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金属腐蚀的教案,金属的锈蚀与防护教案,金属的化学性质教案

金属腐蚀的教案

提到液态金属,大家往往会想到《终结者2》里面不苟言笑的T-1000。

能聚能散,能屈能伸。上一秒它是一滩铁水,下一秒就给你变个猛男。

能隐形,拦不住,甩不掉,「液态金属」似乎和阴魂不散画上了等号。

跟科幻片比起来,现实中真正的液态金属看起来人畜无害:不过,说起破坏力,它还真是有几分电影里的样子。

让我们先找来一个铝制易拉罐,然后把漆弄干净,最好磨亮或者用刀划几道,然后再把这种金属抹到磨亮的地方,放上一段时间。

然后,用手指头稍微一用力,你会发现,易拉罐变得好像脆弱的纸片?

如果这个易拉罐中正巧装着可乐,画风可能是这样……

这种金属还能用来开锁,把这种金属浇到铝锁上,锁会变成这副模样:不过,这个变化需要好几个小时时间,所以等锁变脆的时候,开锁公司的早就下班回家吃晚饭了。

如果,我是说如果你不慎把金属镓倒在了自己的iPhone上,恭喜,你现在有一个完美的理由可以换新机了。

不过,用这种神秘金属溶解其他金属(例如图中的钠)的过程中,最好不要加水,不然他俩会让你见识一下什么叫艺术:

这个现实中的破坏王,就是液态金属——镓。跟其他能屈能伸,独当一方的金属相比,它在30℃下就会轻松变成液体,稍微遇热就会化成「一滩」,堪称金属界「肥宅」。

别人都是「热胀冷缩」,镓却像冬眠的黑熊一样「遇冷变胖」。镓在降温之后会发生过冷却,并且固化时体积变大,之前手里的液态镓,直到0℃也能保持液态。

金属镓表示:我凭本事变的液态金属,凭什么让我变回去!

别的金属都是一副「钢筋铁骨」,怎么到了镓他就变成了一滩液体呢?

这就要从固体内聚能开始说起。

「固体的内聚能,是指大量独立的原子结合成固体时每个原子释放的能量。」

打个比方就是,如果你手里有软塌塌,黏糊糊的一坨面。这坨面软软黏黏,揉成面团费时费力。不过你揉的过程越用力,面团就越不沾面盆,如果用力过猛,面团还会硬邦邦。

内聚能也遵循这样的原则,内聚能越强,原子间结合越紧密,熔化材料就越困难。粗略的来说,许多材料的熔点都和内聚能成正比。

那也就是说,金属镓的内聚能低,所以熔点低呗?

当然有这方面的原因,但是金属镓的熔点低,还因为它的「户型」不好!

啥?这年头「原子」都开始搞房地产了?

金属的晶体结构,就是他们「原子」落户的「户型」。不同金属,这「户型」也不一样:有立方的、有正交的、有四方的、有六方的。但是不管怎么说,固态金属户型,画风都是比较严谨的。

但是作为「摸鱼肥宅」,镓住的屋子跟私搭乱建一样:镓作为金属,在正交结构的基础上,居然出现了金属中少见的共价键,堪称金属界的「男上加男」!

一堆相对紧密的金属键,加上一堆松松垮垮的「共价键」。让金属镓的结构变得不那么紧密。受到加热之后,松松垮垮的共价键也会不断的扭曲变形,金属镓也会放飞自我,变成一滩银色液体。

这一系列的物理性质,也让金属镓难以保存:还记得镓在凝固时体积会延展变大吗?金属镓熔点低,很容易在熔化和凝固之间反复横跳。容器里如果装了太多金属镓,就会自己冒出来。

尤其是金属镓的密度还高于玻璃密度,这就导致金属镓只能储存在塑料容器里:如果你把液态的镓满满的倒进一个玻璃瓶,你会看到金属镓不断的浸润玻璃,时间长了,你还能听到「咔嚓」的一声——没错,玻璃瓶被撑碎了。

说了这么多,这跟我徒手拆易拉罐有什么关系?

这当然不是什么超级神功,而是因为金属镓和金属铝之间发生了一些神奇的变化。

然而,和你想象中不同的是,金属镓和金属铝并没有发生化学反应。

易拉罐在镓的影响下,变得跟纸片一样,还是要从镓和铝的微观结构说起:

铝的结构跟镓比,那是妥妥的「气质型男」,排布结构更为规则。不过规则的排布也带来了另一个问题:虽然外观规矩了很多,但是铝原子之间的缝隙并不小。

金属镓作为一滩液体,里面的原子也比较散漫,看到这些缝隙也会见缝插针。

这就像「肥宅」拉着「型男」直接说道:大哥撸串不?

本来紧密的「铝-铝」相连,就变成松散的「铝-镓」相连。

之前将内聚能的时候我们说,结构规则,有着紧密连接的物体,内聚能更好,硬度更高。金属镓的「见缝插针」,直接破坏了金属铝的结构,最后易拉罐也就变成了脆脆的「纸片」。

如果我们打磨掉金属铝外层与空气反应产生的氧化铝保护层,这个过程会进一步加速。

说了这么多,镓真的像一开始说的一样,是没用的「肥宅」吗?

当然不是。液态镓的稳定范围相当的高,非常适合用在高温温度计和高温压力计的仪表中,并且也可以在工业中用来传导热量。除此之外,它还可以与非金属反应制备半导体进行掺杂,在电子工业有着很广泛的应用。

跟同为液态金属的汞相比,像是镓铟合金这样的低温合金对人体更加友好:如果你的身边有着电脑硬件发烧友的话,可能会听到他们会用「液金」来给高温的硬件散热。「液金」中部分高端产品,使用的就是镓铟合金,它的导热性能优秀,可以带走不少热量,帮助提升硬件性能。

如果你还想在他们的面前秀一波操作,你还可以告诉他们:涂抹液金的时候,不要与焊点和表面没有防护层的金属元件接触,更不要直接用液金覆盖住整个精密元件。不然散热没散出去,电脑可能还会因为返修大打折扣。

除了可以导电,镓铟合金还可以通过通电控制电子的移动方向,或者依靠磁场进行运动,实现金属的定型和定向移动。

科幻迷心心念念的「液态机器人」,也许有一天就要靠它实现了。

(文中图片素材来源自网络,仅供学习交流使用)

参考资料:

镓元素

https://www.britannica.com/science/gallium

镓如何影响铝

https://www.rigb.org/ri-videos/gallium-v-aluminium

镓元素晶体结构,以及为啥熔点低https://chemistry.stackexchange.com/questions/114425/reasons-for-low-melting-point-of-gallium

内聚能和熔点关系

https://www.researchgate.net/figure/Calculated-melting-temperature-as-a-function-of-cohesive-energy-for-elemental-metals-A_fig1_269302758

内聚能对硬度影响思路

https://www.zhihu.com/question/299990575/answer/520876263

什么是液金

https://www.zhihu.com/question/340481136/answer/787865558

镓的各种神奇现象

https://www.youtube.com/watch?v=CMhC9FCs8m8

https://www.youtube.com/results?search_query=gallium

https://www.youtube.com/watch?v=IgXNwLoS-Hw

https://www.youtube.com/watch?v=9AR5ZIEYqT4&t=213s

https://www.youtube.com/watch?v=LySQPnYN1u8&t=27s

https://www.youtube.com/watch?v=BRW2r-ao5vg

https://www.youtube.com/watch?v=GomkCtRXtKs&t=283s

来源:狂丸科学

编辑:他和猫

难溶电解质的溶解平衡教案

金属的锈蚀与防护教案

金属的化学性质教案

金属材料的腐蚀与防护   陈小鸿 巴万兴 03级材料物理   关键词:腐蚀,防护,化学腐蚀,电化学腐蚀,阻化剂,析氢腐蚀,吸氧腐蚀。   摘要: 当金属与周围介质接触时,由于发生化学作用或电化学作用而引起的材料性能的退化与破坏叫做金属的腐蚀。金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀,化学腐蚀使金属表面逾期提货非电解质溶液接触发生化学作用而引起的腐蚀:而电化学腐蚀使由于金属及其合金在周围介质的电化作用下而引起的腐蚀,实质上由于金属表面形成许多微小的短路原电池的结果。   影响金属电化学腐蚀的因素较多,包括金属的活泼性,金属在特定介质中的电极电势及环境的酸度。   避免发生电化学腐蚀的方法很多:可以隔绝金属与周围介质的接触,即避免腐蚀原电池的形成。   意义: 腐蚀会给人类带来危害,引起惊人的损害。但也可以利用其为人类造福。例如,工程技术中常利用腐蚀原理进行材料加工,“化学蚀剂”方法就是利用其进行金属定域“切削”的加工方法。学习本试验可以了解金属腐蚀的基本原理以及金属材料放腐蚀的方法   试验过程: 金属腐蚀可按产生的机理分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀是指材料与周围介质直接发生化学反应,但反应过程中不产生电流的腐蚀过程;电化学腐蚀是指金属与离子导电性介质发生电化学反应,反应过程中有电流产生的腐蚀过程;物理腐蚀是指由于单纯的物理溶解而产生的腐蚀。   针对金属腐蚀的不同种类,对金属的防护有以下几种方法:改变金属内部结构、保护层法、电化学保护法、对腐蚀介质进行处理、电化学保护法。   1. 微电池的显示法。取10ml0.01mol/dm3NaCl,0.3ml1%K3[Fe(CN)6],1%酚酞0.5ml,白明胶适量(一平匙)制成铁锈指示剂。将铁锈指示剂加热成粘稠状,放置。待凝固前,涂在去锈的铁片上。10分钟以后观察。   2. 阴阳极防腐蚀镀层。取一镀锡、镀锌的铁片,用锉刀划破表面镀层,在划痕上分别滴几滴稀硫酸和一滴铁氰化钾,观察。   3 .阻化剂。取一铁片放入20% 的盐酸溶液中,加热到60~70℃,观察;然后加入六次甲基四胺,观察。   4. 析氢腐蚀。在试管放入3粒锌粒和约3ml0.1molHCl溶液,观察;取一根用砂纸擦进的铜丝,插入上述盛有锌粒的试管中,观察铜丝与锌粒未接触式以及接触时的情况。   5. 吸氧腐蚀。取一块铁片用砂纸擦去铁锈,洗净晾干,另取5滴NaCl、1滴K3[Fe(CN)6]溶液和1滴酚酞于试管中,摇匀。静止片刻后观察。   实验结果及讨论: 实验1中,可以看到出现蓝色斑点,这是因为铁片出现阴阳区,在阳极区,FeFe2++2e,2Fe2++2[Fe(CN)6]3-Fe3[Fe(CN)6]2 Fe2+溶于K3[Fe(CN)6]中反应而出现蓝色斑点。   实验2中,镀锡的铁片在划破处出现蓝色沉淀,说明铁层发生溶解,镀锌铁片出现气泡,没有蓝色沉淀,说明锌发生反应。证明了还原性的强弱为锌〉铁>锡。   实验3中,先是出现气泡,证明铁与稀硫酸反应,加入六次甲基四胺后没有气泡,说明铁的腐蚀结束。   实验4中,加入锌后,有气泡产生,加入铜丝(未接触)铜丝处无变化,接触后反应加剧,气泡大量产生。这是由于铜丝和锌组成了原电池造成的   实验5中,中心出现蓝斑,边缘出现粉红色。   致谢 : 本实验报告在完成时借用张志荣同学的电脑,在此表示感谢!   参考文献: 《材料化学实验讲义》 兰州大学物理科学与技术学院 (李波 卫秀成 刘文晶 编著 )

金属的腐蚀实验教案?? 是这个教案是金属的还是金属腐蚀教案?? 怕教案被腐蚀,最好的就是教案上铺一层塑料,这个塑料是橡胶之类的,不是塑料袋什么性质的金属的腐蚀和防护教学反思。