Урок. Застосування металів і сплавів.

Тема. Метали і сплави в сучасній техніці. Застосування алюмінію, заліза та їх сплавів.

Мета: пояснити значення металів та сплавів у сучасній техніці, узагальнити галузі застосування металів, виокремити серед них галузі застосування алюмінію та заліза.

Очікуваний результат:

Учень:

• знає та розпізнає метали та їхні сплави,
• пише рівняння реакцій, які характеризують способи добування металів,
• пояснює галузі застосування алюмінію, заліза та їхніх сплавів,
• аналізує матеріал та робить висновки.

Тип уроку: комбінований урок.

Форми проведення: фронтальна бесіда, гра «Вірю – не вірю», робота з підручником, складання кіл Вена.

Обладнання та реактиви: колекція металічних сплавів (якщо є у кабінеті хімії).

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Фронтальна бесіда:

• Що таке металургія?
• Які ви знаєте природні мінерали?
• Чому не всі мінерали можуть називатися рудами?
• Назвіть найбільш поширені руди?
• Які відновники використовують у процесі відновлення металів з їхніх руд?

Гра «Вірю – не вірю»:

1. Золото існує в природі тільки у вигляді сполук.
2. Срібло добувають з аргентиту.
3. З руд добувають кольорові метали.
4. Кухонну сіль добувають як природній матеріал.
5. Чорна металургія – це спосіб добування цинку.
6. Кольорова металургія – це спосіб добування заліза та його сплавів.
7. Пуста порода – це небажані домішки у металічних рудах.
8. Алюмінотермією добувають лужні метали.
9. Лужні метали добувають електролізом.
10. Цинк оксид називають цинковою обманкою.
11. Алюміній існує у природі у вільному стані.
12. Самородне золото містить елемент Аурум у вільному стані.

ВІДПОВІДІ: «Вірю» - 2, 3, 4, 7, 9, 12; «Не вірю» - 1, 5, 6, 8, 10, 11. (Учні перевіряють зошити сусіда, виставляють бали).

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. Колись люди мали на меті віднайти спосіб, яким можна було б добути якомога більше чистого золота. Лише золото мало свою велику ціну та популярність. Та з часом людина відкривала інші металічні елементи, вивчала їхні властивості та пробувала застосувати у різних галузях. Часи мінялися, науково-технічний прогрес рухався далі. Вимоги часу ставали інші. Сьогодні ми користуємося комп’ютерною технікою, новими моделями стільникових телефонів і навіть не помічаємо, що деталі до них виготовлено з найновіших високоякісних сплавів. Металурги всіх країн в усі часи прагнули виготовити якомога міцніший метал. І це зрозуміло: саме така здебільшого вимога до металу – міцність і міцність. Проте під час вивчення властивостей металів та їхніх сполук траплялися різні, навіть курйозні випадки. Цікавий випадок трапився при відкритті сплаву калію та натрію. Цей сплав добув хімік Торпе. Після закінчення своїх занять у коледжі, Торпе вирушив у місто Гейдельберг до колеги по науці Бунзена, везучи з собою рекомендаційного листа і подарунок – чудові калієві та натрієві кристали, вміщені в окремі склянки з нафтою. Упаковуючи речі, молодий учений заради економії місця злив докупи вміст обох склянок у пляшку, вважаючи, що кристали досить різнорідні і їх можна буде потім легко відокремити.  Передавши листа, він розгорнув папір і подав Бунзену пляшку, яка повинна була б містити рідкісну різновидність натрієвих та калієвих кристалів. Бунзен уважно подивився на пляшку, потім на свого відвідувача. Замість кристалів під нафтою була лише блискуча рідина, що нагадувала ртуть. Торпе розгубився, але скоро помітив, що обличчя Бунзена проясніло, його осяяла усмішка. Несподівано зроблено відкриття: суміш калію та натрію дала сплав, рідкий при звичайній температурі і за зовнішніми ознаками схожий на ртуть.

Тому сьогоднішній урок буде присвячений застосуванню металів та сплавів у сучасній техніці, зокрема сплавам алюмінію та заліза, які широко використовуються у наш час.

V. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

Вчитель. Щоб вдосконалити властивості окремих металів, у промисловості використовують сплави. У чистому вигляді метали використовуються рідко. Переважно застосовують сплави, які мають такі властивості, яких не мають метали, що їх утворюють. Наприклад, залізо, алюміній порівняно м’які, а їхні сплави з іншими металами досить тверді. Запишіть у зошит: Сплави – це суміші металів.  Сплави розрізняють за складом і будовою.

СПЛАВИ

Тверді розчини                     Механічні суміші металів                  Інтерметалічні сполуки               

۩   Тверді розчини будуть у тому випадку, якщо при охолодженні розплаву утворюються однорідні кристали. У вузлах їхніх кристалічних решіток містяться атоми різних металів.

۩   Механічна суміш у випадку, якщо при охолодженні сплаву виділяються кристалики окремих металів, причому твердий розчин не утворюється.

۩   Інтерметалічні сполуки утворюються при взаємному розчиненні металів, якщо їхні атоми реагуватимуть між собою. При розчиненні неметалів у розплавлених металах також можуть відбуватися хімічні реакції. Наприклад, атоми заліза реагують з атомами вуглецю, і утворюється ферум карбід Fe₃C – цементит, який обумовлює особливу твердість та  крихкість чавуну.

Здатність металів у розплавленому стані не тільки механічно змішуватися, а й утворювати між собою (і з атомами неметалів) різні сполуки – одна з причин, яка пояснює, чому фізичні властивості сплавів різко відрізняються від фізичних властивостей металів, що утворюють сплав. Так, наприклад, сплав, що складається з однієї частини свинцю і двох частин олова (припій), плавиться при температурі 180⁰С, тоді як свинець плавиться при температурі 328⁰С, а олово – при температурі 231⁰С.

У сучасній техніці найбільше застосовуються сплави заліза. Так, наприклад, у машинобудуванні на їхню частку припадає понад 90% від загальної маси застосовуваних металів. Найважливішими сплавами заліза є чавун і сталь.

Чавун – це сплав заліза, який містить більше 1,7% вуглецю, а також кремній, марганець, невеликі кількості сірки і фосфору.

Сталь – це сплав заліза, який містить 0,1 – 2% вуглецю і невеликі кількості кремнію, марганцю, фосфору і сірки.

У ХХ столітті широко почали застосовувати леговані сталі, які містять хром, нікель, марганець, кобальт, ванадій, молібден, вольфрам, титан та ін. Особливо велике значення мають хромово-нікелеві сталі: хром надає сталі потрібної твердості, а нікель пластичності. Таким чином, метали у сплавах взаємно доповнюють один одного, міняючи властивості самих металів.

Завдання для класу: Опишіть схемою Вена фізичні властивості чавуну та сталі. (Кола Вена дають змогу порівняти властивості).

        ЧАВУН                               Сплав заліза,                                         СТАЛЬ

      Крихкий,                              Стійкий до корозії,                               Не крихкий,

      Тьмяний,                               Сірого кольору,                                    Блискучий,

      Містить вуглець                   Містить домішки                                 Містить вуглець

      більше 1,7%,                         кремнію, кобальту,                              менше 1,7%

      Тріскає від удару                 сірки, фосфору,                                    Від удару не тріскає

                                                     марганцю.

Властивості, які опинилися у перетині двох кіл – спільні для двох сплавів, а властивості у кожному окремому колі – відмінні.

Вчитель. Серед кольорових металів перше місце у виробництві і застосуванні належить алюмінію і його сплавам, завдяки великій електричній провідності, легкості, та стійкості проти корозії. Промислове виробництво алюмінію розпочалося після 1886 року, коли було відкрито електролізний спосіб розщеплення глинозему на кисень та алюміній. Доти він належав до коштовних металів і був дорожчим за золото. Таку розкіш, як алюмінієві ґудзики, могли дозволити собі лише дуже заможні вельможі, а алюмінієвими ложками замість «простих» срібних користувалися тільки короновані особи. У 1855 році на Всесвітній виставці у Парижі показували зливок алюмінію з пишною назвою «срібло з глини». Пізніше стали вдосконалювати властивості алюмінію через утворення нових сплавів. Одним із найважливіших сплавів алюмінію є дюралюміній. До його складу входить 95% алюмінію, 4% міді, 0,5% марганцю, 0,5% магнію. Він, як і алюміній, легкий, але значно твердіший від алюмінію та міді. Його широко застосовують у літакобудуванні.

Інші сплави алюмінію використовують у радіотехніці, машинобудування, електротехніці тощо.

VІ. Узагальнення та систематизація.

1. Учні зачитують наперед підготовлену інформацію про інші загальновідомі сплави та галузі їх застосування.

2. За допомогою алюмінотермії добудьте хром та марганець з їх оксидів.

3. Поясніть, чому для виробництва кухонних ножів використовують сталь, а не чавун?

VІІ. Домашнє завдання: відповідні параграф у підручнику та сторінка у  друкованому робочому зошиті з хімії (автор М.М.Савчин), підготуватися до тестового контролю.