Звичайно, у довідниках завжди можна знайти детальні їхні характеристики, але для розуміння загальних зв'язків між ними корисно хоч побіжно розглянути залежність між властивостями елементів та їхніми фундаментальними характеристиками.

Фундаментальною і точною характеристикою будь-якого матеріалу є його атомний склад і будова міжатомного зв'язку, що зумовлюються місцем елемента в Періодичній системі. На рис. 44 наведено фрагмент таблиці Періодичної системи хімічних елементів у її так званому "довгому" варіанті (періоди розміщені в одну лінію від елементів першої групи до інертних газів) з елементами, які є компонентами сплавів конструкційних металів. Неважко помітити, що метали з лівої частини таблиці є переважно представниками s-елементів (Li—2s1, Be—2s2, Mg3—s2), і лише алюміній має триелектронну конфігурацію (3s2p1) зовнішнього (валентного) електронного шару.

Уся ця група металів — це легкі, низькоплавкі (виняток — Ве), корозійно нестійкі метали. Температура їх плавлення, стійкість проти корозії і щільність збільшуються зліва направо, що зумовлено збільшенням кількості валентних електронів від одного s1 (Li) до трьох s2p1 (Al), отже міцністю міжатомного зв'язку. У центрі таблиці — дев'ять металів IV, V і VI груп 4, 5, 6 періодів, які є представниками так званих перехідних d-елементів (d-металів).

Зовнішня (валентна) електронна конфігурація в металах представлена d і s-електронами. Як і в групі s-металів (ліворуч), так і в дев'ятці d-металів можна легко виявити закономірність підвищення температури плавлення і густини зі збільшенням кількості електронів у зовнішній (валентній) конфігурації від Ті (3d 24s2) до Cr (3d 54s1), від Zr (4d 25s2) до Мо (4d 55s1) і від Нf (5d 26s2) до W (5d 46s2). Така сама закономірність спостерігається в групах згори донизу від елементів 4-го до 6-го періодів.

Отже, знаючи цю закономірність, достатньо запам'ятати, в якого металу найбільші числові значення характеристик (температура плавлення і щільність) і в якого — найменші, щоб орієнтовно оцінити ці характеристики в інших металів дев'ятки. Такими металами відповідно будуть титан і вольфрам. Наприклад, температура плавлення титану tпл = 1670С, а вольфраму tпл = 3380С. Для ніобію, який розміщено між ними в V групі 5-го періоду, температуру визначимо (приблизно) як середню арифметичну

Насправді температура плавлення ніобію 2400С (розбіжність лише 5 %). Хоча не в кожному випадку числові значення, отримані в такий спосіб, матимуть достатню точність, але послідовність у ряду збільшення (чи зменшення) таких характеристик є цілком вірогідною.

Вода й повітря у промисловості

Особливу роль у природних і технологічних процесах відіграють вода й повітря. Понад 85 % води, яка застосовується в промисловості, витрачається в процесах охолодження і нагрівання матеріальних потоків. Це пояснюється унікальними властивостями води: високою теплоємністю і ентальпією випаровування. Так, нагадаємо (табл. 16), що для підігрівання 1 kg води на один градус потрібно витратити 4,2 kJ(1 kkal), а для її випаровування — 2,26 MJ(539 kkal). За зворотних процесів — конденсації пари й охолодження води — буде виділятися така сама кількість теплоти. Під час випаровування кожна тонна води поглинає 2,26 GJ, що еквівалентно енергії, яка виділяється під час згоряння понад 100 kgвугілля.

У сучасних теплових і атомних електростанціях теплоносієм від джерела виділення теплоти (парового котла чи ядерного реактора) до турбоелектрогенератора є вода. Вода й водяна пара за допомогою теплообмінників нагрівають чи охолоджують технологічні середовища в багатьох промислових процесах. Близько 25 % води в промисловості застосовується для очищення технологічних газів, гідротранспортування подрібненої сировини, вугілля, а також як розчинник і мийний засіб. У низці хімічних, електрохімічних, біохімічних процесів вода застосовується як основний реагент чи сировина.

Важливе значення для ефективного використання води у промисловості має її якість. Оскільки вода — добрий розчинник, вона рідко трапляється в природі в чистому (як речовина) стані. Для промисловості важливою характеристикою якості води є кількість і хімічний склад розчинених у ній солей. Природна вода, що містить солі кальцію і магнію (карбонати, сульфати, хлориди), називається твердою водою (табл. 23), а вода, де таких солей немає або їх дуже мало — м'якою.

Таблиця 23

Хімічний склад природних вод

Найбільш небажаними солями у воді, яка застосовується в енергетиці та різних мийних системах, є карбонатні солі кальцію і магнію. Нормальні карбонатні солі CaCO3, MgCO3, які досить поширені в земній корі, у воді майже нерозчинні, але якщо вода містить діоксид вуглецю (СО2), то карбонати кальцію і магнію можуть переходити в розчин у вигляді кислих солей — гідрокарбонатів Сa(HCO3)2 і Mg(HCO3)2. Природна вода завжди розчиняє з повітря певну кількість діоксиду вуглецю, невелику, але достатню, щоб утворилися гідрокарбонатні розчинні солі кальцію і магнію. Відомо, що за нагрівання води, а тим більше за її кип'ятіння, розчинені в ній гази випаровуються, а солі випадають в осад, утворюючи "накип", що знижує ефективність роботи технологічного устаткування. Тверда вода потребує обов'язкової спеціальної обробки, щоб звільнити її від карбонатів кальцію і магнію. Характеристику питної води подано в табл. 24.

• <<
Перша Попередня 1 2 3 Наступна Остання
• >>