Химические свойства металлов контрольная работа: Проверочная работа «Химические свойства металлов и их получение» 9 класс скачать

Цель: Изучить химические свойства металлов 1 группы в их реакциях с хлором и бромом.
Постановка задачи: Как металлы группы 1 реагируют с хлором и бромом?
Гипотеза: При понижении группы 1 щелочные металлы становятся более активными в своих реакциях с хлором или бромом.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: различные типы щелочных металлов
(b) Реагирующая переменная: реакционная способность щелочных металлов
(c) Контролируемые переменные: хлор и бром, размер щелочных металлов
Оперативное определение: An Щелочной металл, который более энергично и быстро реагирует с газообразным хлором или бромом, является более химически активным металлом.
Материалы: Небольшие кусочки лития, натрия и калия, фильтровальная бумага, три газовых баллона, заполненных газообразным хлором, и три газовых баллона, заполненных парами брома.
Аппарат: горелка Бунзена, щипцы, ложка для газового баллона и небольшой нож.
Меры безопасности:
Газообразный хлор и пары брома ядовиты. При работе с этими галогенами надевайте перчатки и защитные очки.
Процедура:

1. Небольшой кусочек лития вырезается ножом.
2. Масло с поверхности лития удаляют, раскатывая его по куску фильтровальной бумаги.
3. Затем литий нагревают в газовой ложке до тех пор, пока он не начнет гореть.
4. Ложка для газового баллона с горящим литием затем быстро опускается в газовый баллон, наполненный газообразным хлором, как показано на рисунке.
   
5. Происходящие изменения записываются.
6. Шаги с 1 по 5 повторяются с использованием натрия и калия соответственно для замены лития.
7. Шаги с 1 по 6 повторяются с использованием паров брома для замены газообразного хлора.

Наблюдения:

Обсуждение:

1. Литий, натрий и калий проявляют сходных химических свойств в своих реакциях с газообразным хлором или парами брома. Это потому, что все эти щелочные металлы имеют один валентный электрон.
2. Из яркости пламени и скорости горения можно сделать вывод, что реакционная способность щелочных металлов в их реакциях с хлором или бромом увеличивается на при переходе литий → натрий → калий.
3. Все щелочные металлы реагируют с газообразным хлором при нагревании с образованием белых твердых хлоридов металлов.
   
4. Щелочные металлы реагируют с парами броррина при нагревании с образованием белых твердых бромидов металлов.
   

Заключение:
Щелочные металлы проявляют сходные химические свойства в их реакциях с газообразным хлором или парами брома. Реакционная способность щелочных металлов увеличивается на вниз по группе 1.Следовательно, предложенная гипотеза может быть принята.

металлоконструкций

Точки плавления и кипения

Металлы имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения из-за прочности металлической связи. Прочность связи варьируется от металла к металлу и зависит от числа электронов, которые каждый атом делокализует в море электронов, и от упаковки.

Металлы группы 1, такие как натрий и калий, имеют относительно низкие температуры плавления и кипения, главным образом потому, что у каждого атома есть только один электрон, вносящий вклад в связь — но есть и другие проблемы:

• Элементы группы 1 также неэффективно упакованы (с 8 координатами), поэтому они не образуют столько связей, сколько большинство металлов.

• У них относительно большие атомы (это означает, что ядра находятся на некотором расстоянии от делокализованных электронов), что также ослабляет связь.

Электропроводность

Металлы проводят электричество. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по структуре в трех измерениях. Они могут пересекать границы зерен. Даже если узор может быть нарушен на границе, пока атомы соприкасаются друг с другом, металлическая связь все еще присутствует.

Жидкие металлы также проводят электричество, показывая, что, хотя атомы металла могут свободно перемещаться, делокализация остается в силе до тех пор, пока металл не закипит.

Теплопроводность

Металлы — хорошие проводники тепла. Тепловая энергия улавливается электронами в качестве дополнительной кинетической энергии (это заставляет их двигаться быстрее). Энергия передается по всему остальному металлу движущимися электронами.

Прочность и работоспособность

Ковкость и пластичность

Металлы описываются как ковкий (можно разбивать на листы) и пластичный (можно вытягивать на проволоку).Это происходит из-за способности атомов перемещаться друг по другу в новые позиции без разрыва металлической связи.

Если приложить небольшое напряжение к металлу, слои атомов начнут катиться друг по другу. Если напряжение снова будет снято, они вернутся в исходное положение. В этих условиях металл считается эластичным.

Если приложить большее напряжение, атомы перекатываются друг на друга в новое положение, и металл навсегда изменяется.

Твердость металлов

Этому перекатыванию слоев атомов друг на друга препятствуют границы зерен, потому что ряды атомов не выстраиваются должным образом. Отсюда следует, что чем больше имеется границ зерен (чем меньше отдельные кристаллические зерна), тем тверже становится металл.

В противоположность этому, поскольку границы зерен — это области, где атомы не находятся в таком хорошем контакте друг с другом, металлы имеют тенденцию к разрушению на границах зерен.Увеличение количества границ зерен не только делает металл тверже, но и делает его более хрупким.

Контроль размера кристаллических зерен

Если у вас чистый кусок металла, вы можете контролировать размер зерен с помощью термической обработки или обработки металла.

При нагревании металла атомы встряхиваются в более правильное расположение — уменьшается количество границ зерен и, таким образом, металл становится мягче.Если стучать по металлу в холодную погоду, образуется много мелких зерен. Таким образом, холодная обработка делает металл более твердым. Чтобы восстановить его работоспособность, вам необходимо повторно нагреть его.

Вы также можете нарушить регулярное расположение атомов, вставив в структуру атомы немного другого размера. Сплавы , такие как латунь (смесь меди и цинка), тверже, чем исходные металлы, поскольку неоднородность структуры помогает предотвратить скольжение рядов атомов друг по другу.

Основная концепция: возрождение жидких металлов указывает на носимые устройства, мягких роботов и новые материалы

Когда инженер-химик Майкл Дики рассказывает о своих исследованиях жидких металлов, он знает, чего ожидать. «Люди обычно говорят« Меркурий »или« Терминатор », — говорит он, имея в виду изменяющего форму робота-убийцу из фильма 1992 года Терминатор 2: Судный день . По его словам, даже многие исследователи не знакомы с уникальными свойствами и потенциальным применением этих необычных материалов, которые проводят тепло и электричество, как любой другой металл, но при этом являются жидкостями, близкими к комнатной температуре.

Все большее число исследовательских групп работают с жидкими металлами, надеясь использовать свой потенциал для создания новых материалов, новых катализаторов и, возможно, новых способов улавливания диоксида углерода. Переиздано с разрешения Королевского химического общества, из исх. 14; разрешение передано через Copyright Clearance Center, Inc.

Это незнание меняется. По его словам, за последние несколько лет жидкие металлы стали возрождаться среди исследователей — отчасти благодаря растущему интересу к носимым устройствам и мягкой робототехнике.Эти технологии требуют новых видов электроники, которая сгибается и растягивается.

Жидкие металлы также обладают огромным потенциалом в качестве путей к новым материалам и катализаторам, которые могут запустить полезные химические реакции во многих отраслях и сферах применения. Металлы могут даже помочь улавливать и преобразовывать углекислый газ, предлагая еще одну технологию для борьбы с изменением климата. Менее десяти лет назад всего несколько групп по всему миру работали с жидкими металлами, отмечает Курош Калантар-Заде, инженер-химик из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия.«Теперь он взрывается».

Больше, чем Меркурий

Инженер-механик Кармел Маджиди из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания, говорит, что развитие технологий на основе жидких металлов сдерживается опасениями по поводу утечек и ненадежности. Но стремление к созданию более безопасных роботов без деталей из тяжелых металлов и устройств, которые можно носить на одежде, коже или даже внутри тела, делает текучие свойства жидкости большим преимуществом.

Хотя ртуть тысячелетиями использовалась в медицине, пигментах и, конечно же, термометрах, большинство исследований жидких металлов в настоящее время сосредоточено на галлии, который, в отличие от ртути, нетоксичен.Галлий также плавится при температуре всего 30 ° C; смешивание других элементов, таких как олово или индий, позволяет получить полезные сплавы галлия с еще более низкими температурами плавления.

Жидкие металлы также обладают высокой реакционной способностью, что делает их особенно полезными для инженеров-химиков. Сплавы галлия имеют незначительное давление пара, поэтому они не испаряются и их нельзя вдыхать. И они имеют одно из самых больших поверхностных натяжений среди всех жидкостей при комнатной температуре, что заставляет их рассыпаться в шарики.

Чтобы использовать жидкий металл для мягкой и гибкой электроники, исследователи должны контролировать форму и движение жидкости.Ранее в этом году, например, группа из Китая продемонстрировала, что магнитные поля могут управлять жидкометаллической каплей сплава галлий-индий-олово — феномен, имеющий жуткое сходство с T-1000 в Terminator 2 (1).

А Дики, который работает в Университете штата Северная Каролина в Роли, использует одно особое свойство для управления этими материалами: оксидную пленку жидкого металла. Как и все металлы, жидкие металлы окисляются под воздействием кислорода; это создает вокруг жидкого внутреннего пространства оксидную пленку нанометровой толщины.«Это позволяет вам управлять жидкостью способами, которые обычно невозможны с обычной жидкостью, такой как вода», — говорит он. Поскольку жидкость заключена в эту гибкую пленку, она не разливается и не размазывается в виде аморфной лужи. Вместо этого он сохраняет свою форму даже при растяжении, изгибе, растекании, как краска, впрыскивании через микрожидкостные каналы (2) или печати на трехмерном принтере (3).

Этот скин может вызывать любопытное поведение. Его лаборатория обнаружила, что, когда капля сплава галлия и индия находится в сильном растворе щелочи, приложение напряжения вызывает образование кожи вокруг капли.Кожа действует как одно из самых эффективных в мире поверхностно-активных веществ — химических веществ, которые изменяют поверхностное натяжение капли, — превращая ее сферическую форму во фрактальный узор, похожий на снежинку (4).

Исследователи до сих пор не уверены, что вызывает эту драматическую трансформацию. «Я не знаю, насколько эта работа практична, как и другие, но просто с точки зрения крутого фактора я думаю, что она довольно замечательна», — говорит Дики. «Это такие вещи, которые я показываю людям, и их челюсти ударяются об пол».

Но он и его коллеги продемонстрировали и более практическое применение.Заключив сплавы галлия в гибкий пластик, они создали деформируемую и настраиваемую антенну (5). И, сформировав тонкие трубки из жидкого металла, окруженные оксидной пленкой, они создали провода, которые могут растягиваться до 10 раз своей исходной длины (6). Провода самовосстанавливаются: при разрыве они просто сливаются вместе.

«Это такие вещи, которые я показываю людям, когда их челюсти ударяются об пол».

— Майкл Дики

Поместив наночастицы галлия-индия — жидкость, заключенную в их оксидные оболочки — между резиновыми листами, команда Дики создала гибкую печатную плату (7).При нажатии на плату вокруг наночастиц появляется оксидная оболочка, из которой выплескивается жидкий металл, который сливается с образованием проводящей проволоки. Используя ручку для разрушения наночастиц, исследователи могут вручную нарисовать работающую схему.

Тот же принцип можно использовать для рисования или печати на любых поверхностях. Подобно трафаретной печати футболки, Мартин Туо, химик-материаловед из Университета штата Айова в Эймсе, использовал наночастицы сплава висмута, индия и олова, называемого металлом Филда, для печати схем на лепестках роз и желатине. для тканей человека (8).

Сейчас он пытается напечатать схемы на нейронах — шаг к более совершенным электродам, имплантированным в мозг для лечения расстройств, включая болезнь Паркинсона и обсессивно-компульсивное расстройство. Электроды из жидкого металла могли лучше соответствовать форме мозга, создавая более надежный контакт. По словам Туо, их также будет проще и безопаснее имплантировать. С помощью минимально инвазивной процедуры жидкий металл можно было доставить и удалить через небольшой разрез.

Заключив сплавы галлия в гибкий пластик, исследователи создали деформируемую и настраиваемую антенну.Изображение предоставлено: Майкл Дики (Государственный университет Северной Каролины, Роли, Северная Каролина).

Metal Muscles

Жидкие металлы могут даже наделить мягкого робота чувством осязания. Совсем недавно Дики встроил жидкометаллическую схему в эластичный силиконовый материал, который меняет цвет при нагревании. При нажатии на материал проволока деформируется и изменяется ее электрическое сопротивление; ток нагреет материал и изменит его цвет. Более сильное нажатие может, в зависимости от конструкции схемы, изменить ее снова.«Если прикоснуться к нему в одну сторону, он сделает одно», — говорит Дики. «Если вы прикоснетесь к нему другим способом, он сделает что-то еще».

Это, по его словам, демонстрирует элементарную логику на мягком материале без компьютерного чипа, чтобы сообщить материалу, что делать — подобно тому, как кожа осьминога, заполненная нервом, трансформируется и маскируется в ответ на окружающую среду без каких-либо прямых команд из его мозга. . Этот метод может позволить мягкому роботу коснуться или схватить объект и отреагировать в соответствии с его твердостью или формой (9).

Но мягким роботам помимо сенсоров нужны исполнительные механизмы и, возможно, даже какие-то искусственные мышцы. Это создает проблему: большинство эластичных, эластичных материалов не проводят тепло или электричество.

Добавление крошечных капель жидких металлов, как показал Маджиди, предлагает решение. Используя блендер, он перемешивает галлий-индиевый сплав с выбранным полимером в жидкой форме, который затем охлаждается и застывает, создавая металлические капли (аналогичные нейронам), взвешенные в эластичном материале.При сильном нажатии на резину капли разрываются, и они сливаются в плотную металлическую сеть, которая по сути имитирует нервную ткань. «Эти проводящие пути были бы настолько плотными, что напоминали бы нервную ткань, в которой весь материал внезапно стал бы проводящим», — говорит Маджиди. Сеть из жидкого металла может самопроизвольно образовываться вокруг любых трещин или отверстий в резине для поддержания проводимости.

Маджиди недавно использовал эту технику для создания искусственной мускулатуры из жидкокристаллического эластомера, эластичного материала, который может самопроизвольно деформироваться и сохранять свою форму, но при нагревании возвращается к своей исходной форме.Путем вливания в эластомер жидкого металла исследователи могли использовать электричество для преобразования материала по мере необходимости (10).

Теплопроводность жидких металлов также может оказаться полезной. Смешивая жидкие металлы с резиной, Маджиди создал рассеивающий тепло материал, который может втискиваться в укромные уголки электроники и машин, чтобы сохранять их прохладными (11). Маджиди уже обнаружил коммерческий интерес к технологиям в области электроники, полупроводников, автомобилестроения и здравоохранения.В прошлом году его лаборатория получила грант НАСА на разработку версии материала, пригодного для использования в космосе.

Когда напряжение прикладывается к жидкому галлиевому сплаву в щелочном растворе, жидкость образует фрактальный узор. Изображение предоставлено: Миньюнг Сонг (Государственный университет Северной Каролины, Роли, Северная Каролина).

New Paradigm

Возможно, самое большое влияние жидкие металлы будут в качестве среды для химических реакций. В отличие от твердых тел, жидкости могут способствовать реакциям под поверхностью, где можно использовать море ионов и электронов — намного больше, чем в стандартном водном растворе.

Исследователи, например, могут создать жидкий металл для разрушения органических молекул или создания новых соединений и металлов — и все это при комнатной температуре, что делает процесс дешевым и простым. Например, когда исследователи перенасыщают металл жидким металлом, они вступают в реакцию и кристаллизуются в новый материал, подобно тому, как сахар кристаллизуется в сиропе. «По сути, это новая парадигма химических реакций для химической промышленности», — говорит Калантар-Заде.

В прошлом году он и его коллеги продемонстрировали недорогой способ сделать фильтр для воды, добавив алюминий к галлий-индиевому сплаву.Алюминий поднимается на поверхность, где окисляется, образуя гладкий лист оксида алюминия. Этот оксидный лист является пористым и пропускает молекулы воды, в то время как любые растворенные ионы свинца или других тяжелых металлов адсорбируются на оксиде (12).

Такой подход может даже предложить низкоэнергетический способ уменьшения атмосферного углерода и помочь смягчить последствия изменения климата. Ранее в этом году Калантар-Заде, Дики и другие опубликовали подробности метода, в котором для разложения диоксида углерода используется технология жидких металлов.Добавив церий в жидкий галлий-индиевый сплав, они создали катализатор, который превращает диоксид углерода в твердые углеродные продукты, которые можно использовать или хранить вдали (13). По словам Калантар-Заде, этот процесс работает при комнатной температуре и требует меньше энергии, чем любой существующий метод. Некоторые другие методы также могут быть недорогими, но способ хранения углекислого газа может быть непрактичным и дорогостоящим.

В неопубликованной работе , исследователи показали, что, создавая крошечные капли жидкометаллического катализатора, они могут увеличить доступную площадь поверхности и использовать этот процесс для эффективного преобразования больших количеств диоксида углерода.Это, по сути, расширяет масштабы технологии для реального использования и дает полезные материалы в качестве побочных продуктов, включая оксид графена, который находит множество применений в электронике.

Они предусматривают такие катализаторы, встроенные в выхлопные системы автомобилей или заводов. Как только отрасли осознают, что этот метод может быть дешевым и простым, говорит Калантар-Заде, его использование, надеюсь, станет обычным явлением.

Независимо от области применения, технологии жидких металлов, как правило, выходят на рынок как минимум через несколько лет, и необходимо решать не только технические проблемы.Хотя фундаментальные исследования процветают, промышленность еще не полностью охватила жидкие металлы, и Дики все еще пытается распространить информацию о том, что эти материалы не только интересны, но и потенциально полезны. «Одна из проблем, — говорит он, — это просто осознание и восприятие».

Что такое химия? | Живая наука

Вы можете думать о химии только в контексте лабораторных тестов, пищевых добавок или опасных веществ, но область химии включает в себя все, что нас окружает.

«Все, что вы слышите, видите, запах, вкус и прикосновение, связано с химией и химическими веществами (материей)», согласно Американскому химическому обществу (ACS), некоммерческой научной организации по развитию химии, учрежденной Соединенным Королевством. .С. Конгресс. «А слух, видение, дегустация и прикосновение — все это связано с запутанной серией химических реакций и взаимодействий в вашем теле».

Итак, даже если вы не работаете химиком, вы занимаетесь химией или чем-то, что связано с химией, практически всем, чем вы занимаетесь. В повседневной жизни вы занимаетесь химией, когда готовите, когда используете чистящие средства, чтобы вытереть стол, когда принимаете лекарства или разбавляете концентрированный сок, чтобы вкус не был таким интенсивным.

Связанный: Ух ты! Огромный взрыв сахарной ваты в детской химической лаборатории

Согласно ACS, химия — это исследование материи, определяемой как все, что имеет массу и занимает место, а также изменения, которые может претерпеть материя, когда она подвергается различным воздействиям. среды и условия.Химия стремится понять не только свойства материи, такие как масса или состав химического элемента, но также то, как и почему материя претерпевает определенные изменения — преобразовалось ли что-то из-за того, что оно соединилось с другим веществом, замерзло, потому что оно было оставлено на две недели в морозильник или изменил цвет из-за слишком большого количества солнечного света.

Основы химии

Причина, по которой химия затрагивает все, что мы делаем, заключается в том, что почти все, что существует, можно разбить на химические строительные блоки.

Основными строительными блоками в химии являются химические элементы, которые представляют собой вещества, состоящие из одного атома. Каждое химическое вещество уникально, состоит из определенного количества протонов, нейтронов и электронов и идентифицируется по названию и химическому символу, например «C» для углерода. Элементы, которые ученые обнаружили на данный момент, перечислены в периодической таблице элементов и включают как элементы, встречающиеся в природе, такие как углерод, водород и кислород, так и созданные человеком, например Лоуренсий.

Связанный: Как элементы сгруппированы в периодической таблице?

Химические элементы могут связываться вместе, образуя химические соединения, которые представляют собой вещества, состоящие из нескольких элементов, таких как диоксид углерода (который состоит из одного атома углерода, соединенного с двумя атомами кислорода), или нескольких атомов одного элемента, как газообразный кислород (который состоит из двух атомов кислорода, соединенных вместе). Эти химические соединения могут затем связываться с другими соединениями или элементами, образуя бесчисленное множество других веществ и материалов.

Химия — это физическая наука

Химия обычно считается физической наукой в ​​соответствии с определением Британской энциклопедии, потому что изучение химии не связано с живыми существами. Большая часть химии, связанной с исследованиями и разработками, такими как создание новых продуктов и материалов для клиентов, относится к этой сфере.

Но, по мнению Биохимического общества, различия как физическая наука становятся немного размытыми в случае биохимии, которая исследует химию живых существ.Химические вещества и химические процессы, изучаемые биохимиками, технически не считаются «живыми», но их понимание важно для понимания того, как устроена жизнь.

Пять основных разделов химии

Согласно онлайн-учебнику химии, опубликованному LibreText, химия традиционно делится на пять основных разделов.Существуют также более специализированные области, такие как пищевая химия, химия окружающей среды и ядерная химия, но в этом разделе основное внимание уделяется пяти основным субдисциплинам химии.

Аналитическая химия включает в себя анализ химикатов и включает качественные методы, такие как изучение изменения цвета, а также количественные методы, такие как изучение точной длины волны света, которую поглощает химическое вещество, что приводит к изменению цвета.

Эти методы позволяют ученым охарактеризовать множество различных свойств химических веществ и могут принести пользу обществу разными способами.Например, аналитическая химия помогает пищевым компаниям делать замороженные обеды вкуснее, обнаруживая, как химические вещества в продуктах питания меняются с течением времени. Аналитическая химия также используется для мониторинга состояния окружающей среды, например, путем измерения химических веществ в воде или почве.

Биохимия , как упоминалось выше, использует химические методы, чтобы понять, как биологические системы работают на химическом уровне. Благодаря биохимии исследователи смогли составить карту генома человека, понять, что различные белки делают в организме, и разработать лекарства от многих болезней.

Связано: Раскрытие генома человека: 6 молекулярных вех

Неорганическая химия изучает химические соединения в неорганических или неживых объектах, таких как минералы и металлы. Традиционно неорганическая химия рассматривает соединения, которые не , а содержат углерод (которые охватываются органической химией), но это определение не совсем точное, согласно ACS.

Некоторые соединения, изучаемые в неорганической химии, такие как «металлоорганические соединения», содержат металлы, которые связаны с углеродом — основным элементом, изучаемым в органической химии.Таким образом, такие соединения считаются частью обеих областей.

Неорганическая химия используется для создания различных продуктов, включая краски, удобрения и солнцезащитные кремы.

Органическая химия занимается химическими соединениями, содержащими углерод, элемент, который считается необходимым для жизни. Химики-органики изучают состав, структуру, свойства и реакции таких соединений, которые наряду с углеродом содержат другие неуглеродные элементы, такие как водород, сера и кремний.Органическая химия используется во многих приложениях, как описано в ACS, таких как биотехнология, нефтяная промышленность, фармацевтика и пластмассы.

Физическая химия использует концепции физики, чтобы понять, как работает химия. Например, выяснение того, как атомы движутся и взаимодействуют друг с другом, или почему некоторые жидкости, включая воду, превращаются в пар при высоких температурах. Физические химики пытаются понять эти явления в очень малом масштабе — на уровне атомов и молекул — чтобы сделать выводы о том, как работают химические реакции и что придает конкретным материалам их уникальные свойства.

Согласно ACS, этот тип исследований помогает информировать другие отрасли химии и важен для разработки продуктов. Например, физико-химики могут изучать, как определенные материалы, такие как пластик, могут реагировать с химическими веществами, для контакта с которыми этот материал предназначен.

Чем занимаются химики?

Химики работают в различных областях, включая исследования и разработки, контроль качества, производство, защиту окружающей среды, консалтинг и право. Согласно ACS, они могут работать в университетах, в правительстве или в частном секторе.

Вот несколько примеров того, чем занимаются химики:

Исследования и разработки

В академических кругах химики, проводящие исследования, стремятся получить дополнительные знания по определенной теме и не обязательно имеют в виду конкретное приложение. Однако их результаты все еще могут быть применены к соответствующим продуктам и приложениям.

В промышленности химики, занимающиеся исследованиями и разработками, используют научные знания для разработки или улучшения конкретного продукта или процесса.Например, пищевые химики улучшают качество, безопасность, хранение и вкус пищи; химики-фармацевты разрабатывают и анализируют качество лекарств и других лекарственных форм; а агрохимики разрабатывают удобрения, инсектициды и гербициды, необходимые для крупномасштабного растениеводства.

Иногда исследования и разработки могут включать не улучшение самого продукта, а скорее производственный процесс, связанный с его изготовлением. Инженеры-химики и инженеры-технологи придумывают новые способы упростить производство своей продукции и сделать ее более рентабельной, например, увеличить скорость и / или выход продукта при заданном бюджете.

Охрана окружающей среды

Химики-экологи изучают, как химические вещества взаимодействуют с окружающей средой, характеризуя химические вещества и химические реакции, присутствующие в естественных процессах в почве, воде и воздухе. Например, ученые могут собирать почву, воду или воздух в интересующем месте и анализировать их в лаборатории, чтобы определить, загрязнила ли деятельность человека окружающую среду или повлияет ли на нее иным образом. Некоторые химики-экологи также могут помочь восстановить или удалить загрязняющие вещества из почвы.С. Бюро статистики труда.

Связано: Почему удобрения опасны (инфографика)

Ученые, имеющие опыт работы в области химии окружающей среды, также могут работать консультантами в различных организациях, таких как химические компании или консалтинговые фирмы, предоставляя рекомендации о том, как можно выполнять практические действия и процедуры. соответствие экологическим нормам.

Закон

Химики могут использовать свое академическое образование, чтобы давать советы или защищать научные вопросы.Например, химики могут работать в сфере интеллектуальной собственности, где они могут применять свои научные знания к вопросам авторского права в науке, или в области экологического права, где они могут представлять группы с особыми интересами и подавать заявки на одобрение регулирующих органов до того, как начнется определенная деятельность.

Химики также могут выполнять анализы, помогающие правоохранительным органам. Судебные химики собирают и анализируют вещественные доказательства, оставленные на месте преступления, чтобы помочь определить личности причастных к делу людей, а также ответить на другие жизненно важные вопросы о том, как и почему было совершено преступление.Судебные химики используют широкий спектр методов анализа, таких как хроматография и спектрометрия, которые помогают идентифицировать и количественно определять химические вещества.

Дополнительные ресурсы:

Периодическая таблица элементов | Химия

В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев впервые предположил, что химические элементы обладают «периодичностью свойств». Менделеев пытался организовать химические элементы в соответствии с их атомным весом, предполагая, что свойства элементов будут постепенно меняться по мере увеличения атомного веса.Однако он обнаружил, что химические и физические свойства элементы постепенно увеличивались, а затем внезапно менялись на разных шаги или периоды. Чтобы учесть эти повторяющиеся тенденции, Менделеев сгруппировал элементы в таблице, содержащей как строки, так и столбцы.

Структура современной таблицы Менделеева

Современная периодическая таблица элементов основана на наблюдениях Менделеева; однако, вместо того, чтобы быть организованной по атомному весу, современная таблица упорядочена по атомному номеру (z).При перемещении слева направо по строке периодической таблицы свойства элементов постепенно меняются. В конце каждого ряда происходит резкое изменение химических свойств. Следующий элемент в порядке атомного номера более похож (химически говоря) на первый элемент в строке над ним; таким образом, новая строка начинается на столе.

Например, кислород (O), фтор (F) и неон (Ne) (z = 8, 9 и 10 соответственно) — все это стабильные неметаллы, которые при комнатной температуре являются газами.Натрий (Na, z = 11), однако, представляет собой металлическое серебро, твердое при комнатной температуре, как и элемент литий (z = 3). Таким образом, натрий начинает новую строку в периодической таблице и помещается непосредственно под литием, подчеркивая их химический состав. сходства.

Строки в периодической таблице называются периодами. Как один движется слева направо в заданный период, химические свойства элементов медленно меняются. Столбцы в периодической таблице называются группами.Элементы данной группы в периодической таблице обладают многими схожими химическими и физическими свойствами.

Контрольная точка понимания

Почему натрий стоит прямо под литием в периодической таблице?

Электронная конфигурация и таблица

«Периодическая» природа химических свойств, обнаруженных Менделеевым, связана с электронной конфигурацией атомов элементов.Другими словами, способ, которым электроны атома расположены вокруг его ядра, влияет на свойства атома.

Теория атома Нильса Бора говорит нам, что электроны не расположены случайным образом вокруг ядра атома, но встречаются в определенных электронных оболочках (см. наш модуль Atomic Theory II для получения дополнительной информации). Каждая оболочка имеет ограниченную емкость для электронов. По мере заполнения нижних оболочек дополнительные электроны находятся в более удаленных оболочках.

Емкость первой электронной оболочки — два электрона, а второй — восемь. Таким образом, в нашем примере, рассмотренном выше, кислород с восемью протонами и восемью электронами несет два электрона на своей первой оболочке и шесть на своей второй оболочке. Фтор с девятью электронами несет два в своей первой оболочке и семь во второй. Неон с десятью электронами несет два в первом и восемь во втором.Поскольку количество электронов во второй оболочке увеличивается, мы можем представить, почему химические свойства постепенно меняются по мере того, как мы переходим от кислорода к фтору и неону.

У натрия одиннадцать электронов. Двое поместились в его первую оболочку, но помните, что вторая оболочка может нести только восемь электронов. Одиннадцатый электрон натрия не может поместиться ни в его первую, ни в его вторую оболочку. Этот электрон поселяется на еще одной орбите, третьей электронной оболочке натрия.Причина резкого изменения химических свойств при переходе от неона к натрию заключается в том, что между двумя элементами происходит резкий сдвиг в электронной конфигурации. Но почему натрий похож на литий? Давайте посмотрим на электронные конфигурации этих элементов.

Как вы можете видеть на иллюстрации, в то время как натрий имеет три электронные оболочки, а литий две, их общая характеристика состоит в том, что оба они имеют только один электрон на крайнем внешнем участке. электронная оболочка.Эти электроны внешней оболочки (называемые валентными электроны) важны для определения химических свойств элементов.

Химические свойства элемента определяются тем, как его атомы взаимодействуют с другими атомами. Если мы изобразим внешнюю (валентную) электронную оболочку атома как сферу, охватывающую все внутри, то только валентная оболочка может взаимодействовать с другими атомами — почти так же, как это только краска на внешней стороне вашего дома. который «взаимодействует» с, и промокает, дождевая вода.

Электроны валентной оболочки в атоме определяют способ его взаимодействия с соседними атомами и, следовательно, определяют его химические свойства. Поскольку и натрий, и литий имеют один валентный электрон, они обладают схожими химическими свойствами.

Контрольная точка понимания

Химические свойства элемента определяются количеством электронов в

Сокращение электронной конфигурации

Для элементов в группах, обозначенных A в периодической таблице (IA, IIA и т. Д.) количество валентных электронов соответствует номеру группы. Таким образом, Li, Na и другие элементы в группе IA имеют один валентный электрон. Be, Mg и другие элементы группы IIA имеют два валентных электрона. B, Al и другие элементы группы IIIA имеют три валентных электрона и так далее. Номер строки или периода, в котором находится элемент в таблице, равен количеству полных оболочек, содержащих электроны в атоме. H и He в первом периоде обычно имеют электроны только в первой оболочке; Li, Be, B и другие элементы периода два занимают две оболочки и так далее.Чтобы записать электронную конфигурацию элементов, ученые часто используют стенографию, в которой за символом элемента следуют его электронные оболочки. Ниже приведены несколько примеров.

Для получения дополнительных сведений в таблице, приведенной ниже, показаны электронные конфигурации первых одиннадцати элементов.

Сводка

Современная таблица Менделеева основана на наблюдениях Дмитрия Менделеева 1896 года о том, что химические элементы можно сгруппировать по химическим свойствам, которые они проявляют. Этот модуль объясняет расположение элементов в таблице периодов. Он определяет периоды и группы и описывает, как различные электронные конфигурации влияют на свойства атома.

Как нагревание металла влияет на его свойства | Металлические супермаркеты

Электрические, магнитные и структурные свойства металлов могут изменяться под воздействием тепла.Поскольку применение металла различно, в разных средах важны разные качества. Например, в инженерных приложениях желательна ударная вязкость; в электрических приложениях важно низкое удельное сопротивление.

Есть несколько способов нагрева металла, которые обычно используются для изменения этих свойств. Температура, до которой нагревается металл, и скорость охлаждения тщательно контролируются для достижения желаемого результата.

Воздействие тепла на металл

Наиболее важные способы преобразования металлов под действием тепла:

• Электрическое сопротивление
• Тепловое расширение
• Структура
• Магнетизм

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — это мера того, насколько сильно металл препятствует прохождению электрического тока.Проходя через металл, электроны рассеиваются при столкновении с металлической структурой. Когда металл нагревается, электроны поглощают больше энергии и движутся быстрее. Это приводит к большему рассеянию, тем самым увеличивая сопротивление. Термометры фактически используют изменение электрического сопротивления в куске проволоки для измерения температуры.

Тепловое расширение

Металл расширяется при нагревании. Длина, площадь поверхности и объем увеличиваются с повышением температуры. Научный термин для этого — тепловое расширение.Степень теплового расширения варьируется в зависимости от типа металла. Тепловое расширение происходит из-за того, что тепло увеличивает колебания атомов в металле. Учет теплового расширения важен при проектировании металлических конструкций. Обычным примером может служить конструкция бытовых труб, которая должна учитывать расширение и сжатие в зависимости от сезона.

Структура

Металлы состоят из симметричной структуры атомов, известной как аллотроп. Нагревание металла приведет к смещению атомов с их позиций, и смещенные атомы образуют новую структуру.Этот процесс известен как аллотропное фазовое превращение. Аллотропное фазовое превращение изменяет твердость, прочность и пластичность металла. Наиболее важное аллотропное фазовое превращение претерпевает железо. Когда железо нагревается до температуры выше 1674 градусов по Фаренгейту, оно способно поглощать больше углерода, который является ингредиентом, повышающим твердость любого стального изделия. Этот желаемый эффект используется в нескольких типах высокоуглеродистой (углеродистой более 0,50) стали — Пример: инструментальная сталь

Магнетизм

Есть три металла с магнитными свойствами: железо, никель и кобальт.Они известны как ферромагнитные металлы. Нагревание этих металлов снизит их намагниченность до такой степени, что магнетизм полностью исчезнет. Температура, при которой это происходит, называется температурой Кюри. Для никеля эта температура составляет 626 градусов по Фаренгейту; для кобальта — 2 012 градусов по Фаренгейту; а для железа это 1418 градусов по Фаренгейту.

Термическая обработка

Термическая обработка — это процесс, предназначенный для изменения свойств металла в соответствии с его назначением.Основные виды термической обработки:

Отжиг

Отжиг часто используется для смягчения металлов, включая железо, сталь, медь, латунь и серебро. Процесс включает нагрев металла до определенной температуры, а затем позволяет ему медленно остыть с контролируемой скоростью. Отжиг изменяет физические и химические свойства металла, увеличивая пластичность и снижая твердость. Это облегчает процессы формовки, штамповки или формовки и позволяет легче резать металл.Отжиг также увеличивает электрическую проводимость.

Нормализация

Нормализация (обычно называемая нормализованной) применяется к сплавам для обеспечения однородности по размеру зерна и составу. Металл нагревается до заданной температуры, а затем охлаждается воздухом. Полученный металл не содержит нежелательных примесей и обладает большей прочностью и твердостью. Нормализация часто используется для получения более твердой и прочной стали, хотя и менее пластичной, чем сталь, полученная отжигом.Обычно процесс нормализации выполняется на материалах, которые будут подвергаться механической обработке, потому что процесс улучшил этот атрибут.

Закалка

Закалка применяется к стали и другим сплавам для улучшения их механических свойств. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, и эта температура поддерживается до тех пор, пока часть углерода не растворится. Затем металл закаливают, что включает его быстрое охлаждение в масле или воде. При закалке образуется сплав, обладающий высокой прочностью и износостойкостью.Однако упрочнение также увеличивает хрупкость и не подходит для инженерных применений. Когда необходимо, чтобы поверхность детали была достаточно твердой, чтобы противостоять износу и эрозии, при сохранении пластичности и вязкости, чтобы выдерживать удары и ударные нагрузки, следует использовать поверхностное упрочнение.

Закалка

Закалка применяется к стали, где требуется пластичность. Незакаленная сталь очень твердая, но слишком хрупкая для большинства практических применений. Отпуск — это процесс низкотемпературной термообработки, обычно выполняемый после закалки (нейтральная закалка, двойная закалка, науглероживание при атмосферном давлении, нитроцементация или индукционная закалка) для достижения желаемого соотношения твердость / вязкость.Процесс включает нагрев стали до более низкой температуры, чтобы уменьшить часть избыточной твердости. Затем металлу дают остыть на неподвижном воздухе, в результате чего сталь становится более жесткой и менее хрупкой.

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 85 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании. Мы являемся экспертами по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения.В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.

Клиническая химия и лабораторная медицина (CCLM) Том 44 Выпуск 2

Абстрактные

Сердечно-сосудистые заболевания — основная причина смертности и заболеваемости в западных странах.Несмотря на значительные медицинские и социальные последствия, распространенность заболевания периферических артерий (ЗПА) среди атеросклеротических заболеваний часто недооценивается. Пока мало что известно о поведении традиционных и появляющихся маркеров ишемической болезни сердца, которые должны позволить надежно идентифицировать пациентов с ЗПА с повышенным риском развития ишемии миокарда, сердечной недостаточности или дисфункции. Чтобы исследовать эту тему, мы измерили сердечный тропонин T (cTnT), ишемически модифицированный альбумин (IMA) и NT-прогормон-мозговой натрийуретический пептид (NT-proBNP) у 35 последовательных пациентов с клинически установленной ЗПА (стадия 2–4, согласно данным исследования). Lériche-Fontaine), бессимптомное течение боли в груди и текущей сердечной недостаточности, и 20 контрольных групп, демонстрирующих факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний от умеренных до высоких (гипертония, диабет, гиперлипидемия), но без клинических доказательств ЗПА.Хотя концентрации cTnT и IMA не были статистически увеличены у пациентов с PAD, значения NT-pro-BNP были значительно выше у пациентов с PAD, чем в контроле (62,6 против 7,4 пмоль / л, p <0,0001). Процент субъектов, показывающих значения, превышающие определенный диагностический порог NT-proBNP (> 14,8 пмоль / л), также значительно отличался между пациентами с ЗПА и контрольной группой (74% против 10%, p <0,001). После исключения пациентов с ЗПА, у которых пороговое значение cTnT превышало 0,01 нг / мл, указывающее на текущее ишемическое поражение сердца, средняя концентрация NT-proBNP оставалась статистически увеличенной (28.0 против 5,8 пмоль / л, p <0,0001). Взятые вместе, эти результаты показывают, что NT-proBNP, но не IMA, значительно увеличивается у пациентов с ЗПА.