Растворы - это гомогенные (однородные) смеси, состоящие из двух или более компонентов (составных частей). Отличие раствора от других смесей в том, что молекулы веществ распределяются в нем равномерно и в любом микрообъеме такой смеси состав ее одинаков. На языке химической термодинамики такая смесь называется однофазной. Как и индивидуальные (чистые) вещества, растворы могут быть в жидкой, твердой или газовой фазе (см. Фазы). Например, воздух представляет собой раствор различных газов - азота, кислорода, водорода, углекислого газа, паров воды и др. В то же время частицы пыли, капельки жидкости (туман) не являются компонентами газового раствора, так как внутри пылинки мы нашли бы только твердое вещество, а внутри капельки тумана - только жидкость, воду. Таким образом, и пыль и туман - это твердая и жидкая фазы, рассеянные (диспергированные) в растворе газов. Отличие же раствора от чистого вещества состоит в том, что индивидуальное вещество имеет определенные физические константы, например температуры плавления и кипения, определенный химический состав, в то время как физические константы и состав растворов зависят от соотношения их компонентов. Так, плотность раствора соли в воде растет, а температура замерзания падает с увеличением содержания соли.
Чистые вещества при изменении их фазового состояния не изменяют своего химического состава, а при возвращении в исходное фазовое состояние приобретают исходные характеристики. Компоненты же растворов могут разделиться при изменении фазового состояния системы. Так, испарение воды из солевого раствора (операция, издавна применяемая при добыче соли) приводит, с одной стороны, к увеличению содержания (концентрации) соли в оставшемся растворе, а с другой, сконденсировавшаяся вода представляет собой чистое вещество. Дальнейшее испарение воды приведет к выпадению твердой фазы - кристаллов соли.
Процесс образования раствора - растворение - заключается в разрушении взаимодействия между молекулами индивидуальных веществ и образовании новых межмолекулярных связей между компонентами раствора. Растворение возможно только тогда, когда энергия взаимодействия между компонентами раствора больше суммы энергий взаимодействий в исходных веществах.
При растворении ионного кристалла поваренной соли в воде полярные молекулы растворителя покрывают ионы как бы шубой диполей (электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку). Эта так называемая сольватная оболочка полностью разделяет ионы. Общее название такого взаимодействия с растворителем - сольватация. Сольватация приводит к образованию разнообразных связей между молекулами в растворе: ион-дипольной, которая описана выше, диполь-дипольной (например, диполи хлороформа взаимодействуют с диполями этанола ) или образованию водородных связей (см. Химическая связь). Последнее взаимодействие является одним из самых сильных и играет большую роль при растворении органических и неорганических веществ.
Растворению органических веществ друг в друге способствует схожесть их структур. Старинное химическое правило - подобное растворяется в подобном - объясняется тем, что в этом случае взаимодействия между различными молекулами похожи по типу и близки по энергии к взаимодействиям в исходных веществах. Так, образование водородных связей между молекулами воды и спирта легко компенсирует разрушение водородных связей в исходных веществах при смешении этих жидкостей. Неполярные же молекулы углеводородов не могут внедриться между молекулами воды, соединенными водородными связями, что и исключает их растворение. Часто растворение не полностью разрушает межмолекулярные связи внутри индивидуальных веществ, и они остаются частично связанными (ассоциированными). Например, органические кислоты по большей части присутствуют в органических неполярных растворителях в виде димеров, связанных водородными связями. Такие ассоциаты разрушаются при дальнейшем разбавлении. При концентрировании раствора ассоциация становится все сильнее, а молекул растворителя не хватает для разделения молекул или ионов растворенного вещества. При этом внутри раствора образуется система межмолекулярных связей исходного индивидуального вещества, которое выделяется в отдельную фазу. Оставшийся раствор, находящийся в равновесии с выделившимся компонентом, называют насыщенным. Повысив температуру, можно разрушить ассоциацию и перенести выпавший компонент в раствор. Однако это не всегда удается сделать.
Неорганические вещества с повышением температуры могут и снижать свою способность к растворению (растворимость). Растворимость твердых веществ в жидкости определяется теплотой растворения, которая может быть положительной (теплота при растворении выделяется, и с повышением температуры вещество растворяется хуже) или отрицательной (теплота при растворении поглощается, и растворимость с повышением температуры растет). Поскольку в газах межмолекулярные взаимодействия отсутствуют, их способность к взаимному растворению неограниченна. Растворимость же их в жидкостях с повышением температуры падает, так как ослабляются межмолекулярные взаимодействия молекул газа с растворителем.
В природе существуют также твердые растворы. Это в основном сплавы металлов. Физическая причина такого растворения - внедрение атомов одного металла в кристаллическую решетку другого и построение общей кристаллической решетки.
Способы выражения состава растворов
Состав растворов количественно принято выражать через безразмерные относительные величины - доли (массовую, объемную, молярную) и размерные величины - концентрации. Концентрация показывает отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора.
Молярная концентрация - это отношение количества растворенного вещества В к объему раствора:
Единица молярной концентрации - моль/м3 или моль/л (последняя используется намного чаще). Для обозначения единицы молярной концентрации обычно используют символ М, например: - одномолярный раствор ( моль/л); - сантимолярный раствор ( моль/л).
К атегория: Выбор стройматериалов
Строительные растворы
Растворы представляют собой минеральные смеси, затвердевающие и прочно, соединяющиеся с камнем. В состав раствора должны входить вяжущее вещество (цемент, гипс или известь), заполнитель (гравий или песок) и чистая вода.
В зависимости от назначения и применения растворных добавок готовятся следующие растворы:
1. Строительный, для кладки кирпича.
2. Штукатурный.
3. Гипсовый.
4. Цементный.
Строительный раствор для кладки должен состоять из песка и извести в соотшении 3: 1 или 4: 1. В строительный раствор можно добавлять 1 или 2 лопаты цемен Особенно это необходимо делать при возведении стен, несущих особую нагрузку. Пес и цемент в таком случае смешиваются в соотношении 3:1 -6:1.
Для приготовления штукатурного раствора можно использовать как гидравлическую известь, так и воздушную. В ее состав также входит песок. Различается штукатуры раствор для наружных работ и штукатурный раствор для внутренних работ.
В первом случае гидравлическую известь и песок берут в соотношении 1:3; воздушную и весть - 1: 2. Во втором случае гидравлическую известь и песок смешивают в соо ношении 1: 5, а воздушную известь - 1:3.
Гипсовый раствор отличается от цементного и известкового высокой прочность и легкостью приготовления. Для этого вам будет достаточно взять емкость, налить в воду, высыпать гипс и тщательно все перемешать, чтобы не было комков, из-за которь потом могут появиться трещины. Разводите гипс водой непосредственно перед работе с ним, потому что он может загустеть раньше времени, тогда вы не сможете с ни работать. Чтобы этого не произошло, можете в гипс подмешать немного просеянноз песка (2: 1), но знайте, что при этом прочность гипса заметно снизится.
Цементный раствор необходим для приготовления долговечной штукатурки. Дл этого берут чистый цемент и воду в соотношении 1: 2 (1: 3).
Растворные добавки необходимы для повышения качества растворов. Ойи значу тельно улучшают физико-механические свойства растворов, их цвет, морозостойкость.
При окрашивании растворов, кроме обычных добавок, можете использовать тольк краски ярких тонов, в которых нет примесей гипса и барита. Морозостойкость дости гается благодаря добавлению в раствор хлоридов. Они позволяют работать с раствор при достаточно низких минусовых температурах. Хлориды и другие средства защить от воздействия низких температур применяются с максимальной осторожностью, пото му что передозировка веществ, как правило, приводит к образованию некрасивы: подтеков.
Строительные растворы характеризуются тремя основными параметрами: плотностью, видом вяжущего вещества и своим назначением.
В зависимости от плотности (в сухом состоянии) различают тяжелые (плотностьк 1500 кг/м3 и более) и легкие (плотностью менее 1500 кг/м3) растворы. Для изготовления тяжелых растворов применяются тяжелые кварцевые или другие пески; заполнителями в легких растворах служат легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и т. п. Легкие растворы получают также с помощью пенообразующих добавок - поризованные растворы.
По виду вяжущего вещества строительные растворы делят на цементные (на портландцементе или его разновидностях), известковые (на воздушной или гидравлической извести), гипсовые (на основе гипсовых вяжущих) и смешанные (на цементно-известковом, цементно-глиняном, известково-гипсовом вяжущем). Растворы, приготовленные на одном вяжущем, называют простыми, а на нескольких вяжущих - смешанными (сложными).
По назначению строительные растворы бывают кладочные (для каменной кладки, монтажа стен из крупноразмерных элементов), отделочные (для оштукатуривания помещений, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели), специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные).
Выбор вяжущего зависит от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации здания. В качестве вяжущих применяют портландцементы, пуццолановые портландцементы, шлакопортландцементы, специальные низкомарочные цементы, известь, гипсовое вяжущее. Для экономии гидравлических вяжущих и улучшения технологических свойств строительных растворов широко применяют смешанные вяжущие. Известь в строительных растворах применяют в виде известкового теста или молока. Гипс используют главным образом в штукатурных растворах в качестве добавки к извести.
Вода, применяемая для растворов, не должна содержать примесей, оказывающих вредное влияние на твердение вяжущего вещества. Для этих целей пригодна водопроводная вода.
Если раствор применяется в зимних условиях, в его состав добавляют ускорители твердения, а также добавки, снижающие температуру замерзания воды (хлористый кальций, хлористый натрий, поташ, нитрат натрия и т. п.).
Состав строительного раствора обозначают количеством (по массе или объему) материалов на 1 м3 раствора или относительным соотношением (по массе или объему) исходных сухих материалов. При этом расход вяжущего принимают за 1. Для простых растворов, состоящих из вяжущего (цемента или извести) и не содержащих минеральных добавок, состав обозначают 1: 4, то есть на 1 массовую часть цемента приходится 4 массовые части песка. Смешанные растворы, состоящие из двух вяжущих или содержащие минеральные добавки, обозначают тремя цифрами, например 1:3:4 (цемент: известь: песок).
Качество растворных смесей характеризуется их удобоукладываемостью - способностью укладываться без специального уплотнения на основание тонким слоем с заполнением всех его неровностей. Удобоукладываемость обусловливается подвижностью и водоудерживающей способностью растворных смесей.
Подвижность - способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы. Подвижность определяют (в см) глубиной погружения в растворную смесь эталонного конуса массой 300 г с углом вершины 30° и высотой 15 см. Чем глубже конус погружается в растворную смесь, тем большей подвижностью она обладает.
Степень подвижности смеси зависит от количества воды, от состава и свойств исходных материалов. Для повышения подвижности растворных смесей в них добавляют пластифицирующие добавки, а также поверхностно-активные вещества.
Подвижность строительных растворов, в зависимости от их назначения и способ укладки, должна быть следующей.
Кладка стен из кирпича, бетонных камней, камней из легких горных пород: 9-11
Кладка стен из пустотелого кирпича, керамических камней: 7-8.
Заполнение горизонтальных швов при монтаже стен из бетонных блоков и пане лей; расшивка вертикальных и горизонтальных швов: 5-7.
Бутовая кладка: 4-6.
Заполнение пустот в бутовой кладке: 13-15.
Водоудерживающей способностью называют свойство раствора удерживать воду при укладке его на пористое основание. Если раствор обладает хорошей водоудерживающей способностью, частичное отсасывание воды уплотняет его в кладке, что повышает проч ность раствора. Водоудерживающая способность зависит от соотношения составных ча стей растворной смеси. Она повышается при увеличении расхода цемента, замене част! цемента, введении добавок (золы, глины и др.), а также не которых поверхностно-активных веществ. Прочность затвердевшего раствора зависит о’ активности вяжущего, водоцементного отношения, длительности и условий твердениз (температуры и влажности окружающей среды). При укладке растворных смесей н; пористое основание, способное интенсивно отсасывать воду, прочность затвердевани) растворов значительно -выше, чем тех же растворов, уложенных на плотное основание.
Прочность строительного раствора зависит от его марки, которую устанавливают по пределу прочности при сжатии после 28 суток твердения при температуре воздух; 5-25° С. Существуют следующие марки растворов: 4, 10, 15, 50, 75, 100, 150, 2t)0 и 300
Морозостойкость растворов определяют числом циклов попеременного замораживания и оттаивания до потери 15% первоначальной прочности (или 5% массы). Пс морозостойкости растворы подразделяют на марки Мрз от 10 до 300.
- Строительные растворы
Что представляют собой твердые растворы замещения и внедрения? Приведите примеры.
Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).
Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.
Существуют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.
При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного компонента B размещаются между атомами растворителя A в его кристаллической решетке. При образовании твердых растворов замещения атомы растворенного компонента B замещают часть атомов растворителя (компонент A) в его кристаллической решетке.
Поскольку размеры растворенных атомов отличаются от размеров атомов растворителя, то образование твердого раствора сопровождается искажением кристаллической решетки растворителя.
а – атом растворенного компонента больше атома растворителя
б – атом растворенного компонента меньше атома растворителя
Твердые растворы замещения могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью. В твердых растворах с ограниченной растворимостью концентрация растворенного компонента возможна до определенных пределов.
В твердых растворах с неограниченной растворимостью возможна любая концентрация растворенного компонента (от 0 до 100%). Твердые растворы с неограниченной растворимостью образуются при соблюдении следующих условий: 1) у компонентов должны быть однотипные кристаллические решетки; 2) различие в атомных радиусах компонентов не должно превышать для сплавов на основе железа 9%, а для сплавов на основе меди 15%; 3) компоненты должны обладать близостью физико-химических свойств. Однако соблюдение этих свойств не всегда приводит к образованию твердых растворов замещения с неограниченной растворимостью. На практике, как правило, образуются твердые растворы с ограниченной растворимостью.
Твердые растворы внедрения могут быть только с ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.
Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью на основе компонентов: Ag и Au, Ni и Cu, Mo и W, V и Ti, и т.д.
Твердые растворы замещения с ограниченной растворимостью на основе компонентов: Al и Cu, Cu и Zn, и т.д.
Твердые растворы внедрения: при растворении в металлах неметаллических элементов, как углерод, бор, азот и кислород. Например: Fe и С.
Как и почему при холодной пластической деформации изменяются свойства металлов?
Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.
Форма заготовки при обработке давлением изменяется под действием внешних сил вследствие пластической деформации каждого кристаллита в соответствии со схемой главных деформаций. Основное изменение формы кристаллитов состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации растяжения (например, в направлении прокатки или волочения). С повышением степени холодной деформации зерна все более вытягиваются и структура становится волокнистой.
Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.
С увеличением степени холодной деформации показатели сопротивления деформированию (временное сопротивление, предел текучести и твердости) возрастают, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) падают.
Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.
При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3->Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит + ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный) + ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.
Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.
Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.
В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8->П[Ф0,03+Ц6,67].
Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.
В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).
Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий 0,8%С, называется эвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – перлит.
С помощью диаграммы состояния железо-карбид железа и графика зависимости твердости от температуры отпуска назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) изделий из стали 50, которые должны иметь твердость 230…250 НВ. Опишите микроструктуру и свойства стали 50 после термической обработки.
Критические точки для Ст50: АС1=725ºС, АС3=760ºС.
При нагреве до 700ºС в стали 50 не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Такая закалка называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость. При температуре нагрева структура – аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической происходит мартенситное превращение: γ->М. В результате получаем структуру феррит + мартенсит.
Оптимальный режим нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей (%С<0,8%) составляет АС3+(30÷50º), т.е. для Ст50 – 800-820ºС. При этом после закалки имеем мелкое зерно, обеспечивающее наилучшие механические свойства стали 50.
Нагрев и выдержка стали 50 выше температуры 820ºС перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки. Крупнозернистая структура вызывает повышенную хрупкость стали.
Для обеспечения скорости охлаждения выше критической в качестве среды охлаждения выбираем воду. Структура стали 50 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
Отпуском называется нагрев стали до температуры ниже Ас1, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скорость (обычно на воздухе). Отпуск является конечной операцией термической обработки, проводится после закалки для уменьшения внутренних напряжений и получения более равновесной структуры. Напряжения в закаленных изделиях снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.
Для получения твердости 230…250 НВ при диаметре заготовки 20 мм отпуск стали 50 необходимо проводить при температуре 500ºС. Среда охлаждения – вода. При высокотемпературном отпуске образуется структура, которая называется сорбит отпуска. Сорбит отпуска состоит из ферритной основы, пронизанной частицами цементита.
Свойства стали 50 после термической обработки: σт=680-780 МПа, σв=870-970 МПа, δ=13-11%, ψ=61-57%, ан=120-80, НВ=230-250.
Сталь 40 подверглась закалке от температур 760 и 840 ºС. Используя диаграмму состояния железо-цементит, укажите выбранные температуры нагрева и опишите превращения, которые произошли при двух режимах закалки. Какому режиму следует отдать предпочтение и почему?
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.
Рисунок 5 – Фрагмент диаграммы железо-углерод
Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где были пластинки цементита, аустенит богаче углеродом, а где пластинки феррита – беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше критической точки Ас3 (на 30-50°С) и выдерживают некоторое время при этой температуре. Процесс аустенизации идет тем быстрее, чем выше превышение фактической температуры нагрева под закалку относительно температуры Ас3. Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали 40 под полную закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
Если нагреть выше этой температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой и чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры. Крупнозернистая структура ухудшает механические свойства стали.
Поэтому следует отдать предпочтение закалке от температуры 840 ºС.
) одного вещества равномерно распределены между молекул друг вещества.
1. Общая характеристика
Раствор - однофазная, гомогенная, многокомпонентная система переменного химического состава . Практически все жидкости, имеющиеся в природе , представляют собой растворы. Кроме раствора, существуют газовые (газовать) растворы - их принято называть газовыми смесями (например, воздуха) и твердые растворы (например, некоторые сплавы). Как правило, под раствором понимают жидкую молекулярно-дисперсную систему (так называемые истинные растворы, англ. true solution ). Растворителем называют компонент, концентрация которого существенно больше концентрации других компонентов. Растворитель в чистом виде имеет тот же агрегатное состояние , что и раствор. Процесс образования раствора заключается в разрушении связей между молекулами (ионами) исходного вещества и образовании новых связей между молекулами (ионами) растворенного вещества и растворителя. По концентрации растворенного вещества растворы подразделяют на насыщенные, ненасыщенные и пересыщение. По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворенного вещества на ионы различают растворы электролитов и растворы неэлектролитов. Кроме того, выделяют растворы полимеров , главная особенность которых - очень большая разница в размерах молекул растворителя и растворенного вещества.
В растворах протекает много природных и промышленных процессов. С ними связано формирование залежей ряда полезных ископаемых , их добыча и переработка, разделения веществ, глубокое очищение и т.д..
По своим свойствам растворы занимают промежуточное место между механическими смесями и химическими соединениями . От механических смесей они отличаются главным образом своей однородностью и выделением или поглощением тепла при образовании, а от химических соединений тем, что состав их устойчивое и может изменяться в достаточно широких пределах.
2. Свойства
Растворы характеризуются также рядом определенных свойств, отличных от свойств их составных частей. В частности, они отличаются от своих составных частей плотностью , температурой замерзания и кипения и другими свойствами. Растворы могут быть в жидком, твердом и газообразном состоянии. Примером первых могут служить растворы сахара , соли и спирта в воде. Твердые растворы - это разные металлические сплавы: меди или серебра в золотые , никеля в меди и т.п.. Газообразными растворами собой смеси различных газов, например воздуха.
3. Растворитель и растворенное вещество
Растворитель - это компонент раствора, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, или содержимое которого преобладает над содержанием других компонентов. Компонентами раствора являются: растворитель и растворении вещества.
Растворитель и растворенное вещество. Каждый раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. Растворителем называют обычно вещество, служит средой для растворенного вещества и в чистом виде находится в том же агрегатном состоянии, что и создаваемый раствор. Однако иногда трудно сказать, вещество является растворителем, а какая - растворенным веществом, особенно когда оба вещества взаимно растворяются друг в друге в неограниченном количестве (как спирт и вода). В таких случаях растворителем называют то вещество, которого в растворе больше.
Наиболее распространенным и практически важным растворителем является вода . Вода морей и океанов является естественным раствором, который имеет солено-горький вкус. В среднем в 1 кг морской воды содержится 35 г растворенных веществ - средняя соленость морской воды составляет 35 ?. В состав морской воды входит более ста веществ, образованных из почти всех известных в природе химических элементов . Как растворители используют также другие вещества: ацетон , бензин , спирт и т.д., но значительно реже.
4. Значение растворов
Водные растворы играют огромную роль в природе и практической деятельности человека. Достаточно сказать, что растения берут из почвы все необходимые для их роста питательные вещества только в виде водных растворов. Поэтому своевременное поступление воды в почву имеет такое большое значение для нормального развития растений и обеспечения высокого урожая сельскохозяйственных культур. Процессы пищеварения и усвоения пищи человеком и всеми животными тоже связаны с переводом питательных веществ в раствор.
Растворы играют огромную роль в технике . Большинство химических процессов в промышленности проводят в растворах. Такие области техники, как кожевенное и бумажное производство, производство сахара, минеральных удобрений, лечебных веществ и многие другие, неразрывно связаны с широким применением водных растворов.
5. Насыщение растворов
5.1. Насыщенный раствор
В определенном количестве воды при данной температуре может растворяться только определенное количество вещества, а избыток ее остается нерастворимым. Раствор, в котором взята вещество при данной температуре больше не растворяется, называется насыщенным .
При изготовлении насыщенного раствора к растворителю добавляют обычно такое количество розчинюванои вещества, чтобы часть ее оставалась нерастворимой, сколько бы раствор не размешивали и не збовтувалы. Однако в практике обычно пользуются ненасыщенными растворами, то есть такими, в которых при данной температуре розчинювана вещество может еще растворяться (до образования насыщенного раствора).
5.2. Пресыщенный раствор
Кроме насыщенных и ненасыщенных, известны еще так называемые пересыщенные растворы, в которых розчинюванои вещества в растворенном состоянии больше, чем нужно для получения насыщенного раствора. Но пересыщенные растворы встречаются сравнительно редко, и они образуют лишь некоторые вещества, например декагидрат сульфата натрия - Na 2 SO 4 ? 10H 2 O, пентагидраттиосульфату натрия - Na 2 S 2 O 3 ? 5H 2 O и т.д.. Пресыщенные растворы очень неустойчивы и довольно легко разлагаются с выделением избытка растворенного вещества и образованием насыщенного раствора.
5.3. Концентрированный и разбавленный растворы
Не следует путать понятия насыщенный и ненасыщенный растворы с понятиями концентрированный и разбавленный. Названия концентрированный и разбавленный указывают лишь, на степень розчинености вещества, содержащегося в данном количестве растворителя, и ничего не указывают на степень его насыщения.
Концентрированный раствор может быть и насыщенным и ненасыщенным. Например, если в 100 г воды при 100 ? C растворить 200 г нитрата калия KNO 3, то такой раствор будет достаточно концентрированным, но ненасыщенным, так как для получения насыщенного раствора при этих условиях нужно растворить не 200, а 245 г этой соли. Второй пример: если в 100 г воды при обычной температуре растворить в одном случае 0,10 г Ca (OH) 2, а во втором - 0,16 г, то оба раствора будут очень разбавленные и вместе с тем первый из них будет ненасыщенным, а второй - насыщенным.
В копилке знаний каждого опытного строителя есть несколько рецептов растворов, которые могут применяться для тех или иных работ. Каждый строительный раствор имеет свои особенности, состав, достоинства и недостатки. Выпуск сухих смесей значительно упростил работы по приготовлению этого вещества, ведь теперь достаточно добавить в сухой порошок необходимое количество воды и хорошо размешать ингредиенты. Но все же тем, кто планирует заниматься строительством или ремонтом, необходимо знать основную информацию об этой области.
Что представляет собой строительный раствор? Это смесь из нескольких компонентов. Обязательными являются – мелкозернистый наполнитель, вяжущее вещество, а также вода. Такой раствор часто путают с бетоном, в который, кроме перечисленных компонентов, добавляют еще и заполнитель крупной фракции (гравий, щебень). Профессионалы знают, что это разные субстанции со своими областями применения.
Мелкозернистый раствор применяется в строительных и ремонтных работах уже очень давно, его разновидность обнаружена даже при изучении египетских пирамид. Современная продукция подвергается подробной классификации, выделяются виды, предназначенные для разных работ.
Для тех, кто не имеет профессионального образования, важно знать, что по сфере применения строительные растворы делятся на кладочные, отделочные и специальные.
- Кладочные, о чем говорит и название, используются при кладке стен из кирпича, камня. Приготовить такой раствор можно из готовой сухой смеси (что очень удобно, сокращает время), а также из цемента, песка и воды. Имеет большое значение крупность и чистота песка, качество цемента.
- Отделочная субстанция используется штукатурами. Смеси могут иметь и дополнительные свойства, например, служить для декорирования стен.
- Звукоизолирующими, теплоизоляционными свойствами обладают специальные растворы с дополнительными добавками. В основном это смеси современного вида, их применение улучшает качество строительства и говорит о высоком профессионализме. Популярностью пользуются смеси с пластифицирующими добавками, они делают раствор более пластичным, удобным в работе. Стены, проштукатуренные такой отделкой, будут более ровными и аккуратными. Существуют также добавки для работы в зимнее время, они ускоряют затвердение. Морозостойкость обозначается специальной маркировкой.
Классифицируются растворы и по виду вяжущего вещества. Производятся смеси цементные, известковые, гипсовые, а также смешанного типа. Если в составе только один вид вяжущего компонента, такой раствор считается простым, если несколько – сложным. Вид компонентов влияет на способ приготовления раствора из сухой смеси. Тому, кто будет готовить и использовать субстанцию, следует соблюсти необходимо пропорцию, время приготовления. Для безопасности работы следует выбирать продукцию известных, авторитетных производителей, которые включают в состав только экологически чистые вещества. И даже при соблюдении данного условия готовить раствор из сухих смесей нужно в защитной маске, чтобы при смешивании порошок не попал в органы дыхания.