂ + Al₂O₃ + 3H₂O → Ba[Al(OH)₄]₂

4. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли.

Например: гидроксид кальция  реагирует с гидрокарбонатом кальция с образованием карбоната кальция:

Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ →  2CaCO₃  +  2H₂O

5. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода). Взаимодействие щелочей с неметаллами подробно рассмотрено в статье про щелочные металлы.

6. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с амфотерными металлами, кроме железа и хрома. При этом в расплаве образуются соль и водород:

Ca(OH)₂ + Zn → CaZnO₂ + H₂

В растворе образуются комплексная соль и водород:

Ca(OH)₂ + 2Al  + 6Н₂О = Ca[Al(OH)₄]₂ + 3Н₂

7. Гидроксиды кальция, стронция и бария вступают в обменные реакции с растворимыми солями. Как правило, с этими гидроксидами реагируют растворимые соли тяжелых металлов (в ряду активности расположены правее алюминия), а также растворимые карбонаты, сульфиты, силикаты, и, для гидроксидов стронция и бария — растворимые сульфаты.

Например, хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом бария с образованием хлорида бария и осадка гидроксида железа (II):

Ba(OH)₂ + FeCl₂ = BaCl₂+ Fe(OH)₂↓

Также с гидроксидами кальция, стронция и бария взаимодействуют соли аммония.

Например, при взаимодействии бромида аммония и гидроксида кальция образуются бромид кальция, аммиак и вода:

2NH₄Br + Ca(OH)₂ = 2NH₃ + 2H₂O + CaBr₂

8. Гидроксид кальция разлагается при нагревании до 580^оС, гидроксиды магния и бериллия разлагаются при нагревании:

Mg(OH)₂ → MgO + H₂O

9.  Гидроксиды кальция, стронция и бария проявляют свойства сильных оснований. В воде практически полностью диссоциируют, образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.

Ba(OH)₂ ↔ Ba²⁺ + 2OH^—

Гидроксид магния — нерастворимое основание. Гидроксид бериллия проявляет амфотерные свойства.

10. Гидроксид и бериллия взаимодействует с щелочами. В расплаве образуются соли бериллаты, а в растворе щелочей — комплексные соли.

Например, гидроксид бериллия реагирует с расплавом гидроксида натрия:

Be(OH)₂ + 2NaOH → Na₂BeO₂ + 2H₂O

При взаимодействии гидроксида бериллия с избытком раствора щелочи образуется комплексная соль:

Be(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Be(OH)₄]

 

Соли щелочноземельных металлов 

Нитраты щелочноземельных металлов

Нитраты кальция, стронция и бария при нагревании разлагаются на нитриты и кислород. Исключение — нитрат магния. Он разлагается на оксид магния, оксид азота (IV)  и кислород.

Например, нитрат кальция разлагается при нагревании на нитрит кальция и молекулярный кислород:

Ca(NO₃)₂  → Ca(NO₂)₂  +  O₂ 

Карбонаты щелочноземельных металлов

1. Карбонаты щелочноземельных металлов при нагревании разлагаются на оксид и углекислый газ.

Например, карбонат кальция разлагается  при температуре 1200^оС на оксид кальция и углекислый газ:

CaCO₃ → CaO + CO₂

2. Карбонаты щелочноземельных металлов под действием воды и углекислого газа превращаются в растворимые в воде гидрокарбонаты.

Например, карбонат кальция взаимодействует с углекислым газом и водой с образованием гидрокарбоната кальция:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂

3. Карбонаты щелочноземельных металлов взаимодействуют с более сильными кислотами с образованием новой соли, углекислого газа и воды.

Более сильные кислоты вытесняют менее сильные из солей.

Например, карбонат магния взаимодействует с соляной кислотой:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑+ H₂O

4. Менее летучие оксиды вытесняют углекислый газ из карбонатов при сплавлении. К менее летучим, чем углекислый газ, оксидам относятся твердые оксиды — оксид кремния (IV), оксиды амфотерных металлов.

Менее летучие оксиды вытесняют более летучие оксиды из солей при сплавлении.

Например, карбонат кальция взаимодействует с оксидом алюминия при сплавлении:

CaCO₃ + Al₂O₃ → Ca(AlO₂)₂ + CO₂↑

 

 

Жесткость воды

Постоянная и временная жесткость

Жесткость воды — это характеристика воды, обусловленная содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, в основном кальция и магния (солей жесткости).

Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция Ca(HCO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂ в воде.

Постоянная (некарбонатная) жесткость обусловлена присутствием солей, не выделяющихся при кипячении из раствора: хлоридов (CaCl₂) и сульфатов (MgSO₄) кальция и магния.

Способы устранения жесткости

Существуют химические и физические способы устранения жесткости. Химические способы устранения временной жесткости:

1. Кипячение. При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния распадаются на нерастворимые карбонаты, углекислый газ и воду:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

2. Добавление извести (гидроксида кальция). При добавлении щелочи растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃ + 2H₂O

Химические способы устранения постоянной жесткости — реакции ионного обмена, которые позволяют осадить ионы кальция и магния из раствора:

1. Добавление соды (карбоната натрия). Карбонат натрия связывает ионы кальция и магния в нерастворимые карбонаты:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓+ 2NaCl

2. Добавление фосфатов. Фосфаты также связывают ионы кальция и магния:

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Алюминий: химические свойства и способность вступать в реакции с другими веществами

[Deposit Photos]

Металлы относятся к удобным для обработки материалам, и лидером среди них является алюминий, химические свойства которого давно известны людям. Этот металл, благодаря своим характеристикам, широко применяется в быту, и отыскать у себя дома изделие из алюминия сможет почти каждый человек. Следует детально рассмотреть свойства этого металла как элемента и как простого вещества.

[Deposit Photos]

Как был открыт алюминий

С давних времен люди использовали алюмокалиевые квасцы — соединение алюминия, способное придавать прочность и устойчивость тканям и коже. Такое свойство металла нашло свое применение в кожевничестве: с помощью алюмокалиевых квасцов скорняки выделывали кожу, придавая ей прочность и устойчивость. О том, что оксид алюминия присутствует в природе в чистом виде, люди узнали только во второй половине XVI­II столетия, но получать чистое вещество в те времена еще не научились.

Впервые это удалось сделать Хансу Кристиану Эрстеду, который обработал соль амальгамой калия, выделив затем из полученной смеси порошок серого цвета. Таким образом, данная химическая реакция помогла добыть чистый алюминий. В то же время были установлены такие характеристики металла, как высокая восстановительная способность и сильная активность.

После открытия металла работу Эрстеда по получению алюминия продолжал Фридрих Вёлер: в 1827 году он получил алюминиевый порошок, а в 1845-м — шарики металла. А первый промышленно значимый эксперимент был поставлен французским ученым Девилем в 1854 году. Именно этот выдающийся химик предложил электрохимический способ получения алюминия и сумел изготовить первые слитки металла (данный способ сохранил свою актуальность и в наши дни).

В XX столетии началось промышленное производство алюминия, который сразу же стал высоко цениться за свои уникальные свойства. Этот металл в настоящее время активно применяется в быту и промышленности: машиностроении, авиации, приборостроении, электротехнической промышленности и многих других сферах жизнедеятельности человека. Здесь вы найдете увлекательные эксперименты с алюминием.

Атом алюминия и его общая характеристика

Чтобы понять, что из себя представляет атом алюминия, необходимо выделить из периодической системы Менделеева несколько его основных характеристик:

• порядковым номером металла является цифра 13;
• элемент расположен в третьем малом периоде, главной подгруппе, третьей группе;
• атомная масса элемента – 26,98;
• у элемента сильно выражены металлические свойства;
• алюминий имеет всего 27 изотопов с разными массовыми числами;
• элемент встречается в двух степенях окисления: 0 и +3.

Алюминий и его химические свойства

[Deposit Photos]

Если рассматривать химические реакции, чистый алюминий — это сильный восстановитель, проявляющий высокую химическую активность в свободном виде. Чтобы многократно усилить его активность, необходимо убрать оксидную пленку. Алюминий способен вступать в реакции с серой, галогенами, кислотами и щелочами. В обычных условиях данный металл не способен взаимодействовать с водой, без нагревания может вступать в реакцию только с тремя галогенами: хлором, бромом и йодом. Важной химической характеристикой алюминия является способность металла восстанавливать некоторые другие элементы, а также их соединения.

В какие реакции вступает алюминий

Взаимодействие с неметаллами: алюминий реагирует с углеродом, серой, азотом и остальными неметаллами (со многими – только после нагревания, без которого реакция не произойдет). В результате реакции происходит выделение большого количества тепла.

Взаимодействие с кислотами (например, с соляной): в результате выделяется водород.

via GIPHY

Взаимодействие с оксидами реакция замещения атомов металла в оксиде на алюминий позволяет получить большое количество теплоты и новый металл в свободном виде.

Взаимодействие с солями, а именно с растворами некоторых менее активных солей.

Взаимодействие со щелочами: по причине сильного взаимодействия с растворами щелочей, их растворы нельзя хранить в посуде из алюминия.

Алюминотермия — процесс восстановления металлов, сплавов и неметаллов посредством воздействия на их оксиды металлическим алюминием. Благодаря данной особенности алюминия, металлурги могут добывать такие тугоплавкие металлы, как молибден, вольфрам, цирконий, ванадий.

Физические свойства алюминия как простого вещества

В качестве простого вещества алюминий представляет собой металл серебристого цвета. Он способен окисляться на воздухе, покрываясь плотной оксидной пленкой.

Данная особенность металла обеспечивает его высокую стойкость к коррозии. Это свойство алюминия, наравне с другими характеристиками, делает его чрезвычайно популярным металлом, широко применяемым в быту. Кроме того, алюминий имеет легкий вес, сохраняя при этом высокую прочность и пластичность.

via GIPHY

Далеко не каждое известное людям вещество имеет совокупность подобных характеристик.

Физические свойства алюминия

Алюминий — пластичный и ковкий металл, применяется для изготовления тончайшей фольги, из алюминия прокатывают проволоку.

Температура кипения металла составляет 2518 °С.

Температура плавления алюминия составляет 660 °С.

Плотность алюминия составляет 2,7 г/см³.

Широкое применение алюминия в сферах жизнедеятельности обусловлено его химическими и физическими свойствами.

Уникальные отличительные свойства металлов и неметаллов

Подробности

Подробности

Опубликовано 23.04.2017 08:13

Просмотров: 5085

Металлы являются электроположительными и существуют в виде твердых веществ при комнатной температуре. С другой стороны, неметаллы являются электроотрицательными и могут возникать в виде твердого вещества, жидкости или газа при комнатной температуре. Эта статья включает в себя различные свойства металлов и неметаллов с некоторыми примерами.

 

Исключение из правил

Металлы считаются твердыми, но ртуть — это металл, который происходит в жидком состоянии.

Элементы можно классифицировать на металлы, неметаллы и металлоиды. Эта классификация зависит исключительно от их характера и свойств, которые они проявляют. Различия в их свойствах хорошо видны из их размещения в периодической таблице. В то время как металлы размещаются с левой стороны, неметаллы размещаются на правой стороне периодической таблицы.

Свойства любого элемента определяются числом электронов, присутствующих в их валентной оболочке. В случае металлов внешняя оболочка содержит 1-3 электрона, тогда как внешняя оболочка неметаллов содержит 4-8 электронов. Их конфигурация придает им химические и физические свойства, которыми они обладают. Читайте дальше, чтобы узнать характеристики металлов и неметаллов.

 

Свойства металлов

 

Физические свойства

♦ Это твердые вещества при комнатной температуре.

♦ Они обладают блеском и могут быть отполированы.

 

♦ Они могут быть сплющены в тонкие листы. Это свойство называется ковкостью.

 

♦ Они могут быть втянуты в тонкие провода. Это свойство называется пластичностью.

 

♦ Они очень хорошо проводят электричество. Таким образом, они называются проводниками.

♦ Они тяжелее по весу.

♦ Они имеют высокую прочность на растяжение.

♦ Они непрозрачны.

 

♦ Они имеют высокую плотность, потому что атомы в их структуре плотно упакованы.

♦ При ударе они могут издавать колокольный звук.

♦ Обладают высокой температурой плавления и кипения.

 

Химические свойства

♦ При любой химической реакции они теряют электроны и образуют положительно заряженные катионы.

♦ Они являются электроположительными и считаются хорошими восстановителями.

♦ Известно, что металлы образуют ионные соединения.

♦ При реакции с разбавленными кислотами они выделяют водород.

♦ Хлористые и гидридные соединения, образованные металлами, находятся в твердом состоянии.

♦ Они любят взаимодействовать с неметаллами.

♦ Они образуют оксиды, которые являются основными по своей природе. Рассмотрим реакцию магния с кислородом.

Mg + O 2 ➜ MgO

Магний + Кислород ➜ Оксид магния

 

Примеры металлов

• Магний
• Калий
• Алюминий
• Железо
• Серебро
• Натрий

 

Свойства неметаллов

 

Физические свойства

✦ Они являются твердыми, жидкими или газообразными при комнатной температуре.

✦ Они не имеют блеска. Их нельзя полировать.

✦ Они ломаются, если попытаться сплющить их в тонкие листы, т. е., они не податливы, но хрупкие.

✦ Они не могут быть втянуты в тонкие провода, так как они легко распадаются.

✦ Они не проводят электричество или тепло. Таким образом, они называются изоляторами.

✦ Они легче по весу.

✦ Они имеют низкую прочность на разрыв.

✦ Они прозрачны.

✦ Они имеют очень низкую плотность, потому что атомы в их молекулярной структуре свободно упакованы.

✦ Они не производят звук при ударе.

✦ Они имеют чрезвычайно низкие температуры плавления и кипения.

 

Химические свойства

✦ При возникновении любой химической реакции неметаллы получают электроны и образуют отрицательно заряженные анионы.

✦ Они являются электроотрицательными и считаются хорошими окислителями.

✦ Известно, что неметаллы образуют ковалентные соединения.

✦ Они не реагируют на разбавленные кислоты.

✦ Образовавшиеся хлориды и гидриды находятся в жидком или газообразном состоянии.

✦ Они любят взаимодействовать с металлами.

✦ Они образуют окислы, которые являются кислыми по своей природе. Рассмотрим реакцию серы с кислородом.

 

S + O 2 ➜ SO 2

Сера + Кислород ➜ Диоксид серы

 

Примеры неметаллов

 

 

● Водород

● Кислород

● Азот

● Углерод

● Хлор

 

Помимо металлов и неметаллов, периодическая таблица состоит из определенных элементов, обладающих свойствами металлов, а также неметаллов. Эти элементы называются металлоидами. Более подробно о металлах вы можете узнать по ссылке.

Читайте также

Добавить комментарий

Как понять металл или неметалл химия

Главная » Разное » Как понять металл или неметалл химия

Металлы и неметаллы в таблице Менделеева: таблица, как определять металлические свойства и отличать элементы

Дмитрий Менделеев смог создать уникальную таблицу химических элементов, главным достоинством которой была периодичность. Металлы и неметаллы в таблице Менделеева располагаются так, что их свойства изменяются периодическим образом.

Периодическая таблица Менделеева

Периодическая система была составлена Дмитрием Менделеевым во второй половине 19 века. Открытие не только позволило упростить работу химиков, она смогла объединить в себе как в единой системе все открытые химические вещества, а также предсказать будущие открытия.

Создание данной структурированной системы бесценно для науки и для человечества в целом. Именно это открытие дало толчок развитию всей химии на долгие годы.

Интересно знать! Существует легенда, что готовая система привиделась ученому во сне.

В интервью одному журналисту ученый объяснил, что работал над ней 25 лет и то, что она ему снилась – вполне естественно, но это не значит, что во сне пришли все ответы.

Созданная Менделеевым система делится на две части:

• периоды – столбики по горизонтали в одну или две строки (ряды),
• группы – вертикальные строчки, в один ряд.

Всего в системе 7 периодов, каждый следующий элемент отличен от предыдущего большим количеством электронов в ядре, т.е. заряд ядра каждого правого показателя больше левого на единицу. Каждый период начинается с металла, а заканчивается инертным газом – именно это и есть периодичность таблицы, ведь свойства соединений меняются внутри одного периода и повторяются в следующем. При этом, следует помнить, что 1-3 периоды неполные или малые, в них всего 2, 8 и 8 представителей. В полном периоде (т.е. оставшихся четырех) по 18 химических представителей.

В группе располагаются химические соединения с одинаковой высшей валентностью, т.е. у них одинаковое электронное строение. Всего в системе представлено 18 групп (полная версия), каждая из которых начинается щелочью и заканчивается инертным газом. Все, представленные в системе субстанции, можно разделить на две основные группы – металл или неметалл.

Для облегчения поиска группы имеют свое название, а металлические свойства субстанций усиливаются с каждой нижней строчкой, т. е. чем ниже соединение, тем больше у него будет атомных орбит и тем слабее электронные связи. Также меняется и кристаллическая решетка – она становится ярко выраженной у элементов с большим количеством атомных орбит.

В химии используют три вида таблиц:

1. Короткая – актиноиды и лантаноиды вынесены за границы основного поля, а 4 и все последующие периоды занимают по 2 строчки.
2. Длинная – в ней актиноиды и лантаноиды вынесены за границу основного поля.
3. Сверхдлинная – каждый период занимает ровно 1 строку.

Главной считается та таблица Менделеева, которая была принята и подтверждена официально, но для удобства чаще используют короткую версию. Металлы и неметаллы в таблице Менделеева располагаются согласно строгим правилам, которые облегчают работу с ней.

Это интересно! Уроки химии: катионы и анионы – что это такое

Металлы в таблице Менделеева

В системе Менделеева сплавы имеют преобладающее число и список их весьма велик – они начинаются с Бора (В) и заканчиваются полонием (Po) (исключением являются германий (Ge) и сурьма (Sb)). У этой группы есть характерные признаки, они разделены на группы, но их свойства при этом неоднородны. Характерные их признаки:

• пластичность,
• электропроводимость,
• блеск,
• легкая отдача электронов,
• ковкость,
• теплопроводность,
• твердость (кроме ртути).

Из-за различной химической и физической сути свойства могут существенно отличаться у двух представителей этой группы, не все они похожи на типичные природные сплавы, к примеру, ртуть – это жидкая субстанция, но относится к данной группе.

В обычном своем состоянии она жидкая и без кристаллической решетки, которая играет ключевую роль в сплавах. Только химические характеристики роднят ртуть с данной группой элементов, несмотря на условность свойств этих органических соединений. То же самое касается и цезия – самого мягкого сплава, но он не может в природе существовать в чистом виде.

Некоторые элементы такого типа могут существовать только доли секунды, а некоторые не встречаются в природе совсем – их создали в искусственных условиях лаборатории. У каждой из групп металлов в системе есть свое название и признаки, которые отличают их от других групп.

Это интересно! Уроки химии: что это такое галогены

При этом отличия у них весьма существенные. В периодической системе все металлы располагаются по количеству электронов в ядре, т.е. по увеличению атомной массы. При этом для них характерно периодическое изменение характерных свойств. Из-за этого в таблице они не размещаются аккуратно, а могут стоять неправильно.

В первой группе щелочей нет веществ, которые бы встречались в чистом виде в природе – они могут пребывать только в составе различных соединений.

Как отличить металл от неметалла?

Как определить металл в соединении? Существует простой способ определения, но для этого необходимо иметь линейку и таблицу Менделеева. Для определения надо:

1. Провести условную линию по местам соединения элементов от Бора до Полония (можно до Астата).
2. Все материалы, которые будут слева линии и в побочных подгруппах – металл.
3. Вещества справа – другого типа.

Это интересно! Что такое алканы: строение и химические свойства

Однако у способа есть изъян – он не включает в группу Германий и Сурьму и работает только в длинной таблице. Метод можно использовать в качестве шпаргалки, но чтобы точно определить вещество, следует запомнить список всех неметаллов. Сколько их всего? Мало – всего 22 вещества.

В любом случае, для определения природы вещества необходимо рассматривать его в отдельности. Легко будет элементы, если знать их свойства. Важно запомнить, что все металлы:

1. При комнатной температуре – твердые, за исключением ртути. При этом они блестят и хорошо проводят электрический ток.
2. У них на внешнем уровне ядра меньшее количество атомов.
3. Состоят из кристаллической решетки (кроме ртути), а все другие элементы имеют молекулярную или ионную структуру.
4. В периодической системе все неметаллы – красного цвета, металлы – черного и зеленого.
5. Если двигаться слева направо в периоде, то заряд ядра вещества будет увеличиваться.
6. У некоторых веществ свойства выражены слабо, но они все равно имеют характерные признаки. Такие элементы относятся к полуметаллам, например Полоний или Сурьма, они обычно располагаются на границе двух групп.

Внимание! В левой нижней части блока в системе всегда стоят типичные металлы, а в правой верхней типичные газы и жидкости.

Важно запомнить, что при перемещении в таблице сверху вниз становятся сильнее неметаллические свойства веществ, поскольку там располагаются элементы, которые имеют отдаленные внешние оболочки. Их ядро отделено от электронов и поэтому они притягиваются слабее.

Полезное видео

Подведем итоги

Отличить элементы будет просто, если знать основные принципы формирования таблицы Менделеева и свойства металлов. Полезно будет также запомнить и список остальных 22 элементов. Но не нужно забывать, что любой элемент в соединении следует рассматривать в отдельности, не учитывая его связей с другими веществами.

7.6: Металлы, неметаллы и металлоиды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Металлы
   1. Физические свойства металлов
   2. Химические свойства металлов
2. Неметаллы
   1. Физические свойства неметаллов
   2. Химические свойства неметаллов
3. Металлоиды
4. Тенденции в изменении металлических и неметаллических характеристик
Атрибуция

Цели обучения

• Чтобы понять основные свойства, отделяющие металлы от неметаллов и металлоидов

Элемент — это простейшая форма материи, которую невозможно разделить на более простые вещества или построить из более простых веществ обычными химическими или физическими методами. Нам известно 118 элементов, из которых 92 встречаются в природе, а остальные были приготовлены искусственно. Элементы далее классифицируются на металлы, неметаллы и металлоиды на основе их свойств, которые коррелируют с их размещением в периодической таблице.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Характеристические свойства металлических и неметаллических элементов:

Металлические элементы	Неметаллические элементы
Отличительный блеск (блеск)	Бесцветный, разные цвета
Ковкий и пластичный (гибкий) в твердом виде	Хрупкое, твердое или мягкое
Проводить тепло и электричество	Плохие проводники
Оксиды металлов основные, ионные	Неметаллические оксиды кислотные, ковалентные
Образует катионы в водном растворе	Образует анионы, оксианионы в водном растворе

Металлы

За исключением водорода, все элементы, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций, называются металлами. Таким образом, металлы являются электроположительными элементами с относительно низкими энергиями ионизации. Они отличаются ярким блеском, твердостью, способностью резонировать со звуком и отлично проводят тепло и электричество. При нормальных условиях металлы являются твердыми телами, за исключением ртути.

Физические свойства металлов

Металлы блестящие, пластичные, пластичные, хорошо проводят тепло и электричество. Другие свойства включают:

• Состояние : Металлы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением ртути, которая при комнатной температуре находится в жидком состоянии (в жаркие дни галлий жидкий).
• Блеск : Металлы обладают свойством отражать свет от своей поверхности и могут быть отполированы, например, золотом, серебром и медью.
• Ковкость: Металлы обладают способностью противостоять ударам молотком и могут быть превращены в тонкие листы, известные как фольга. Например, кусок золота размером с кубик сахара можно растолочь в тонкий лист, которым будет покрываться футбольное поле.
• Пластичность: Металлы можно втягивать в проволоку. Например, из 100 г серебра можно натянуть тонкую проволоку длиной около 200 метров.
• Твердость: Все металлы твердые, кроме натрия и калия, которые мягкие и поддаются резке ножом.
• Валентность: Металлы обычно имеют от 1 до 3 электронов на внешней оболочке их атомов.
• Проводимость : Металлы являются хорошими проводниками, потому что у них есть свободные электроны. Серебро и медь — два лучших проводника тепла и электричества. Свинец — самый плохой проводник тепла. Висмут, ртуть и железо также являются плохими проводниками
• Плотность : Металлы имеют высокую плотность и очень тяжелые.Иридий и осмий имеют самую высокую плотность, а литий — самую низкую.
• Точки плавления и кипения : Металлы имеют высокие температуры плавления и кипения. Вольфрам имеет самые высокие температуры плавления и кипения, а ртуть — самые низкие. Натрий и калий также имеют низкие температуры плавления.

Химические свойства металлов

Металлы — это электроположительные элементы, которые обычно образуют основных или амфотерных оксидов с кислородом.Другие химические свойства включают:

• Электроположительный характер : Металлы имеют тенденцию к низкой энергии ионизации, и обычно теряют электроны (т.е. окисляются ), когда они подвергаются химическим реакциям реакции Обычно они не принимают электроны. Например:
  • Щелочные металлы всегда 1 ⁺ (теряют электрон в s подоболочке)
  • Щелочноземельные металлы всегда 2 ⁺ (теряют оба электрона в подоболочке с )
  • Ионы переходных металлов не следуют очевидной схеме, 2 ⁺ является обычным (теряют оба электрона в подоболочке s ), и также наблюдаются 1 ⁺ и 3 ⁺

\ [\ ce {Na ^ 0 \ rightarrow Na ^ + + e ^ {-}} \ label {1. {-}} \ label {1.3} \ nonumber \]

Соединения металлов с неметаллами обычно имеют ионную природу . Большинство оксидов металлов являются основными оксидами и растворяются в воде с образованием гидроксидов металлов :

\ [\ ce {Na2O (s) + h4O (l) \ rightarrow 2NaOH (aq)} \ label {1.4} \ nonumber \]

\ [\ ce {CaO (s) + h4O (l) \ rightarrow Ca (OH) 2 (aq)} \ label {1.5} \ nonumber \]

Оксиды металлов проявляют свою основную химическую природу, реагируя с кислотами с образованием солей металла и воды:

\ [\ ce {MgO (s) + HCl (водн.) \ Rightarrow MgCl2 (водн.) + h4O (l)} \ label {1.{2 -} \), следовательно, \ (Al_2O_3 \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Вы ожидаете, что он будет твердым, жидким или газообразным при комнатной температуре?

Решения

Оксиды металлов обычно твердые при комнатной температуре

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Напишите вычисленное химическое уравнение реакции оксида алюминия с азотной кислотой:

Решение

Оксид металла + кислота -> соль + вода

\ [\ ce {Al2O3 (s) + 6HNO3 (вод. ) \ Rightarrow 2Al (NO3) 3 (вод.) + 3h4O (l)} \ nonumber \]

Неметаллы

Элементы, которые стремятся получить электроны с образованием анионов в ходе химических реакций, называются неметаллами.Это электроотрицательные элементы с высокими энергиями ионизации. Они не блестящие, хрупкие и плохо проводят тепло и электричество (кроме графита). Неметаллы могут быть газами, жидкостями или твердыми телами.

Физические свойства неметаллов

• Физическое состояние : Большинство неметаллов существует в двух из трех состояний вещества при комнатной температуре: газах (кислород) и твердых телах (углерод). Только бром существует в жидком виде при комнатной температуре.
• Не податливый и ковкий : Неметаллы очень хрупкие, их нельзя свернуть в проволоку или растолочь в листы.
• Электропроводность : Они плохо проводят тепло и электричество.
• Блеск: Они не имеют металлического блеска и не отражают свет.
• Точки плавления и кипения : Точки плавления неметаллов на обычно на ниже, чем у металлов, но сильно варьируются.
• Семь неметаллов существуют при стандартных условиях в виде двухатомных молекул : \ (\ ce {h4 (g)} \), \ (\ ce {N2 (g)} \), \ (\ ce {O2 (g) } \), \ (\ ce {F2 (g)} \), \ (\ ce {Cl2 (g)} \), \ (\ ce {Br2 (l)} \), \ (\ ce {I2 ( s)} \).

Химические свойства неметаллов

Неметаллы имеют тенденцию приобретать электроны или делиться ими с другими атомами. Они имеют электроотрицательный характер. Неметаллы, вступая в реакцию с металлами, имеют тенденцию приобретать электроны (обычно , достигая электронной конфигурации благородного газа) и превращаясь в анионы:

\ [\ ce {3Br2 (l) + 2Al (s) \ rightarrow 2AlBr3 (s)} \ nonumber \]

Соединения, полностью состоящие из неметаллов, являются ковалентными веществами.Обычно они образуют кислые или нейтральные оксиды с кислородом, который растворяется в воде с образованием кислот:

\ [\ ce {CO2 (г) + h4O (l)} \ rightarrow \ underset {\ text {углекислота}} {\ ce {h4CO3 (aq)}} \ nonumber \]

Как вы, возможно, знаете, газированная вода имеет слабую кислотность (углекислота).

Оксиды неметаллов могут соединяться с основаниями с образованием солей.

\ [\ ce {CO2 (г) + 2NaOH (водн.) \ Rightarrow Na2CO3 (водн.) + h4O (l)} \ nonumber \]

Металлоиды

Металлоиды обладают промежуточными свойствами между металлами и неметаллами.Металлоиды используются в полупроводниковой промышленности. Все металлоиды твердые при комнатной температуре. Они могут образовывать сплавы с другими металлами. Некоторые металлоиды, такие как кремний и германий, могут действовать как электрические проводники при определенных условиях, поэтому их называют полупроводниками. Кремний, например, выглядит блестящим, но не является ни ковким, ни пластичным ( хрупкий, — характеристика некоторых неметаллов). Это гораздо более слабый проводник тепла и электричества, чем металлы.Физические свойства металлоидов, как правило, металлические, но их химические свойства обычно неметаллические. Степень окисления элемента этой группы может варьироваться от +5 до -2, в зависимости от группы, в которой он находится.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): элементы, разделенные на металлы, неметаллы и металлоиды.

Металлы	Неметаллы	Металлоиды
Золото	Кислород	Кремний
Серебро	Углерод	Бор
Медь	Водород	Мышьяк
Утюг	Азот	Сурьма
Меркурий	Сера	Германий
цинк	фосфор

Тенденции в металлическом и неметаллическом характере

Металлический характер является наиболее сильным для элементов в крайней левой части периодической таблицы и имеет тенденцию к снижению по мере того, как мы перемещаемся вправо в любой период (неметаллический характер усиливается с увеличением значений электроотрицательности и энергии ионизации). Внутри любой группы элементов (столбцов) металлический характер увеличивается сверху вниз (значения электроотрицательности и энергии ионизации обычно уменьшаются по мере продвижения вниз по группе). Эта общая тенденция не обязательно наблюдается с переходными металлами.

Авторы и ссылки

.

Периодическая таблица: металлы, неметаллы и металлоиды

2. Образование
3. Наука
4. Химия
5. Периодическая таблица: металлы, неметаллы и металлоиды

Используя периодическую таблицу, вы можете классифицировать элементы по многим способами. Один из полезных способов — металлы, неметаллы и металлоиды. Таблица Менделеева разделена на семьи и периоды.

Металлы

В периодической таблице вы можете увидеть ступенчатую линию, начинающуюся с бора (B) с атомным номером 5 и идущую вниз до полония (Po) с атомным номером 84.За исключением германия (Ge) и сурьмы (Sb), все элементы слева от этой линии могут быть классифицированы как металлы и .

Эти металлы обладают свойствами, которые обычно ассоциируются с металлами, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни:

• Они твердые (за исключением ртути, Hg, жидкость).

• Они блестящие, хорошо проводят электричество и тепло.

• Это d uctile (их можно протянуть в тонкую проволоку).

• Они ковкие, (их легко расколоть на очень тонкие листы).

Все эти металлы легко теряют электроны. На следующем рисунке показаны металлы.

Металлы в периодической таблице.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть эту таблицу.

Неметаллы

За исключением элементов, которые граничат со ступенчатой ​​линией, элементы справа от линии классифицируются как неметаллы (вместе с водородом).Неметаллы обладают свойствами, противоположными свойствам металлов.

Неметаллы — хрупкие, не податливые и не пластичные, плохо проводят тепло и электричество и имеют тенденцию приобретать электроны в химических реакциях. Некоторые неметаллы — жидкости. Эти элементы показаны на следующем рисунке.

Неметаллы в периодической таблице.

Металлоиды

Элементы, граничащие со ступенчатой ​​линией, классифицируются как металлоиды .Металлоиды или полуметаллы обладают свойствами, которые напоминают нечто среднее между металлами и неметаллами.

Металлоиды, как правило, экономически важны из-за их уникальных свойств проводимости (они только частично проводят электричество), что делает их ценными для производства полупроводников и компьютерных микросхем. Металлоиды показаны на следующем рисунке.

Металлоиды в периодической таблице.

.

2.11 Металлы, неметаллы и металлоиды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Металлы
   1. Физические свойства металлов
   2. Химические свойства металлов
2. Неметаллы
   1. Физические свойства неметаллов:
   2. Химические свойства неметаллов
3. Металлоиды
   1. Физические свойства металлоидов
   2. Химические свойства Металлоиды
4. Тенденции в металлическом и неметаллическом характере
5. Авторы и авторство

Цели обучения

• Чтобы понять основные свойства, отделяющие металлы от нементалов и металлоидов

Элемент — это простейшая форма материи, которую невозможно разделить на более простые вещества или построить из более простых веществ обычными химическими или физическими методами. Нам известно 110 элементов, из которых 92 встречаются в природе, а остальные были приготовлены искусственно. Элементы далее подразделяются на металлы, неметаллы и металлоиды.

Таблица 2.11.1: Характеристические свойства металлических и неметаллических элементов:

Металлические элементы	Неметаллические элементы
Отличительный блеск (блеск)	Бесцветный, разные цвета
Податливые и пластичные (гибкие) в твердом виде	Хрупкое, твердое или мягкое
Проводить тепло и электричество	Плохие проводники
Оксиды металлов основные, ионные	Неметаллические оксиды кислые, соединения
Катионы в водном растворе	Анионы, оксианионы в водном растворе

Металлы

Все элементы, кроме водорода, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций, называются металлами. Таким образом, металлы являются электроположительными элементами. Они отличаются ярким блеском, твердостью, способностью резонировать со звуком и отлично проводят тепло и электричество. При нормальных условиях металлы являются твердыми телами, за исключением ртути.

Физические свойства металлов

Металлы блестящие, пластичные, пластичные, хорошо проводят тепло и электричество. Другие свойства включают:

• Состояние : Металлы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением ртути, которая находится в жидком состоянии при комнатной температуре (в жаркие дни галлий жидкий).
• Блеск : Металлы обладают свойством отражать свет от своей поверхности и могут быть отполированы, например, золотом, серебром и медью.
• Ковкость: Металлы обладают способностью противостоять ударам молотком и могут быть превращены в тонкие листы, известные как фольга (кусок золота в виде кубика сахара можно растолочь в тонкий лист, которым будет покрываться футбольное поле).
• Пластичность: Металлы можно втягивать в проволоку. Из 100 граммов серебра можно сделать тонкую проволоку длиной около 200 метров.
• Твердость: Все металлы твердые, кроме натрия и калия, которые мягкие и поддаются резке ножом.
• Валентность: Металлы имеют от 1 до 3 электронов на внешней оболочке их атомов.
• Проводимость : Металлы являются хорошими проводниками, потому что у них есть свободные электроны. Серебро и медь — два лучших проводника тепла и электричества. Свинец — самый плохой проводник тепла. Висмут, ртуть и железо также являются плохими проводниками
• Плотность : Металлы имеют высокую плотность и очень тяжелые.Иридий и осмий имеют самую высокую плотность, а литий — самую низкую.
• Точки плавления и кипения : Металлы имеют высокие температуры плавления и кипения. Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления, тогда как серебро имеет низкую температуру кипения. Натрий и калий имеют низкие температуры плавления.

Химические свойства металлов

Металлы — это электроположительные элементы, которые обычно образуют основные или амфотерные оксиды с кислородом. Другие химические свойства включают:

• Электроположительный характер : Металлы, как правило, имеют низкую энергию ионизации, а обычно теряет электроны (т.е.- \]
  • Щелочные металлы всегда 1 ⁺ (теряют электрон в s подоболочке)
  • Щелочноземельные металлы всегда 2 ⁺ (теряют оба электрона в подоболочке с )
  • Ионы переходных металлов не имеют очевидной закономерности, 2 ⁺ является обычным явлением, и 1 ⁺ и 3 ⁺ также наблюдаются

• Соединения металлов с неметаллами обычно ионные по природе
• Большинство оксидов металлов являются основными оксидами и растворяются в воде с образованием гидроксидов металлов :

Оксид металла + вода -> гидроксид металла

Na ₂ O ( с ) + H ₂ O ( л ) -> 2NaOH ( водн. )

CaO ( с ) + H ₂ O ( л ) -> Ca (OH) ₂ ( водн. )

• Оксиды металлов проявляют свою основную химическую природу за счет реакции с кислотами с образованием солей и воды:

Оксид металла + кислота -> соль + вода

MgO ( с ) + HCl ( водн. ) -> MgCl ₂ ( водн. ) + H ₂ O ( л )

NiO ( с ) + H ₂ SO ₄ ( водн. ) -> NiSO ₄ ( водн. ) + H ₂ O ( л )

Пример

Какова химическая формула оксида алюминия?

Решение

Al имеет заряд 3+, ион оксида — O ^2-, таким образом, Al ₂ O ₃

Пример

Вы ожидаете, что он будет твердым, жидким или газообразным при комнатной температуре?

Решения

Оксиды металлов обычно твердые при комнатной температуре

Пример

Напишите вычисленное химическое уравнение реакции оксида алюминия с азотной кислотой:

Решение

Оксид металла + кислота -> соль + вода

Al ₂ O ₃ ( с ) + 6HNO ₃ ( водн. ) -> 2Al (NO ₃ ) ₃ ( водн. )

Неметаллы

Элементы, которые стремятся получить электроны с образованием анионов в ходе химических реакций, называются неметаллами.Это электроотрицательные элементы. Они не блестящие, хрупкие и плохо проводят тепло и электричество (кроме графита). Неметаллы могут быть газообразными, жидкими или твердыми.

Физические свойства неметаллов:

• Физическое состояние : Большинство неметаллов существует в двух из трех состояний вещества при комнатной температуре: газах (кислород) и твердых телах (углерод).
• Не податливый и ковкий : Неметаллы очень хрупкие, их нельзя свернуть в проволоку или растолочь в листы.
• Проводимость : Они плохо проводят тепло и электричество.
• Блеск: Они не имеют металлического блеска и не отражают свет
• Электропроводность : Плохие проводники тепла и электричества
• Точки плавления и кипения : Точки плавления неметаллов на обычно на ниже, чем у металлов
• Семь неметаллов существуют в стандартных условиях в виде двухатомных молекул :
  • H ₂ ( г )
  • N ₂ ( г )
  • O ₂ ( г )
  • F ₂ ( г )
  • Класс ₂ ( г )
  • Br ₂ ( л )
  • I ₂ ( л ) (летучая жидкость — легко испаряется)

Химические свойства неметаллов

• Неметаллы имеют тенденцию приобретать или делиться электронами с другими атомами. Они имеют электроотрицательный характер.
• Неметаллы, вступая в реакцию с металлами, имеют тенденцию приобретать электроны (обычно достигают электронной конфигурации благородного газа) и становятся анионами:

Неметалл + металл -> Соль

\ [3Br_ {2 (l)} + 2Al _ {(s)} \ rightarrow 2AlBr_ {3 (s)} \]

• Соединения, полностью состоящие из неметаллов, являются молекулярными веществами (не ионными).
• Обычно они образуют кислые или нейтральные оксиды с кислородом, который, растворяясь в воде, реагирует с образованием кислот:

Оксид неметалла + вода -> кислота

\ [CO_ {2 (g)} + H_2O _ {(l)} \ rightarrow \ underset {\ text {углекислота}} {H_2CO_ {3 (водн.)}} \]

(газированная вода слабокислая)

• Оксиды неметаллов могут соединяться с основаниями с образованием солей.

Оксид неметалла + основание -> соль

\ [CO_ {2 (г)} + 2NaOH _ {(водн. )} \ Rightarrow Na_2CO_ {3 (водн.)} + H_2O _ {(l)} \]

Металлоиды

Промежуточные свойства между металлами и неметаллами. Металлоиды используются в полупроводниковой промышленности.

Металлы	Неметаллы	Металлоиды
Золото	Кислород	Кремний
Серебро	Углерод	Бор
Медь	Водород	Мышьяк
Утюг	Азот	Сурьма
Меркурий	Сера	Германий
цинк	фосфор

Физические свойства металлоидов

• Состояние : Все они твердые при комнатной температуре.
• Проводимость : Некоторые металлоиды, такие как кремний и германий, могут действовать как электрические проводники при правильных условиях, поэтому их называют полупроводниками.

• Блеск : Кремний , например, выглядит блестящим, но не является пластичным или пластичным ( хрупкий, — характеристика некоторых неметаллов). Это гораздо более слабый проводник тепла и электричества, чем металлы.

• Твердые растворы : они могут образовывать сплавы с другими металлами.

Химические свойства металлоидов

• Их физические свойства, как правило, металлические, но их химические свойства, как правило, неметаллические.
• Степень окисления элемента в этой группе может варьироваться от +3 до -2, в зависимости от группы, в которой он находится.

Тенденции в металлическом и неметаллическом характере

Металлический символ является самым сильным для элементов в крайней левой части периодической таблицы и имеет тенденцию к уменьшению на при перемещении вправо в любой период (неметаллический символ увеличивается с увеличением значений ионизации). Внутри любой группы элементов (столбцов), , металлический характер увеличивается сверху вниз (значения ионизации обычно уменьшаются по мере движения вниз по группе). Эта общая тенденция не обязательно наблюдается с переходными металлами .

Авторы и авторство

.

7.6: Металлы, неметаллы и металлоиды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Металлы
   1. Физические свойства металлов
   2. Химические свойства металлов
2. Неметаллы
   1. Физические свойства неметаллов:
   2. Химические свойства неметаллов
3. Металлоиды
   1. Физические свойства металлоидов
   2. Химические свойства Металлоиды
4. Тенденции в металлическом и неметаллическом характере
5. Участники

Навыки для развития

• Понимать основные свойства, отделяющие металлы от нементалов и металлоидов

Элемент — это простейшая форма материи, которую нельзя разделить в более простые вещества или построены из более простых веществ любым обычным химическим или физическим методом. Нам известно 110 элементов, из которых 92 встречаются в природе, а остальные были приготовлены искусственно. Элементы далее подразделяются на металлы, неметаллы и металлоиды.

Таблица 7.6.1 : Характерные свойства металлических и неметаллических элементов:

Металлические элементы	Неметаллические элементы
Отличительный блеск (блеск)	Бесцветный, разные цвета
Податливый и пластичный (гибкий) в виде твердых тел	Хрупкий, твердый или мягкий
Проводят тепло и электричество	Плохие проводники
Оксиды металлов основные, ионные	Неметаллические оксиды являются кислотными соединениями
Катионы в водном растворе	Анионы, оксианионы в водном растворе

Металлы

900 45 Все элементы, кроме водорода, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций, называются металлами. Таким образом, металлы являются электроположительными элементами. Они отличаются ярким блеском, твердостью, способностью резонировать со звуком и отлично проводят тепло и электричество. При нормальных условиях металлы являются твердыми телами, за исключением ртути.

Физические свойства металлов

Металлы блестящие, податливые, пластичные, хорошо проводят тепло и электричество. Другие свойства включают:

• Состояние : Металлы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением ртути, которая находится в жидком состоянии при комнатной температуре (в жаркие дни галлий находится в жидком состоянии).
• Блеск : Металлы обладают свойством отражать свет от своей поверхности и могут быть отполированы, например, золотом, серебром и медью.
• Ковкость: Металлы обладают способностью противостоять ударам молотком и могут быть превращены в тонкие листы, известные как фольга (кусок золота в виде кубика сахара можно растолочь в тонкий лист, которым будет покрываться футбольное поле).
• Пластичность: Металлы можно втянуть в проволоку. Из 100 граммов серебра можно сделать тонкую проволоку длиной около 200 метров.
• Твердость: Все металлы твердые, кроме натрия и калия, которые мягкие и поддаются резке ножом.
• Валентность: Металлы имеют от 1 до 3 электронов на внешней оболочке их атомов.
• Проводимость : Металлы являются хорошими проводниками, потому что у них есть свободные электроны. Серебро и медь — два лучших проводника тепла и электричества. Свинец — самый плохой проводник тепла. Висмут, ртуть и железо также являются плохими проводниками.
• Плотность : Металлы имеют высокую плотность и очень тяжелые.Иридий и осмий имеют самую высокую плотность, а литий — самую низкую.
• Точки плавления и кипения : Металлы имеют высокие точки плавления и кипения. Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления, тогда как серебро имеет низкую температуру кипения. Натрий и калий имеют низкие температуры плавления.

Химические свойства металлов

Металлы — это электроположительные элементы, которые обычно образуют основных или амфотерных оксидов с кислородом. Другие химические свойства включают:

• Электроположительный характер : Металлы имеют тенденцию к низкой энергии ионизации, а обычно теряют электроны (т.е.- \ tag {1.3} \]
  • Щелочные металлы всегда равны 1 ⁺ (теряют электрон в подоболочке s )
  • Щелочноземельные металлы всегда 2 ⁺ (теряют оба электрона в подоболочке s )
  • Ионы переходных металлов не имеют очевидной закономерности, 2 ⁺ является обычным, и также наблюдаются 1 ⁺ и 3 ⁺

• Соединения металлов с неметаллами имеют тенденцию быть ионный в природе
• Большинство оксидов металлов являются основными оксидами и растворяются в воде с образованием гидроксидов металлов :

Оксид металла + вода -> гидроксид металла

\ [Na_2O _ {(s)} + H_2O_ { (l)} \ rightarrow 2NaOH _ {(aq)} \ tag {1. 4} \]

\ [CaO _ {(s)} + H_2O _ {(l)} \ rightarrow Ca (OH) _ {2 (aq)} \ tag {1.5} \]

• Оксиды металлов проявляют свои свойства основной химическая природа за счет реакции с кислот с образованием солей и воды:

Оксид металла + кислота -> соль + вода

\ [MgO _ {(s)} + HCl _ {(водный )} \ rightarrow MgCl_ {2 (водн.)} + H_2O _ {(l)} \ tag {1.6} \]

\ [NiO _ {(s)} + H_2SO_ {4 (водн.)} \ rightarrow NiSO_ {4 (водн. )} + H_2O _ {(l)} \ tag {1.{2 -} \), следовательно, \ (Al_2O_3 \).

Пример

Ожидаете ли вы, что он будет твердым, жидким или газообразным при комнатной температуре?

Растворы

Оксиды металлов обычно твердые при комнатной температуре

Пример

Напишите сбалансированное химическое уравнение реакции оксида алюминия с азотной кислотой:

Раствор

Оксид металла + кислота -> соль + вода

\ [Al_2O_ {3 (s)} + 6HNO_ {3 (aq)} \ rightarrow 2Al (NO_3) _ {3 (aq)} + 3H_2O _ {(l)} \]

Неметаллы

Элементы, склонные к электроны с образованием анионов в ходе химических реакций называются неметаллами. Это электроотрицательные элементы. Они не блестящие, хрупкие и плохо проводят тепло и электричество (кроме графита). Неметаллы могут быть газообразными, жидкими или твердыми.

Физические свойства неметаллов:

• Физическое состояние : Большинство неметаллов существует в двух из трех состояний вещества при комнатной температуре: газах (кислород) и твердых телах (углерод).
• Не податливые и ковкие : Неметаллы очень хрупкие, их нельзя свернуть в проволоку или растолочь в листы.
• Проводимость : Они плохо проводят тепло и электричество.
• Блеск: Они не имеют металлического блеска и не отражают свет
• Электропроводимость : Плохие проводники тепла и электричества
• Точки плавления и кипения : Точки плавления неметаллов на обычно на ниже, чем металлы
• Семь неметаллов существуют в стандартных условиях как двухатомных молекул :
  • H ₂ ( г )
  • N ₂ ( г )
  • O ₂ ( г )
  • F ₂ ( г )
  • Cl ₂ ( г )
  • Br ₂ ( л )
  • I ₂ ( л ) (летучая жидкость — легко испаряется)

Химические свойства неметаллов

• Неметаллы имеют тенденцию приобретать или делиться электронами с другими атомами. Они имеют электроотрицательный характер.
• Неметаллы, вступая в реакцию с металлами, имеют тенденцию приобретать электроны (обычно достигают электронной конфигурации благородного газа) и становятся анионами:

Неметалл + металл -> соль

\ [3Br_ {2 (l) } + 2Al _ {(s)} \ rightarrow 2AlBr_ {3 (s)} \]

Оксид неметалла + вода -> кислота

\ [CO_ {2 (g)} + H_2O _ {(l)} \ rightarrow \ underset {\ text {углекислота}} {H_2CO_ {3 (aq)}} \]

(газированная вода слегка кислая)

• Оксиды неметаллов могут соединяться с основаниями с образованием солей.

Оксид неметалла + основание -> соль

\ [CO_ {2 (g)} + 2NaOH _ {(aq)} \ rightarrow Na_2CO_ {3 (aq)} + H_2O _ {(l)} \]

Металлоиды

Промежуточные свойства между металлами и неметаллами. Металлоиды используются в полупроводниковой промышленности.

Металлы	Неметаллы	Металлоиды
Золото	Кислород	Кремний
Серебро	Углерод	Бор
Медь	Водород	Медь Водород		Железо	Азот	Сурьма
Ртуть	Сера	Германий
Цинк	Фосфор

Физические свойства всех металлов:

03

: все они — твердые. комнатная температура.

Проводимость : Некоторые металлоиды, такие как кремний и германий, при определенных условиях могут действовать как электрические проводники, поэтому их называют полупроводниками.

Блеск : Кремний , например, кажется блестящим, но не является ковким или пластичным (это хрупкий — характеристика некоторых неметаллов). Это гораздо более слабый проводник тепла и электричества, чем металлы.

Твердые растворы : они могут образовывать сплавы с другими металлами.

Химические свойства металлоидов

• Их физические свойства имеют тенденцию быть металлическими, но их химические свойства имеют тенденцию быть неметаллическими.

• Степень окисления элемента в этой группе может варьироваться от +3 до -2, в зависимости от группы, в которой он находится.

Тенденции металлического и неметаллического характера

Металлический характер — самый сильный для элементов крайней левой части периодической таблицы и имеет тенденцию к уменьшению по мере продвижения вправо в любой период (неметаллический характер усиливается с увеличением значений ионизации). Внутри любой группы элементов (столбцов) металлический характер увеличивается сверху вниз (значения ионизации обычно уменьшаются по мере продвижения вниз по группе). Эта общая тенденция не обязательно наблюдается у переходных металлов .

.

---

Смотрите также

• Чем металлы отличаются от неметаллов по химическим свойствам
• Резьба по металлу как называется
• При ожоге горячим металлом что делать
• Как сделать перила своими руками из металла
• Как перевести квадратные метры в тонны металла
• Как получают щелочноземельные металлы
• Чем приклеить войлок к металлу
• Как классифицируются металлы
• Чем отмыть гипсовую штукатурку от металла
• Как связаны строение атомов металлов и расположение их в
• Как определить металл серебро

Способ соединения неметаллических и металлических компонентов

Настоящее изобретение в целом относится к соединению неметаллических и металлических компонентов и, в частности, к жесткому соединению кварцевых и керамических компонентов с металлом.

Надлежащая конструкция и функционирование многих устройств требуют жесткого соединения различных материалов. Во многих случаях хрупкий материал, такой как кварц или керамика, связан с металлом. Для этой цели можно использовать клеи, но они не допускают отсоединения двух материалов в случае необходимости регулировки или технического обслуживания. Применение металлических хомутов нецелесообразно из-за опасности поломки хрупкого материала. Кроме того, большинство металлов имеют совсем другой коэффициент теплового расширения, чем кварц или керамика. Таким образом, хомут, затянутый при одной температуре, может ослабнуть при более высокой температуре.

Акселерометры — это устройства, измеряющие ускорение во многих приложениях. Гравиметры (или гравиметры) — чрезвычайно чувствительные и точные акселерометры, которые измеряют изменения гравитационного поля Земли. Современные версии таких гравиметров могут достигать относительной точности порядка нескольких микрогал (10 ^-8 м / с ² ), то есть нескольких частей на 10 ^-9 g, среднего гравитационного притяжения Земли.

Полный обзор конструкции гравиметров, как исторических, так и современных, можно найти в сборнике Gravimetry, автором которого является Вольфганг Торге, Walter de Gruyter Press, Berlin-New York, 19.89. За последние 100 или более лет было предложено и построено множество конструкций гравиметров. Большинство из них были основаны на отклонении под действием силы тяжести контрольной массы, поддерживаемой упругим пружинным элементом. Упругий пружинный элемент может иметь форму винтовой пружины (например, LaCoste-Romberg, Worden и Scintrex, как описано в справочнике Torge, стр. 232-236) или торсионной проволоки (например, Mott-Smith, Norgaard и Askania-Torge). стр. 227-228). В качестве материала упругой пружины в этих различных гравиметрах использовались как металл, так и кварц. Каждый материал имеет достоинства и недостатки в отношении простоты изготовления и стабильности во времени, при изменении температуры и при ударах.

В целом, кварц является предпочтительным материалом для упругой пружины благодаря присущим ему свойствам. Кварц очень эластичен и демонстрирует небольшой механический гистерезис после растяжения или кручения. В тонких волокнах для пружин или шарниров (для высокочувствительных датчиков) кварц имеет очень высокую прочность. Это позволяет использовать кварцевые волокна для пружин или шарниров в разжатом состоянии при эксплуатации в суровых условиях без каких-либо вредных последствий. Это показано, например, в «Потенциальном применении гравиметра Scintrex CG-3m для мониторинга вулканической активности: результаты полевых испытаний на горе Этна, Сицилия», Г. Буделла и Д. Карбоне, Журнал вулканологии и геотермальных исследований. Исследования, 76 (1997)199-214. Из-за своей эластичности кварц устойчив к необратимым смещениям, вызванным внезапными ударами, известными как «деформации». С другой стороны, тонкие металлические волокна очень подвержены такому набору. Кроме того, кварц имеет незначительную магнитную восприимчивость и поэтому не подвержен влиянию сильных магнитных полей, в отличие от черных металлов. Кварц также является хорошим изолятором и облегчает электрическую изоляцию металлических компонентов, что необходимо при разработке и правильном функционировании некоторых гравиметров. С производственной точки зрения датчик силы тяжести на основе кварца в некоторых отношениях проще в изготовлении, поскольку сложные формы и соединения других кварцевых компонентов могут быть получены путем термоформования.

Однако возникает проблема, когда требуется соединение кварц-металл, например, для поддержки кварцевой структуры или для прикрепления к ней металлического компонента. Для правильного функционирования гравиметра важно, чтобы такие крепления были жесткими и устойчивыми, не допускали относительного перемещения элементов из кварца и металла, а также избегали нагрузки на кварц во время зажима, вызывающей разрушение кварца. Для решения этой проблемы обычно используются клей или механические зажимы.

Механические зажимы сложны и относительно велики, что делает их непригодными для миниатюрных компонентов. Также трудно распределить необходимое усилие зажима по достаточной площади контактной поверхности, чтобы предотвратить повреждение кварцевого компонента. Эта проблема была четко сформулирована в статье Барри Блока и Роберта Мура «Исследования приливных и сейсмических частот с помощью кварцевого акселерометра новой геометрии», Журнал геофизических исследований, 75, № 8, 10, 19 марта.70. Чтобы обеспечить механическую поддержку кварцевого торсионного волокна, Блок и Мур отшлифовали кварц, чтобы обеспечить плоские поверхности для крепления к металлическим компонентам без проскальзывания. Было определено, что поверхности должны быть отшлифованы с точностью до 12 микрон, чтобы точно совпасть с соответствующей металлической поверхностью. Чтобы уменьшить вероятность поломки кварца, каждый зажим был покрыт слоем мягкой алюминиевой фольги. Вставка мягкой алюминиевой фольги уменьшила жесткость и стабильность полученного соединения.

Вторым способом создания таких соединений является использование эпоксидного клея или другого типа клея. Однако этот подход имеет ряд недостатков. На микроскопическом уровне он не образует стабильной и абсолютно эластичной связи. Он необратим и не допускает регулировки, выравнивания или последующего обслуживания или ремонта. Эпоксидные смолы также выделяют пары, которые загрязняют атмосферу в датчике силы тяжести и могут неблагоприятно повлиять на работу гравиметра.

Дополнительная проблема, которая возникает при использовании металлических зажимов или цемента для создания соединения, заключается в том, что существует большая разница в коэффициентах теплового расширения между большинством металлов и кварцем или керамикой. Соединение, созданное при одной температуре окружающей среды, может расшататься при более высокой температуре.

Существует потребность в средствах для жесткого и стабильного крепления кварца к металлу в миниатюрных акселерометрах с кварцевыми элементами, таких как гравиметры, которые не имеют проблем, связанных с механическими зажимами или клеем. Желательно, чтобы крепление было двусторонним, чтобы его можно было отсоединить для сборки, регулировки или технического обслуживания.

Метод крепления одной металлической детали к другой металлической детали с помощью термических средств, широко известный как «горячая посадка», хорошо известен в данной области техники (например, см. Тимошенко С. Сопротивление материалов 3 ^rd издание 1956-68 Ван Ностранд. стр. 36, 205). На практике этот прием обычно осуществляется с использованием только металлических деталей. Настоящее изобретение использует разницу в коэффициентах теплового расширения между двумя соединяемыми материалами. При соединении кварца или керамики с металлом эти два материала имеют очень разные коэффициенты теплового расширения. Именно это различие создает трудности при выполнении соединений с помощью других средств, таких как зажим или использование клея. Соединения, созданные в соответствии с данным изобретением, очень просты по конструкции, поэтому подходят для миниатюризации.

В одном аспекте настоящего изобретения предложен способ крепления первого элемента из кварца и керамики к металлическому элементу. Способ включает создание отверстия в металлическом элементе; размер отверстия меньше, чем размер первого элемента в диапазоне температур, нагревание металлического элемента до температуры, достаточной для расширения отверстия, чтобы можно было вставить первый элемент в отверстие, введение части первого элемента в отверстие отверстие и охлаждение металлического элемента с образованием соединенной конструкции из первого элемента и металлического элемента.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается соединенная конструкция, включающая в себя металлический элемент с отверстием и первый элемент из кварца и керамики, вставленный в отверстие. Металлический элемент оказывает сжимающее напряжение на первый элемент в диапазоне температур.

В одном аспекте настоящее изобретение предлагает средства для создания жесткой обратимой связи между кварцем и металлом без использования зажимов или клеев.

В настоящем изобретении используются различия между коэффициентами теплового расширения чистого плавленого кварца и многих видов керамики и большинства металлов. Используя эту разницу в коэффициентах, между металлом и кварцем или керамикой создается термическая связь без сложностей и вредных воздействий, связанных с металлическими зажимами и клеями.

Настоящее изобретение будет лучше понято со ссылкой на следующее описание и чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой частичный вид сбоку в разрезе кварцевого элемента, соединенного с металлическим элементом, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2А и 2В представляют собой виды сбоку в частичном разрезе кварцевого элемента, соединенного с металлическим элементом, показанным на фиг. 1, показывающий предпочтительную геометрию металлического элемента;

РИС. 3А и 3В представляют собой частичные виды сбоку в разрезе кварцевого элемента, соединенного с металлическим элементом, показанным на фиг. 1, показывающий другую предпочтительную геометрию металлического элемента; и

РИС. 4 представляет собой схематическое изображение гравиметра, в котором кварцевый элемент и металлический элемент, соединенные в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, используются для их частей.

РИС. 5 представляет собой вид в перспективе части гравиметра, показанного на фиг. 4, выполненный в более крупном масштабе.

Исключительно для простоты иллюстрации настоящее обсуждение направлено на усовершенствование конструкции гравиметров с кварцевыми элементами. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается гравиметрами с кварцевыми элементами. Понятно, что можно также использовать керамические элементы и что настоящее изобретение также применимо к акселерометрам, используемым для других целей, таких как сейсмометрия.

Таблица 1, приведенная ниже, включает список коэффициентов теплового расширения кварца, керамики и металлов, которые обычно используются при разработке различных устройств. Ясно, что коэффициент теплового расширения между кварцем и всеми металлами, которые обычно используются в конструкции типичного датчика силы тяжести, по крайней мере на порядок различается. Имеется также существенное различие между коэффициентами термического расширения керамики и большинства металлов, хотя и в меньшей степени, чем различие между коэффициентами термического расширения кварца и металлов.

TABLE 1
Coefficient of Thermal Expansion of Materials
	Material	Coefficient (ppm/° C.)
	Quartz	0.6
	Ceramics	3-5 (typical)
	Copper	16.7
	Aluminium	23.8
	Gold	14.3
	Stainless steel	10.5
	Invar	temperature dependent
		(typically 1-2 (at 20° C.) to 16 ( при 350°С))

Сначала обратимся к фиг. 1 показан металлический элемент, обозначенный цифрой 10 . Металлический элемент 10 обрабатывается для создания отверстия 14 для крепления кварцевого элемента 12 , также называемого кварцевым стержнем. Источник тепла 13 предусмотрен для повышения температуры части металлического элемента 10 , окружающей отверстие 14 .

РИС. 2A и 2B иллюстрируют кварцевый элемент 12 , соединенный с металлическим элементом 10 , демонстрируя предпочтительную геометрию металлического элемента 10 . Металлический элемент 10 обработан таким образом, что горловина отверстия 14 включает конус 15 . ФИГ. 3A и 3B иллюстрируют соединение кварцевого элемента 12 с металлическим элементом 10 , демонстрируя альтернативную геометрию металлического элемента 10 . В этой геометрии металлический элемент 10 включает сужающуюся часть 16 , так что металлический элемент 10 сужается к горловине отверстия 14 .

На каждой из ФИГ. 1, 2 и 3 , кварцевый элемент 12 имеет цилиндрическую форму в виде стержня с круглым поперечным сечением одинакового радиуса. Отверстие 14 вырезано в металлическом элементе 10 таким образом, чтобы диаметр отверстия 14 жестко контролировался, чтобы он был на заданную величину меньше диаметра кварцевого элемента 12 в диапазоне рабочих температур. для датчика. Затем металлический элемент 10 нагревается источником тепла 13 . Подходящие источники тепла включают пламя, нагревание в печи или другие подходящие средства. Металлический член 10 нагревается до температуры, значительно превышающей диапазон рабочих температур датчика, до точки, при которой расширение металлического элемента 10 позволяет вставить кварцевый элемент 12 в отверстие 14 . Затем кварцевый элемент вставляется в отверстие 14 металлического элемента 10 . При охлаждении металлического элемента 10 металлический элемент 10 сжимается, а кварцевый элемент 12 прочно зажимается металлическим элементом 9. 0146 10 , что обеспечивает жесткое соединение. При желании соединение нагревают, вызывая расширение металлического элемента 10 , что позволяет снять кварцевый элемент 12 . Хотя и кварцевый элемент 12 , и металлический элемент 10 нагреваются до одинаковой температуры, металлический элемент 10 расширяется больше, чем кварцевый элемент 12 . Таким образом, диаметр отверстия 14 увеличивается больше, чем диаметр кварцевого элемента 12 и при достаточно высокой температуре кварцевый элемент 12 извлекается из отверстия 14 металлического элемента 10 .

Для некоторых применений может быть более целесообразной и лучше контролируемой процедурой нагрев кварцевого и металлического элемента до общей температуры для выполнения соединения. В этом случае общая температура, до которой нагреваются кварцевые и металлические элементы, является такой же высокой температурой, которая используется для удаления кварцевого элемента.

Следующие примеры представлены для дополнительной иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения. Эти примеры предназначены только для иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

В данном примере кварцевый элемент 12 соединен с медно-металлическим элементом 10 . Кварцевый элемент 12 имеет диаметр X, а отверстие 14 , просверленное в металлическом элементе 10 , имеет диаметр 0,9.98Х. Медно-металлический элемент 10 нагревается чуть более чем на 120°С выше температуры окружающей среды, вызывая увеличение диаметра отверстия 14 на 0,2%, после чего в увеличенное отверстие вставляется кварцевый элемент 12 . 14 . Чтобы отделить кварцевый элемент 12 от медного металлического элемента 10 , температура в месте соединения нагревается до несколько более высокой температуры, а именно выше 125°С выше температуры окружающей среды. Разница температур объясняет тот факт, что кварцевый элемент 12 и металлический элемент 10 нагреваются, и что разница в коэффициентах термического расширения между этими двумя материалами составляет около 16 частей на миллион/°C.

В этом примере используется инвар. Инвар представляет собой сплав металлического железа с необычными термическими свойствами. Как показано в таблице 1, инвар имеет очень низкий коэффициент теплового расширения (~1-2×10 ^-6 ) в обычном диапазоне рабочих температур окружающей среды (от 0°С до +45°С). Это желательно для стабильной работы. Однако при нагревании коэффициент теплового расширения увеличивается, увеличиваясь в десять раз, когда температура достигает 400°С, что, таким образом, позволяет соединять инвар с кварцевыми и керамическими компонентами в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

При изготовлении соединения кварц-металл, показанного на фиг. 1, желательно сдерживать чрезмерные градиенты напряжения растяжения на поверхности кварцевого элемента 12 , когда металлический элемент 10 сжимается, чтобы избежать поломки кварцевого элемента 12 . Максимальный градиент растягивающего напряжения на поверхности кварцевого элемента 12 возникает на открытом конце отверстия 14 между сжатой и несжатой частями кварцевого элемента 9. 0146 12 . Геометрии, показанные на фиг. 2 и 3 иллюстрируют два способа уменьшения градиента растягивающего напряжения на поверхности кварцевого элемента 12 . На фиг. 2А, это достигается путем механической обработки плавно сужающегося устья отверстия с помощью конуса 15 , где диаметр устья отверстия равен диаметру кварцевого элемента 12 при типичной рабочей температуре. Таким образом, устье отверстия 14 больше в диаметре, чем у кварцевого элемента 9.0146 12 , когда металлический элемент 10 нагревается. Когда кварцевый элемент 12 вставлен, а металлический элемент 10 остывает (фиг. 2 B), кварцевый элемент 12 в устье отверстия 14 не испытывает напряжения. Диаметр постепенно и плавно изменяется вдоль кварцевого элемента 12 в отверстие 14 и, таким образом, уменьшает градиент растягивающего напряжения на поверхности кварцевого элемента

. На фиг. 3А, металлический элемент 10 включает сужающуюся часть 16 вокруг горловины отверстия, диаметр которой плавно сужается до диаметра отверстия 14 . Металлический элемент 10 нагревают, а кварцевый элемент 12 вставляют в отверстие 14 , как описано выше. Когда металлический элемент 10 охлаждается и сжимается (РИС. 3 B), кромка отверстия 14 деформируется наружу (колоколообразно), тем самым уменьшая градиент растягивающего напряжения на поверхности кварцевый член 12 в районе устья отверстия 14 .

РИС. 4 представляет собой схематическое изображение гравиметра 30 , в котором кварцевый элемент 12 и металлический элемент 10 соединены в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, используются для их частей. Гравиметр 30 включает в себя жесткую кварцевую раму 17 , поддерживающую датчик силы тяжести, включая кварцевую пружину 18 , кварцевый шарнир 19 , пробную массу 20 , поддерживается опорой 23 , соединенной с пружиной 18 и шарниром 19 . Две металлические пластины 21 , 22 расположены с каждой стороны контрольной массы 20 и каждая поддерживается соответствующей опорой 24 , 25 . Соединения кварца с металлом используются в нескольких местах, включая: опору 23 для пробной массы; опоры 24 , 25 к несущему кварцевому каркасу для металлических пластин 21 , 22 ; точка 26 , в которой датчик в сборе крепится к металлическому корпусу 27 , и на опорах для упоров 28 , представляющих собой металлические упоры, предназначенные для ограничения диапазона перемещения пробной массы 20 . Для правильной работы датчика гравитации пробная масса 20 является электропроводной, желательно из металла. Эта контрольная масса 20 действует как одна пластина каждого из двух конденсаторов, с пластинами 21 и 22 соответственно, как и другие пластины этих конденсаторов. Два конденсатора измеряются в емкостном мосту и действуют как чувствительный метод определения положения контрольной массы 20 . Сигнал дисбаланса от емкостного моста выпрямляется для создания силы электростатической обратной связи, которая прикладывается к внешним металлическим пластинам 21 , 22 для восстановления контрольной массы 20 в горизонтальное положение. Ощутить положение контрольной массы 20 с достаточной точностью, чтобы иметь разрешение и стабильность порядка 10 ⁻⁹ г, геометрия пластин 21 и 22 , а также контрольная масса 20 должны быть установлены и поддерживаться на того же порядка, фактически несколько А°.

РИС. 5 показан вид в перспективе части гравиметра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показывающий расположение внешних металлических пластин 21 , 22 более подробно. Как показано, внешние металлические пластины 21 , 22 жестко расположены параллельно друг другу через опоры 24 , 25 , изготовленные из кварца и прикрепленные к раме 17 (фиг. 4) из гравиметр. В этом варианте осуществления каждая из внешних металлических пластин 21 , 22 соединена с обеими кварцевыми опорами 24 , 25 , что обеспечивает высокий уровень стабильности относительного положения двух пластин 9. 0146 21 , 22 . Опора 23 также является кварцевым элементом и крепится к металлической пробной массе 20 через ребро, имеющее увеличенную толщину для размещения отверстия, в которое вставляется кварцевый элемент 23 .

Таким образом, в конструкции гравиметра 30 используется соединение кварца с металлом в нескольких местах, напр. на опоре 23 на пробной массе 20 , на опорах 24 и 25 для пластин 21 и 22 , в точке 26 , являющейся базовой точкой крепления всего датчика в сборе к металлическому корпусу 27 , и в опорах для упоров 28 , ограничивающие диапазон перемещения контрольной массы 20 . Кроме того, важно предотвратить долгосрочный дрейф или проскальзывание, вызванное ударом. Соединение кварцевого элемента 12 с металлическим элементом 10 настоящего варианта осуществления позволяет выполнить эти условия.

Для целей настоящего изобретения кварцевый элемент 12 соединения имеет одинаковый диаметр и круглое поперечное сечение для оптимального функционирования. Если базовая кварцевая структура не имеет желаемой формы, часть прямокруглого кварцевого цилиндра сплавляется с кварцевой структурой в желаемой точке соединения, таким образом обеспечивая кварцевый элемент круглого сечения 10 для соединения.

Хотя настоящее изобретение описывается как имеющее конкретное применение при проектировании и изготовлении гравиметров, включающих кварцевые упругие элементы, оно в равной степени применимо к соединениям кварц-металл и металлокерамика в других акселерометрах и устройствах для других применений. Следует отметить, что разница в коэффициенте теплового расширения между керамикой и металлами меньше, чем между кварцем и металлами (например, 13 против 16×10 ⁻⁶ ). Таким образом, температура, до которой нагревают металлический элемент для высвобождения керамического стержня, пропорционально выше, чем температура для высвобождения кварца в случае соединения кварц-металл.

Следует понимать, что настоящее изобретение было описано в качестве примера, и специалистам в данной области техники могут прийти в голову модификации и вариации описанных здесь вариантов осуществления. Считается, что все такие модификации и вариации входят в сферу и объем настоящего изобретения.

Различные способы соединения металлов без сварки

Сварка плавлением является важным и преобладающим процессом в производстве металлов, но иногда вы можете столкнуться с трудностями при внедрении сварки и хотеть использовать альтернативные методы соединения металлов без сварки. Если вы ищете способ соединения металлов без сварки, эта статья для вас. Приходите, будем исследовать.

 

Для чего нужно соединение металлов без сварки?

 

Нам часто приходится использовать метод, отличный от сварки плавлением, для соединения двух или более металлов. Причин может быть много, и некоторые распространенные причины собраны ниже:

 

• Некоторые металлы обладают металлургической несовместимостью, и сварка плавлением нецелесообразна или не обеспечивает надежного соединения (например, сочетание алюминия со сталью или алюминия с медью).
• Существуют металлы с плохой свариваемостью, и попытка их сварки может привести к трещинам, металлы, реагирующие с атмосферой, теряют свои свойства и т. д.
• Нет необходимости сваривать каждое соединение в металлоконструкции. Многие соединения подвергаются умеренной нагрузке и рабочей температуре, и паяное соединение может быть приемлемым.
• Иногда вам нужны соединения, которые вы хотите разобрать и собрать, когда это необходимо. Такие соединения возможны при использовании механических креплений.
• Для таких работ, как сборка кузовов легковых автомобилей или автобусов, соединение заклепками может быть аккуратной и чистой альтернативой сварке.

 

Как соединить металлы без сварки?

 

Различные методы соединения двух или более металлов без сварки :

• Склеивание металлов клеем.
• Пайка.
• Пайка.
• Клепка.
• Использование механических застежек.

 

1. Склеивание металлов с помощью клея

 

Этот метод можно использовать для соединения легких металлических деталей, когда сборка не подвергается воздействию силы или тепла. Клеи, такие как эпоксидный, полиуретановый или на основе силикона, могут быть хороши для соединения легких металлов. Вы можете сделать это, выполнив следующие шаги:

 

Шаг 1 – Убедитесь, что соединяемые детали идеально подходят друг к другу.

 

Шаг 2 – Очистите заготовки, чтобы удалить все загрязнения. Используйте наждачную бумагу, чтобы сделать область склеивания слегка шероховатой. Убедитесь, что место склеивания чистое.

 

Шаг 3 – Нанесите рекомендуемый клей на область склеивания с помощью кисти или шпателя.

 

Этап 4 – Соберите детали и закрепите сборку с помощью подходящих зажимов или приспособления. Убедитесь, что в стыке нет зазоров.

 

Шаг 5 – Дайте склеенному узлу застыть в течение 12 часов или в соответствии с рекомендациями производителя клея.

 

Шаг 6 – Выньте приклеенный узел и используйте его после проверки.

 

Примечание: Делайте это в хорошо проветриваемом помещении и соблюдайте рекомендуемые меры предосторожности.

 

2. Пайка

 

Пайку можно определить как процесс использования тепла для расплавления присадочного металла и соединения или пайки двух металлов. Источником тепла может быть газовая горелка, индукционная катушка или печь, а расплавленный припой затекает в место пайки за счет капиллярного действия.

 

В отличие от сварки, при пайке основные металлы остаются в твердом состоянии, а присадочный металл с температурой плавления намного ниже, чем у основного металла, плавится и заполняет соединение. Расплавленный присадочный металл затвердевает, образуя паяное соединение.

 

Для получения качественного паяного соединения важно, чтобы основной металл был чистым (без загрязнений и окислов на поверхности) и имелся рекомендуемый зазор в стыке. Загрязнение влияет на текучесть расплавленного присадочного металла, а зазоры в швах важны для капиллярного действия. Пайка производится при приблизительной температуре 800ºF/426ºC или выше.

 

Необходимо нанести флюс на место пайки, чтобы защитить основной металл и расплавленный присадочный металл от окисления и вывести все оставшиеся загрязнения в виде шлака на поверхность соединения. Следы флюса очищаются после пайки, так как он обладает высокой коррозионной активностью.

 

Различные типы пайки: пайка в домашних условиях с использованием домашних комплектов для пайки, пайка горелкой, пайка с использованием индукционного нагрева, пайка погружением и пайка в печи.

 

3. Пайка

 

Пайка похожа на пайку, но выполняется при гораздо более низкой температуре, чем пайка (от 180°C до 275°C/от 356°F до 527°F). Используемый присадочный металл (называемый припоем) обычно представляет собой сплавы олова и свинца или олова с очень небольшим количеством меди, цинка и серебра, а флюс используется для предотвращения образования оксидов. Металлический припой с более высоким содержанием олова будет иметь низкую температуру плавления.

 

Как и при пайке, наличие чистых поверхностей пайки и рекомендуемый зазор в стыке очень важны для хорошего капиллярного действия и получения хорошего паяного соединения. Пайка является предпочтительным процессом соединения соединений на электрических и электронных платах.

 

Для пайки используется электрический паяльник. Подключите паяльник. Очистите поверхности пайки с помощью наждачной бумаги и химических чистящих средств. Окуните паяльник во флюс, нанесите его на соединение и расплавьте припой. Расплавленный металлический припой соединяет детали с помощью пайки. Удалите излишки припоя, если таковые имеются.

 

4. Клепка

 

Когда вы путешествовали на поезде или автобусе, вы могли заметить, что кузов и крыша автобуса или вагона поезда изготавливаются с использованием процесса клепки.

 

Вы можете соединить два перекрывающихся металлических листа (расположенных внахлестку) путем их заклепывания. Очистите металлические поверхности и зажмите их внахлест. Если металлические листы тонкие, можно разметить и пробить отверстия для клепки; однако толстый калибр необходимо просверлить.

 

Используемые заклепки могут быть алюминиевыми, латунными или медными и иметь головку заклепки на одном конце. Вставьте заклепку в отверстие, поместите инструмент для формирования головки заклепки на другой конец и забейте его молотком, чтобы сформировать головку (вы можете молотком не использовать инструмент для формирования головки заклепки, но это может выглядеть не очень хорошо). После того, как вы завершили клепку, дайте ему остыть и сформировать прочное соединение. Металлические листы можно обрезать, собирать и красить. Клепка полезна для поддержки сдвигающих нагрузок.

 

Вы также можете использовать клепальные пистолеты для легких работ.

 

5. Использование механических креплений

 

Часто требуются большие металлические конструкции, которые нецелесообразно изготавливать в виде одной детали, например, рама машины, основание машины и т. д. В таких случаях, может быть выгодно разделить всю конструкцию на две или более небольших, а затем собрать их вместе с помощью гаек, болтов и шайб (креплений). К преимуществам можно отнести простоту изготовления, простоту транспортировки и многое другое. После того, как вы соберете подконструкции вместе с помощью крепежных деталей, они станут единым прочным элементом.

 

Эта идея получила дальнейшее развитие, и результат перед вами. Вы можете думать о своей машине, мотоцикле, велосипеде и многих подобных машинах как об одном устройстве. Тем не менее, он состоит из множества отдельных частей, соединенных нужным образом с помощью крепежных элементов. Любая машина, которую вы назовете, будь то локомотив, пассажирский автобус, самолет, состоит из множества частей, соединенных вместе с помощью крепежных деталей и других способов.

 

В отличие от сварки, пайки или пайки, узел, собранный с крепежными элементами, можно разбирать любое количество раз и собирать их обратно.

 

Соединение алюминия без сварки

 

Алюминий является популярным металлом благодаря своим многочисленным качествам, включая высокое соотношение прочности и веса. Помимо сварки, соединить две и более алюминиевых деталей можно следующими способами:

• С помощью клея.
• Пайка.
• Пайка.
• Клепка.
• Использование механических застежек.

 

Использование клея: Вы можете подготовить алюминиевые поверхности, как описано в предыдущих параграфах, и использовать рекомендованный клей, например, эпоксидный клей, клей на основе силикона и т. д. Следуйте инструкциям производителя клея, чтобы получить хорошее сцепление.

 

Пайка : Чтобы получить полное представление о пайке алюминия, вы можете обратиться к нашей статье «Как паять алюминий».

 

Пайка : Вы можете следовать процессу пайки, описанному в предыдущих параграфах. Используйте флюс и припой, рекомендованный для пайки алюминия.

 

Соединение с помощью заклепок и механических крепежных деталей : Эти процессы аналогичны описанным в предыдущих пунктах.

 

Соединение нержавеющей стали без сварки

 

Две или более детали из нержавеющей стали можно соединить следующими способами:

• С помощью клея.
• Пайка.
• Пайка.
• Клепка.
• Использование механических застежек.

 

Использование клея : Этот метод можно использовать для соединения легких деталей из нержавеющей стали. Процесс такой же, как обсуждался в предыдущих параграфах; однако вы должны использовать клей, рекомендованный для нержавеющей стали. Это подходит для соединения произведений искусства, которые не подвергаются нагрузке.

 

Пайка : Процесс пайки будет аналогичен процессу, описанному в предыдущих параграфах, с использованием флюса и присадочного металла, рекомендованных для нержавеющей стали. Комбинация никеля и меди может использоваться для пайки нержавеющей стали (температура пайки 1120º C/ 2048º F).

 

Пайка : Вы можете соединить две пластины из нержавеющей стали с помощью пайки, а используемый припой может быть сплавом олова и серебра (96,5 % олова и 3,5 % серебра). Пластины из нержавеющей стали очищаются и наносится флюс. Фольга припоя помещается между двумя припаиваемыми пластинами из нержавеющей стали, и зажатый узел нагревается примерно до 220º C/428º F.

 

Горелка MAPP может использоваться для нагрева. Металлическая фольга для пайки плавится и соединяет две пластины из нержавеющей стали путем пайки. Паяную заготовку промывают горячей водой и очищают проволочной щеткой из нержавеющей стали.

 

Клепка : Вы можете соединить два перекрывающихся листа из нержавеющей стали с помощью клепки. Марка материала заклепки должна быть такой же, как у основного металла (AISI 304, 316 и т. д.). Вставьте заклепку в просверленное отверстие, поместите инструмент для формирования головки заклепки на другой конец заклепки и ударьте молотком, чтобы сформировать головку и соединить листы.

 

Поскольку нержавеющая сталь является прочным металлом, нанесите смазку на заклепку перед ударом молотком, и требуемый удар будет больше.

 

Использование механических застежек : Процесс аналогичен описанному в предыдущих параграфах, обычно используются застежки из нержавеющей стали.

 

Связанная статья: Сварка VS Пайка | В чем разница?

 

Заключение

 

Сварка плавлением не всегда может быть стандартным решением для соединения двух или более металлов, и когда вы сталкиваетесь с проблемами при сварке, знание альтернативных способов соединения металлов может решить вашу проблему.

 

 

Ссылки:

• Канал VCG Construction на YouTube.

Обзор методов соединения разнородных материалов

Примечание редактора: эта статья адаптирована из официального документа «Технологии соединения разнородных материалов: металлы и полимеры», Технологический университет Лаппеенранты, Лаппеенранта, Финляндия, 2013 г.

Растущее распространение полимерных материалов в конструкциях и автомобилях из-за их малого веса, высокой удельной прочности, эластичности и низкой стоимости стимулировало исследования комбинации полимеров и металлов в производстве. Детали, изготовленные с помощью соединений металл-полимер, в настоящее время пользуются большим спросом в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Одной из целей использования разнородных соединений является повышение гибкости конструкции изделия, чтобы различные материалы можно было использовать эффективным и функциональным образом в зависимости от их конкретных свойств. Сборки металл-полимер сочетают в себе прочность и пластичность металла с физико-химической стойкостью и легким весом полимеров. Металл используется в сечениях, где требуется высокая жесткость и прочность, тогда как пластик обеспечивает уникальные химические свойства.

Поэтому важно максимизировать совместный вклад каждого материала, чтобы обеспечить оптимальные эксплуатационные характеристики, сохраняя при этом вес и рентабельность.

Однако соединение разнородных материалов часто бывает затруднено. Поведение таких соединений редко полностью изучено, особенно при использовании методов склеивания и нагревания.

Современные методы соединения металла с пластиком

Несколько методов соединения обычно используются для гибридных соединений между металлическими и полимерными заготовками. Это клеевое соединение, механическое крепление и сварка.

Каждый метод соединения имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее подходящий метод будет зависеть от приложения и службы.

Механическое крепление. Первоначально использовавшееся для соединения металла с металлом, механическое крепление теперь используется и для соединения металла с пластиком. Он включает использование зажимных компонентов, таких как винты и заклепки, для формирования соединения без сплавления поверхностей соединения. Это требует механических операций, таких как сверление отверстий и нарезание резьбы.

Существуют различные методы механического соединения металла с пластиком, но в настоящее время основное внимание уделяется заклепкам, поскольку они обеспечивают надежное соединение. Для некоторых видов клепки необходим цикл нагрева, во время которого заклепки нагреваются перед креплением, так что при охлаждении заклепки сжимаются, плотно зажимая деталь.

Результаты испытаний показали, что при заклепочном соединении металлического и полимерного материала процесс зависит от толщины листа и геометрических параметров заклепки, таких как конструкция инструмента и сила заклепывания (см. Рисунок 1 ). Поскольку материал днища подвергается наибольшей деформации, важно, чтобы полимерный материал располагался под металлическим листом.

Конфигурация соединения часто зависит исключительно от условий эксплуатации, например, должно ли оно быть герметичным. В некоторых случаях соединение может быть рассчитано на несоответствие коэффициента теплового расширения во время сборки. Также может быть выполнено соединение, обеспечивающее свободу перемещения в плоскости, перпендикулярной зажимному элементу.

Механическое крепление остается наиболее часто используемым методом соединения из-за его простоты. Однако у него есть ограничения, такие как повышенный вес компонента и концентрация напряжений вокруг крепежных отверстий, что снижает прочность и в конечном итоге вызывает коррозию.

Клеевое соединение . Адгезионное соединение — это технология соединения в твердом состоянии, основанная на формировании межмолекулярных сил между заготовками и самим полимерным клеем для формирования соединения (см. 9).0510 Рисунок 2 ). Он включает использование полимерного клея, который подвергается химической или физической реакции для формирования шва.

Использование соединения клея с металлом в последние годы значительно расширилось из-за разработки очень прочных и прочных клеев, способных выдерживать как статические, так и знакопеременные нагрузки. Кроме того, они, как правило, весят меньше, чем механические крепления, что обеспечивает значительное снижение веса. Кроме того, распределение напряжений при нагружении является однородным.

Однако клеевые соединения могут оказаться проблематичными, поскольку клеевые соединения не могут быть разобраны без повреждений и могут выделять вредные выбросы в окружающую среду. Кроме того, соединения подвержены деградации от влаги, влажности и температуры и имеют низкую стойкость в химически активной среде.

Кроме того, приклеивание требует тщательной подготовки поверхности. Свойства поверхности заготовки при склеивании играют жизненно важную роль в процессе склеивания, а прочность связи и долговечность соединения можно значительно улучшить, обработав поверхность заготовки перед склеиванием. При предварительной обработке поверхности увеличивается поверхностное натяжение заготовки, но уменьшается контактный угол воды. Типичные методы предварительной обработки поверхности включают очистку растворителем, изменение химического состава поверхности, истирание и другие топографические изменения.

Дополнительным ограничением является то, что клеевые соединения часто выходят из строя мгновенно, а не постепенно. Важнейшим ограничивающим фактором для склеивания является неопределенность в прогнозировании долговечности такого соединения из-за сложности проведения надежного неразрушающего контроля.

Как механическое крепление, так и клеевое соединение требуют конфигурации соединения внахлест для достижения необходимой прочности соединения, что затем увеличивает вес, толщину и концентрацию напряжений в конструкции. Это ограничение ограничивает использование этих методов соединения.

Это привело к поиску метода соединения разнородных материалов, который обеспечивает большую гибкость конструкции и производительность, чем клеевое соединение и механическое крепление, а также к разработке методов сварки.

Сварка. Традиционные процессы сварки, такие как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW), дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW), дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW) и дуговая сварка под флюсом (SAW), использовались для сварки разнородных материалов металл-металл. суставы. Однако высокие энергозатраты этих процессов сварки плавлением приводят к металлургической деформации материала, что препятствует этому применению, а также соединениям металла с полимером.

Температура плавления металлов чрезвычайно высока по сравнению с температурой плавления полимеров. Следовательно, полимеры имеют тенденцию разлагаться до того, как расплавятся металлы.

Сварка полимеров может производиться только на термопластах. Это ограничение существует потому, что обработка термореактивных и химически сшитых эластомеров характеризуется необратимой реакцией сшивки, которая приводит к деградации; следовательно, они не могут быть изменены путем нагревания. Термопласты и термопластичные эластомеры могут плавиться и размягчаться под воздействием тепла из-за ослабления вторичных сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей между блокирующими полимерными цепями. Это делает возможным повторное формование термопластов и термопластичных эластомеров при воздействии тепла, и, следовательно, их можно сваривать плавлением.

Новые методы сварки или соединения разнородных материалов

Были разработаны перспективные методы сварки и новые способы применения существующих методов сварки для соединения разнородных материалов — ультразвуковая сварка, лазерная сварка, сварка трением с перемешиванием и точечная сварка трением — как способ решить проблемы, связанные с традиционными методами соединения. Эффективное применение этих сварочных процессов требует понимания их возможностей и ограничений, а также поведения металлов и полимеров.

1. Ультразвуковая сварка. Ультразвуковая сварка — это метод соединения в твердом состоянии, который инициирует коалесценцию за счет одновременного приложения энергии локализованной высокочастотной вибрации с умеренным усилием зажима (см. , рис. 3, ).

Этот метод сварки характеризуется низким потреблением энергии и требует зажима и позиционирования заготовок между сварочным инструментом (сонотродом) и наковальней под действием статической силы. Никаких микроструктурных изменений в металле не происходит.

Заготовки могут быть из двух тонких листов или из толстого и тонкого листа в простом соединении внахлест или встык в зависимости от направления подачи энергии упругих колебаний в зону сварки.

Ультразвуковая вибрация может применяться для сварки как металлов, так и пластмасс, но процесс сварки для каждого из них отличается. Фактический результат сварки зависит от того, как ультразвуковая энергия (вибрация) передается на сварной шов.

При ультразвуковой сварке металлов направление ультразвуковых колебаний параллельно зоне сварки. Когда реализуется ультразвуковая сварка металла, трение поверхностей заготовки инициирует твердотельную связь без какого-либо действия плавления заготовки. При сварке пластмасс дело обстоит наоборот. При ультразвуковой сварке пластмасс направление ультразвуковых колебаний перпендикулярно зоне сварки (см. 9).0510 Рисунок 4 ).

Исследователи экспериментировали с ультразвуковой сваркой алюминиевых листов и термопластичных композитов, армированных углеродным волокном. В их эксперименте изучалась свариваемость алюминиевого сплава 5754 с армированным углеродным волокном полимером толщиной 1 мм и 2 мм соответственно. Они заметили, что при амплитуде около 40 мкм происходит прочный сварной шов в результате смещения термопластичной матрицы, армированной углеродным волокном, что приводит к лучшему контакту между листовым металлом и волокном.

Они также наблюдали, что межмолекулярные реакции в зоне сварки возникают, когда оксидные слои на листовом металле отслаиваются в процессе сварки. Полимерная матрица была фактически вытеснена из зоны сварки, что позволило пластичному алюминию адаптировать углеродные волокна. Это обеспечило механическое сцепление между соединительными слоями и, следовательно, увеличило прочность соединения.

Наконец, было замечено, что углеродные волокна окружают алюминиевый сплав в результате пластической деформации алюминиевого листа, создавая таким образом успешный сварной шов между металлом и полимером.

2. Лазерная сварка . Лазерная сварка предлагает уникальные производственные возможности. Он дополняет изготовление и обработку соединений, которые ранее было трудно или невозможно выполнить другими методами сварки. Лазерная сварка металлов с полимерами может использоваться для получения стабильных металлических, химических и ковалентных связей между металлическими и полимерными гибридными компонентами (см. рис. 5).

Были предложены методы прямого лазерного соединения металлов и полимеров, обычно известные как лазерное соединение металлов и пластмасс. Граница стыка металл-полимер нагревается падающим лазерным лучом, и температура плавления достигается в пластиковом материале в узкой области, примыкающей к границе раздела. Результирующая высокая температура инициирует образование пузырьков в расплавленном пластике вблизи границы раздела, которые распространяются и диффундируют в расплавленную фазу и, следовательно, увеличивают размер шва между пластиком и металлом (см. 9).0510 Рисунок 6 ).

Механизм связи возникает в результате комбинированного влияния химической связи между пленкой оксида металла и атомами углерода полимеров, а также явления физической связи, возникающей в результате силы Ван-дер-Ваальса, и механической связи.

Преимуществами являются очень быстрое время сварки, малое тепловложение и высокая адаптивность процесса. Высокая прочность соединения может быть достигнута при прямом лазерном соединении металла с полимером, и этот метод применим к нескольким металлам, таким как сталь, титан, алюминий и железо.

Следует, однако, отметить, что в процессе соединения металл не плавится. Ограничениями являются многие параметры, такие как скорость перемещения и мощность сварки, которые влияют на качество и надежность конечного соединения. Лазерная сварка также имеет ограниченную гибкость конструкции и подходит в основном для соединений внахлест из-за необходимости эффективного поглощения лазерного луча.

Из-за низкой теплопроводности пластмасс это означает, что тепло остается сконцентрированным в зоне взаимодействия материала. Кроме того, поведение тепла зависит от оптических свойств пластика, которые зависят от его молекулярного состава, таких как цвет пластика и длина волны падающего луча.

3. Сварка трением с перемешиванием . Этот процесс сварки включает в себя три отдельных этапа: погружение, перемешивание и втягивание. Во время сварки быстро вращающийся инструмент со штифтом зонда погружается с определенной скоростью в перекрывающуюся точку сварки до тех пор, пока буртик инструмента не коснется верхней детали. Это вызывает пластическую деформацию вокруг штифта.

При обычной сварке трением с перемешиванием возникают проблемы при сварке пластмасс. Эти проблемы связаны с плохой теплопроводностью и диффузией из макромолекулярной структуры термопластов.

4. Фрикционное соединение. Точечное соединение трением представляет собой вариант линейной сварки трением с перемешиванием, за исключением того, что во время соединения отсутствует линейное перемещение инструмента.

При точечном соединении трение между штифтом и заготовкой генерирует большую часть тепловой энергии для соединения. Соединение металлов с полимерами точечным трением включает два различных процесса: погружение втулки и погружение штифта.

При врезании гильз заготовки сначала укладываются внахлест и зажимаются между опорной пластиной и зажимным кольцом, причем металлическая часть находится сверху полимерной заготовки (см. рис. 7). Затем инициируется вращательное движение втулки и штифта, при этом обе детали вращаются в одном направлении.

В какой-то момент втулка касается верхней металлической заготовки, вызывая фрикционный нагрев. Одновременно втулка вставляется в металлическую заготовку, пластифицируя металл, и отводится штифт, в результате чего образуется кольцевое пространство или резервуар. Затем пластифицированный металл выдавливается в созданный резервуар в результате эффекта погружения втулки.

По завершении процесса соединения втулка отводится от металлической поверхности заготовки, а штифт выдавливает захваченный пластифицированный материал обратно в сварной шов. Таким образом, замочная скважина снова заполняется.

Врезание инструмента отрегулировано таким образом, что врезание происходит только в металлическую заготовку. Это делается во избежание повреждения волокнистой арматуры полимерной заготовки, что может снизить прочность соединения. Пластифицированная металлическая заготовка дополнительно деформируется за счет погружения втулки, что приводит к образованию металлического выступа на поверхности полимерной заготовки.

Точечная сварка трением применяется при сварке разнородных металлов, таких как сплавы алюминия и магниевого сплава.

Возможность сварки трением с перемешиванием с соединениями металл-полимер до конца не изучена, в основном из-за различий между сваркой трением с перемешиванием металлов и сваркой трением с перемешиванием пластмасс. Низкая теплопроводность полимеров, наряду со сложной молекулярной структурой, требует изменения сварочного инструмента и конструкции инструмента. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как можно контролировать метод сварки.

Заключение

Из изученных подходов сварки ультразвуковая сварка металла с полимером представляется наиболее многообещающим методом для гибридных структур при соединении металлов с полимерами. Происходит равномерное перемешивание металлической и полимерной части, что способствует межмолекулярному контакту и механическому сцеплению в зоне сварки. Высокая прочность соединения может быть достигнута при относительно низком потреблении энергии и очень коротком времени сварки. Он успешно применяется для соединения металлов и полимеров, армированных волокном.

Точечное соединение трением дает такие же результаты, как и ультразвуковая сварка металлов. Однако этот метод соединения был успешно применен только к металлам с низкой температурой плавления, таким как магний и алюминий, и не применим к металлам очень большой толщины.

Лазерная сварка металлов с полимерами может использоваться для получения стабильных металлических, химических и ковалентных связей между металлическими и полимерными гибридными компонентами. Однако склеивание происходит на границе расплав-твердое тело между пластиком и металлом; металл не плавится.

Процессы сварки металла с полимером перспективны, но все еще находятся на стадии разработки; необходимо провести дополнительные исследования, чтобы эффективно понять их осуществимость и долговечность.

Примечание. Ссылки хорошо документированы и многочисленны. Посмотреть их в оригинальном white paper и прочитать подробное исследование можно в статье «Технологии соединения разнородных материалов: металлы и полимеры» (http://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_23614/05_23614_kah). .pdf), 2013.

Изображения предоставлены авторами, если не указано иное.

5 основных методов соединения металлов

РЕКЛАМА:

В этой статье рассказывается о пяти основных методах соединения металлов. Методы: 1. Пайка 2. Пайка 3. Пайка флюсом 4. Клепка 5. Сварка.

Соединение металлов: Способ № 1. Пайка :

Существуют различные распространенные методы соединения деталей, используемые в инженерных работах. Пайка является одним из приемов метода соединения, но более тонких деталей.

A. Что такое припой? Припой

представляет собой сплав олова и свинца, иногда также добавляют сурьму и висмут.

B. Типы пайки :

РЕКЛАМА:

Существует три типа пайки:

1. Мягкая пайка;

2. Твердая пайка;

3. Пайка.

C. Что такое мягкая пайка?

ОБЪЯВЛЕНИЙ:

1. Мягкая пайка:

Мягкая пайка — это процесс соединения двух или более одинаковых или разнородных более тонких деталей с помощью сплава, называемого «припоем», который имеет более низкую температуру плавления, чем основные металлы. Требуемая температура составляет ок. 300°C до 350°C для мягкой пайки.

2. Твердая пайка:

В этом процессе требуется дополнительное внешнее тепло, поступающее от паяльной лампы или кислородно-ацетиленового пламени, чтобы расплавить припой. Как правило, он используется для подземных кабельных соединений телефонных, электрических и т. д.

РЕКЛАМА:

3. Пайка:

Пайка

— это разновидность твердой пайки. В этом процессе используется тепло кислородно-ацетиленового пламени. Но при мягкой пайке дополнительный нагрев не требуется.

D. Типы мягкой пайки и ее состав:

E. Оборудование и процесс соединения мягкой пайки :

Оборудование, необходимое для пайки:

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

я. Паяльник

ii. Мартеновская печь

III. Электрический паяльник

ив. Раствор или кислота хлорида цинка, наждачная бумага и т. д.

РЕКЛАМА:

F. Как соединить припоем :

Следует помнить об одном: таким способом можно паять только более тонкие детали. Тонкий лист, такой как оцинкованный лист, может быть присоединен к другому механическому процессу путем клепки и пайки мягким припоем. Перед пайкой детали следует очистить КИСЛОТОЙ (раствором хлорида цинка) или жидкими флюсами для удаления пыли, масла, жира и других посторонних металлов.

Мягкий паяльник нагревается в мартеновской печи или электрически. С помощью этого процесса можно отремонтировать более тонкие детали из олова, меди, латуни, алюминия и т. д., а также электронные детали, такие как телевизоры и электрические товары.

Вот несколько вопросов к вам :

РЕКЛАМА:

1. Что такое припой? Классифицировать виды мягкой пайки.

2. Каков основной состав припоя?

3. Почему перед пайкой используется флюс или кислота?

4. Электронная часть телевизора отсоединена внутри, провод. Как и какие меры вы предпримете, чтобы отремонтировать то же самое? Назовите тип припоя, который потребуется для соединения частей телевизора и жестяной кружки или ведра.

Соединение металлов: метод № 2. Пайка :

Пайка может быть определена как «Твердая пайка». Пайка – это метод соединения металлов с использованием легкоплавкого сплава, состоящего в основном из латуни, и плавления при температуре выше 600°C. Пайка обеспечивает гораздо более прочное соединение, чем мягкая пайка, но требует большего нагрева от кислородно-ацетиленового пламени. Но следует помнить, что это временный сустав. Его можно легко отделить после нагрева свариваемого бронзового металла.

В этом процессе используется цветной или легированный присадочный металл, температура плавления которого выше — около 1000°F (540°C), но ниже, чем у свариваемых металлов. Присадочный стержень из бронзы или латуни должен быть покрыт флюсом раскислителя. Эта операция называется «флюсование стержня».

Кроме того, операция лужения очень важна при сварке или пайке бронзы. Перемещая пламя вокруг начальной точки сварки, основной металл постепенно раскаляется докрасна. Лужение — это операция, при которой достигается молекулярное соединение между бронзовым присадочным металлом и основным металлом. Прочность сварного шва в основном зависит от молекулярного союза.

В современной промышленности обычно используются следующие виды пайки:

(1) Пайка горелкой;

(2) Подовая пайка;

РЕКЛАМА:

(3) Пайка в печи;

(4) Пайка сопротивлением;

(5) Индукционная пайка;

(6) Пайка погружением;

(7) Соляная ванна Пайка; и

(8) Дуговая пайка двойной углеродной дугой.

Соединение металлов: метод № 3. Флюс для пайки :

Флюс представляет собой химическое соединение или смесь раскислителей, используемых в виде порошка, пасты, жидкости, гранул и газа. Флюс, используемый в операциях пайки, полностью зависит от типа операции и используемого припоя.

РЕКЛАМА:

При нагреве металлов в контакте с воздухом кислород из оксидов вызывает некачественные низкопрочные сварные швы, а в некоторых случаях может даже сделать сварку невозможной. По этой причине обычно желательно добавлять в зону сварки флюс — вещество, способное растворять оксид.

Важно знать, что «Обычные марки малоуглеродистой стали представляют собой исключение из правил, поскольку их можно успешно сваривать без использования флюса. Причина в том, что в низкоуглеродистой стали содержится значительно больше кремния и марганца, которые действуют как раскислители и флюсы».

Ни один флюс не подходит для всех металлов. Поэтому необходимо выбирать флюс, разработанный специально для конкретного свариваемого металла. Было обнаружено, что для черных металлов бура, карбонат натрия, бикарбонат натрия и силикат натрия дают отличные результаты вместе с небольшими добавками сильнодействующих раскисляющих веществ.

Бура образует соединение с оксидом железа, в то время как карбонат является очищающим средством и способствует текучести.

Было обнаружено, что для меди и медных сплавов смеси боратов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и борной кислоты натрия и калия подходят для удаления закиси меди, что предотвращает механически небезопасные сварные швы. Флюс для алюминия состоит из щелочных фторидов, хлоридов и бисульфатов.

РЕКЛАМА:

Для магниевого сплава флюсы по составу аналогичны флюсам, применяемым для алюминия и его сплавов. Все флюсы химически активны и очень агрессивны. Поэтому очень важно удалить все следы флюса с готового шва. Остаток флюса можно удалить путем многократного восстановления сварного шва горячей водой, паром или с помощью протравочных ванн.

Назначение Flux :

Во-первых, Flux служит нескольким целям. Флюс действует как хороший изолятор и концентрирует тепло в относительно небольшой зоне сварки, тем самым улучшая сплавление сварочного стержня и расплавленного основного металла.

Во-вторых, расплавленная часть флюса плавает в виде жидкого слоя над расплавленной ванной электрода и основного металла, защищая его от атмосферы и сводя к минимуму поглощение кислорода и азота.

В-третьих, флюс очищает металл сварного шва, поглощая примеси и добавляя легирующие элементы, такие как марганец и кремний. Следовательно, металл шва чистый и имеет отличные физические свойства.

В основном существует три типа флюсов, которые используются для трех из пяти типов припоев:

Три типа флюса :

(a) Бурный флюс:

ОБЪЯВЛЕНИЙ:

Флюс

Borax используется с медно-цинковыми припоями. Он имеет температуру плавления около 750°C. Правильным типом буры для использования является плавленая бура — буровое стекло, к которому в некоторых случаях может добавляться борная кислота.

Бура обыкновенная, которая содержит около 50% по весу кристаллизационной воды, не должна использоваться, так как при нагревании порошок значительно набухает и может быть снесен из соединения силой пламени, используемого для сварки.

(б) Фтор:

Этот тип флюса используется с серебряными припоями. Температура плавления варьируется от 600°C до 750°C. Его можно приготовить в магазине для пайки, но обычно рекомендуется покупать рекомендуемый флюс у производителей того или иного запатентованного серебряного припоя.

(c) Смешанный галогенид:

Этот тип флюса используется для пайки алюминиевых сплавов. Он используется для пайки для нескольких функций; самое главное – предохранить поверхность работы от окисления при нагреве. Во-вторых, для растворения любых оксидов металлов, которые могут уже присутствовать или образоваться во время операции пайки.

РЕКЛАМА:

Флюс должен также служить для снижения поверхностного натяжения расплавленного припоя по отношению к металлу, на который он должен течь, позволяя расплавленному металлу смачивать соединяемую поверхность.

Таким образом, при использовании флюса сварка становится максимально легкой и беспроблемной. Флюсы — это химические соединения, используемые для предотвращения окисления и других нежелательных химических реакций. Они помогают облегчить процесс сварки и обеспечивают хороший и надежный шов.

Соединение металлов: метод № 4. Клепка :

Заклепки используются, когда необходимо прочно соединить два или более куска металла большого сечения. Легкие листы также могут быть соединены заклепками. Это требуется особенно в тяжелых сечениях, таких как мост, вагон, цистерна, котел и т. Д. В машиностроении заклепки обычно изготавливаются из кованого железа или мягкой стали.

Заклепка состоит в основном из трех частей — головки, двух типов заклепок:

(1) Заклепка с потайной головкой; и

(2) Заклепка с полукруглой головкой.

Процесс клепки:

Существует четыре процесса клепки: клепка;

(1) Одинарная заклепка;

(2) Двойной

(3) Цепная клепка; и

(4) Зигзагообразная заклепка.

Отверстия в пластинах либо пробиваются (тонкий лист), либо сверлятся (тяжелый профиль). Штамповка может повредить пластины, особенно если они изготовлены из твердого кованого железа. На лучших работах пластины «скрепляются» или скрепляются несколькими болтами здесь и там вдоль шва.

Таким образом, оставшиеся отверстия могут быть просверлены через обе пластины без какой-либо опасности возникновения проблем из-за несовпадения отверстий. Заусенец обычно остается после каждой операции сверления, так как заклепочное соединение может способствовать сдвигу.

После клепки, когда они остывают, заклепки имеют тенденцию стягивать пластины ближе друг к другу. Их невозможно снять, не сняв головы.

Соединение металлов: метод № 5. Сварка :

Сварка неразъемное соединение. Сварка видна повсюду — ни сварки, ни промышленности. Это промышленное искусство соединения металлов давлением после нагревания до пластичного состояния или соединения двух металлических частей плавлением или давлением с образованием прочного соединения или компактной массы.

А. Группа сварки:

В промышленности используются в основном две группы сварки:

(1) Автогенная сварка;

(2) Гетерогенная сварка.

Первый вид сварки может быть из однородных металлов; и второй тип может быть из подобных или разнородных металлов, подлежащих сварке с третьим дополнительным металлом или сплавом, который имеет более низкую температуру плавления, чем свариваемый металл. Это автогенная сварка.

B. Позиция сварки:

Сварочные позиции пяти типов:

(1) Плоская и опущенная рука или положение на земле;

(2) Наклонное положение;

(3) Горизонтальное положение;

(4) Вертикальное положение; и

(5) Верхнее положение.

C. Наклон сварного шва:

Угол, образованный линией корня шва и горизонтальной опорной пластиной.

Г. Вращение сварного шва:

Это угол, образованный между верхним положением вертикальной базовой плоскости, проходящей через линию корня шва, и частью плоскости, проходящей через корень шва, и точкой на поверхности шва, равноудаленной от обоих краев шва.

E. Параметры сварки:

Перед сваркой следует соблюдать некоторые причины действия или параметры:

(1) Классификация и размеры электродов.

(2) Ток и напряжение холостого хода.

(3) Длина проходов или проходов на электрод скорости перемещения.

(4) Количество и расположение проходов при многопроходном сварном шве.

(5) Место сварки.

(6) Подготовка и установка деталей.

(7) Последовательность сварки.

(8) Предварительный и последующий нагрев.

Соединение металлов

Существует множество различных способов соединения металлов, в этом листе перечислены наиболее часто используемые из них.

Сварка

 

Сварка предлагает постоянный метод крепления и изготовления изделий из широкого спектра материалов. Сварка — это соединение двух материалов (обычно металла) в их жидкой форме, которые затвердевают и сплавляются вместе, образуя соединение, такое же прочное, как основной металл.

В промышленности существует много способов добиться этого слияния. В школьных мастерских возможны два основных метода сварки металла:

1. кислородно-ацетиленовый
2. электрическая дуга.

Ацетиленовокислородная сварка

 

При кислородно-ацетиленовой сварке источник тепла около 3500oC создается за счет сжигания газообразного ацетилена в кислороде. Точная регулировка соотношения газов производится на ручной паяльной трубке. Избыток кислорода дает самое горячее пламя, но наибольшее распространение имеет нейтральное пламя, с равным количеством газов, это все зависит от толщины и типа свариваемого металла.

В процессе сварки образуется ванна расплавленного металла. Присадочный стержень из того же металла погружается в него и плавится, заполняя шов.


Флюсы используются с некоторыми материалами, но не со сталью.

Электродуговая сварка

При электродуговой сварке электрическая дуга низкого напряжения, но сильного тока 10–120 А зажигается между металлическим электродом и соединяемым материалом.
Электрод, так же как и проводящий ток, представляет собой присадочный стержень, покрытый флюсом.

В конце дуги выделяется очень сильное тепло, расплавляющее электрод и соединяемые металлы, образуя сварной шов.

Специальный флюс обеспечивает защиту от окисления. Это создает газовый экран, образующий расплавленный слой над сварочной ванной. При затвердевании образуется хрупкий стекловидный шлак, который легко скалывается при охлаждении.

Разная толщина металла требует разного диаметра электрода и разного тока. Этот процесс широко используется из-за его низких капитальных и эксплуатационных затрат.

Для достижения эффективного соединения необходимо удалить краску, ржавчину и любое оцинкованное покрытие. Края более толстого металла могут потребовать снятия фаски, чтобы сварной шов проникал в металлы и достигал высокой прочности.

Точечная сварка

Точечная сварка коммерчески используется для прерывистой сварки, и при длинных участках может потребоваться некоторая предварительная прихватка.

Другими видами сварки являются MIG и TIG.

 

Мягкая пайка

Мягкая пайка — это быстрый метод соединения большинства металлов, таких как медь , латунь, белая жесть и сталь. Исключением является алюминий. Этот процесс лучше всего подходит для легкого изготовления, где соединения не подвергаются нагреву и вибрации и поэтому не должны быть очень прочными.

 

Поверхности должны быть чистыми перед попыткой пайки. В процессе соединения плотно прилегающие швы необходимы, чтобы гарантировать, что капиллярное действие объединяет поверхности. Электрический паяльник очищают в горячем виде влажной губкой, а затем «лужят» тонким слоем припоя. Нагрев и припой должны подаваться вместе.

 

Пайка

Пайка — это метод, аналогичный пайке, за исключением того, что требуются значительно более высокие температуры. Припой представляет собой сплав меди и цинка (латунь) и плавится в интервале 870 – 880°С. Это приводит к гораздо более прочному соединению, поскольку латунь прочнее припоя.

Газовая горелка с обдувом воздухом необходима для поддержания горячего пламени. Это создает ограничивающий фактор, делая его слишком горячим для использования на латуни и меди, но он идеально подходит для мягкой стали.

Соединения выигрывают от блокировки, но все они должны быть закреплены проволокой или надежно закреплены, чтобы обеспечить расширение при нагреве.

 

Клепка

 

Клепка – это быстрый и удобный метод соединения двух или более кусков материала вместе в виде постоянной идеальной альтернативы промышленному применению. резьбовое крепление. Выбор заклепки зависит от ее использования.
Традиционно используемый с листовым металлом, этот метод все чаще применяется к пластику и даже к дереву.

Заклепки классифицируются по;
Длина,      Диаметр, 90 833 Материал,    Рисунок головы.

Их изготавливают из мягких легко деформируемых материалов, таких как железо, алюминий и медь.

Для обычного клепания используется набор и защелка.   На приведенной ниже диаграмме показан процесс.

 

Заклепки

Выпуклые заклепки быстрее использовать, чем обычные заклепки, и их также можно использовать, когда доступ возможен только с одной стороны, но они не обеспечивают такого прочного соединения. Они состоят из полой заклепки, закрепленной на штифте с головкой.

При применении штифт захватывается в заклепочном пистолете, а заклепка помещается в предварительно просверленное отверстие. Сжимая пистолет, вытягивает штифт.

 

 

Крепежные винты, гайки и болты

 

Крепежные винты

доступны в широком диапазоне диаметров, длин, материалов, форм головок и форм резьбы.

Болты

из высокопрочной стали механически прочные, с квадратной или шестигранной головкой, с резьбой по всей или только части длины.

Гайки

должны соответствовать болту по диаметру, размеру и форме резьбы. Они варьируются от барашковых гаек, предназначенных для легкого снятия, до специальных стопорных гаек, которые препятствуют ослаблению.

 

 

Шайбы

защищают поверхность при сильном ослаблении гаек, вызванном вибрацией.

Саморезы

подходят не только для тонколистового металла, но и для пластика. Изготовленные из закаленной стали, они нарезают собственную резьбу при ввинчивании. Для подготовки требуется отверстие с зазором и направляющее отверстие, равные диаметру сердечника винта.

 

Метчики и матрицы

Нарезание резьбы

Термин «нарезание резьбы» используется для описания нарезания внутренней резьбы .

Набор из трех метчиков, используемых последовательно, с ключом для метчиков. Конический метчик облегчает запуск, а в тонком материале сам по себе может дать полную резьбу.

Отверстие для метчика должно быть просверлено соответствующего размера, см. соответствующую таблицу (обычно на коробке метчика и матрицы). Последовательность резки включает пол-оборота по часовой стрелке, а затем четверть оборота против часовой стрелки, чтобы сломать стружку.

Резьбовое отверстие должно быть глубже, чем необходимая глубина резьбы, чтобы вместить любой мусор и скошенный конец пробки-метчика.

 

 

 

 

Нарезание резьбы

Нарезание резьбы описывает процесс нарезания наружной резьбы

34 0.

Раздельная матрица хранится на складе матриц.

Три винта фиксируют и регулируют матрицу. Он вписывается в инвентарь с четкой информацией о размере.

Снятие фаски на конце номинального стержня помогает начать нарезание резьбы.

Затягивание центрального винта открывает матрицу, обеспечивая плотную резьбу. Затягивание двух внешних винтов закроет матрицу, сделав резьбу более полной, но более свободной.

 

Источник: http://smartdestech.weebly.com/uploads/1/2/1/9/121

/joining_metal.doc

Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не согласны с поделитесь своими знаниями для обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в законе об авторском праве США), пожалуйста, отправьте нам электронное письмо, и мы быстро удалим ваш текст. Добросовестное использование — это ограничение и исключение исключительного права, предоставленного авторским правом автору творческого произведения. В законе США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, новостные репортажи, исследования, обучение, библиотечное архивирование и стипендию. Он предусматривает законное нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работу другого автора в соответствии с четырехфакторным тестом баланса. (источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)

Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, имеет общий характер и цель, которая является чисто информативной и по этой причине ни в коем случае не может заменить совет врача или квалифицированного лица на законных основаниях профессия.

Тексты являются собственностью их соответствующих авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться своими текстами со студентами, преподавателями и пользователями Интернета, которые будут использоваться только в иллюстративных образовательных и научных целях.

Соединение металла с металлом без сварки: 2 лучших варианта

Эта статья была написана

Томасом Бесли

Соединение металлов никогда не бывает легкой задачей. Сварка была традиционным методом соединения в течение последних десяти лет или около того, потому что она прочная, очень прочная.

Но, возможно, у вас проблемы со сваркой. Или, может быть, вы изо всех сил пытаетесь найти высококвалифицированных сварщиков. В любом случае, вы ищете альтернативный метод соединения металла с металлом.

Мы в Forgeway специализируемся на клеях. Мы помогаем людям понять, что они могут и чего не могут делать с клеем.

Мы регулярно отвечаем на вопрос об альтернативных методах соединения сварке.

Есть несколько вариантов. Клеи — это одно из решений, о котором мы поговорим в этой статье. Но не волнуйтесь, цель статьи не в том, чтобы продать вам наш клей.

К концу статьи мы хотим, чтобы вы поняли, какие существуют альтернативы сварке. В этой статье мы обсудим альтернативы, чтобы вы могли решить, какой метод соединения лучше всего соответствует вашим потребностям.

Почему сварка является популярным методом соединения металла с металлом

Начнем с пояснения, что можно также сваривать пластмассы, но эта статья посвящена сварке металла с металлом.

Существует несколько различных видов сварки. Тремя наиболее распространенными являются сварка MIG, TIG и Stick. Это все различные виды дуговой сварки. Я объясню, почему они так популярны, не вдаваясь в подробности.

Слева направо – сварка MIG, сварка TIG и сварка электродом

Все они относительно недорогие, но при этом обеспечивают очень прочные и чрезвычайно прочные соединения.

Нельзя недооценивать прочность сварного шва. Как правило, 1-дюймовый сварной шов выдерживает усилие до 1 тонны . Это один из самых надежных способов соединения.

Сила в сочетании со скоростью, с которой он достигает предела управляемости, делает его легким делом.

А вот со сваркой есть проблемы. На самом деле, вы, вероятно, испытываете их в настоящее время, поэтому вы читаете эту статью. Мы обсудим их далее.

Почему сварка не всегда лучший метод соединения?

Наиболее важной проблемой использования сварки в качестве метода соединения является нехватка ресурсов. Да, у сварки есть и другие недостатки, но самой большой проблемой является поиск достаточно подготовленных сварщиков и сварочных материалов.

Серьезная нехватка высококвалифицированных сварщиков. Мы могли бы запутаться в причинах дефицита, но эта статья не об этом.

В конце концов, если вы можете найти высококвалифицированного сварщика, используйте его по максимуму.

Даже если вам удастся найти высококвалифицированного сварщика, вам все равно следует знать о некоторых вещах.

Недавно в законодательство были внесены изменения, касающиеся требований к вентиляции при сварке в помещении.

Таким образом, дым от сварки может быть вредным. HSE ввел эти правила, чтобы попытаться защитить рабочих от этих паров.

В большинстве случаев производители устанавливают системы местной вытяжной вентиляции (LEV), если хотят соответствовать этим требованиям.

Однако не все хотят устанавливать эти LEV, поскольку это дорогостоящий и трудоемкий процесс. Эти LEV также не всегда могут соответствовать требованиям законодательства.

Меняющиеся правила и серьезная нехватка высококвалифицированных рабочих являются большими проблемами. Они являются основной причиной перехода к другим методам соединения металлов.

Однако у сварки есть и другие недостатки. Сварка не может соединять разнородные материалы и создает много тепла. На самом деле столько тепла, что металл может изуродовать, если сварить неправильно.

Глобальная нехватка также повлияла на сварочное оборудование, что означает нехватку сварочных наконечников.

Какие существуют альтернативные методы соединения металла с металлом?

Существует два альтернативных метода сварки; механические застежки и клеи .

Их часто сравнивают друг с другом. На самом деле, мы написали статью, в которой обсуждалось, какой метод присоединения является лучшим вариантом (спойлер, ответ был «это зависит»).

Это может показаться предвзятым со стороны специалиста по клеям, но если кто-то знает недостатки клеев, а также их преимущества; это мы.

Эта тема связана с историей. Мы можем видеть тенденции использования этих методов склеивания в промышленных масштабах на протяжении многих лет.

В частности, в обрабатывающей промышленности механические застежки были самым популярным методом соединения. Так продолжалось до конца 1900-х годов, пока не стала популярной одна конкретная механическая застежка; Заклепки.

Их популярность продолжала расти, пока примерно в 2010 году преимущества сварки не стали более широко признаваться.

Сварка стала более популярным методом, чем сегодня. Пока металлы не были разнородными, для их соединения обычно всегда использовалась сварка.

В настоящее время, кажется, есть еще одна смена. Трудности со сваркой, о которых говорилось выше, заставляют обрабатывающую промышленность искать в другом месте. Они либо возвращаются к использованию механических застежек, либо пробуют клеи (если не использовали их раньше).

Механические застежки Болты — это разновидность механических застежек

Механические застежки — это метод, который, как известно большинству, будет работать, поскольку они, вероятно, использовали их раньше.

Механические крепления хороши тем, что:

• они требуют минимальной подготовки поверхности
• они почти так же быстры, как сварка, так как не требуют времени отверждения
• это единственный способ соединения, который легко обратим

Механические крепления не так хороши, потому что:

• они склонны к точечной нагрузке, что может привести к поломке крепления
• они создают мусор или стружку
• они являются более дорогостоящим вариантом, чем два других метода

Таким образом, механические застежки могут выполнять свою работу. Обрабатывающая промышленность использовала их в течение многих лет, прежде чем они стали использовать сварку, поэтому они будут работать, но они не идеальны. Сварка обогнала их использование по уважительной причине.

Клеи

Не все раньше использовали клеи. В частности, в обрабатывающей промышленности. Даже если клеи значительно лучше, чем существующий метод, процесс изменения всегда пугает.

Изменение способа соединения никогда не бывает легкой задачей, мы это понимаем.

Однако популярность клеев растет, потому что:

• они являются самым дешевым из трех методов соединения
• они являются наиболее эффективным методом соединения новых, более совершенных материалов, таких как углеродное волокно, композиты и стекло -армированный пластик (GRP).
• они могут быть такими же прочными, как и сварка в подходящей ситуации

Клеи могут быть не такими хорошими, потому что:

• они обычно требуют большей подготовки поверхности, чем другие методы
• время отверждения
• они требуют знаний о том, как их использовать, хотя и не такие обширные, как сварка

Итак, вы знаете, что механические крепежные детали будут работать для соединения металла. Вы также знаете, что клеи могут обеспечить такое же прочное соединение, как и сварка.

Если вы хотите изучить дебаты «Механические крепежные детали и клеи », загрузите наш контрольный список, который поможет вам определить лучший вариант для вас.

Если клей кажется хорошей альтернативой сварке, и вы хотите быть уверены, что используете правильный клей для вашего металла, продолжайте читать.

Можно ли использовать клей вместо сварки для соединения металла с металлом?

Да, для соединения металла с металлом вместо сварки можно использовать клей. Клеи могут обеспечить столь же прочное соединение, как и сварка. Хотя есть, конечно, оговорки.

Если вам требуется надежное и долговечное соединение (конечно, вам нужно), вам необходимо рассмотреть конструкцию соединения.

Традиционный сварной шов всегда обеспечивает более высокую прочность на квадратный миллиметр, чем клей.

Это может означать несколько вещей, если вы хотите использовать клей вместо сварки. Тем не менее, главное, что вам нужно сделать, это убедиться, что площадь поверхности соединения достаточна для эффективного сцепления клея.

Некоторые могут знать, что это толщина линии склеивания, но если вы еще не знали, то теперь знаете. Обычно мы рекомендуем толщину линии склеивания 1-2 мм.

Некоторые соединения не обеспечивают достаточную площадь поверхности для эффективного склеивания клеями. В этих случаях вам понадобится структурная поддержка соединения, чтобы достичь той же прочности, что и клеи.

Таким образом, в конечном счете, да, вы можете использовать клей вместо сварки. Но вам нужно будет принять во внимание эти соображения, чтобы обеспечить достаточную прочность соединения.

Если вас беспокоит прочность клея, не рискуйте. Свяжитесь с поставщиком или обратитесь к специалисту, который поможет вам определить, как следует использовать клей.

Какой способ присоединения мне подходит?

Ответ на этот вопрос во многом зависит от того, что вы ищете в суставе. Мы понимаем, что у вас могут возникнуть проблемы со сваркой, и мы, вероятно, догадываемся, почему.

Так что, если вы ищете альтернативное решение для соединения металла с металлом, не беспокойтесь. Существуют и другие варианты соединения, помимо сварки.

Поскольку мы в Forgeway являемся специалистами по клеям, мы можем рассказать вам, что можно и что нельзя делать с клеем.

Тем не менее, , если вы можете найти высококвалифицированного сварщика, у вас есть необходимая экстракция и вам нужен надежный метод соединения, которому вы можете доверять; сварка — лучший вариант для вас.

Если нет, вы можете использовать механические крепления или клеи.

Механические застежки обеспечат быстрый и простой метод соединения, который при необходимости легко снять. Но они могут быть недостаточно прочными и, вероятно, со временем ослабнут.

Клеи предлагают легкий и дешевый метод соединения металла с металлом. Они также значительно безопаснее, чем сварка. Но их может быть трудно применить, и может потребоваться структурная поддержка.

Ваша ситуация, вероятно, отличается, и вам может понадобиться помощь эксперта для оценки вашей конкретной ситуации.

No related posts.