Контрольная работа по "Материаловедению"

№10.

 

Найдите границы серии Лаймана (в частотах и длинах волн). Сопоставьте эти  данные с интервалами частот и  длин видимого света. В   каком  диапазоне частот находятся эти  линии.

 

Решение:

 

Обобщенная формула Бальмера, описывающая  серии спектра водорода

 

n

 

где  nl − частота спектральных линий в спектре атома водорода;

         – постоянная Ридберга для водорода;

       m – определяет серию;   

n − определяет отдельные линии соответствующей линии;

         m=1, n = 2,3,4,… серия Лаймана.

 

Определяем частоты спектральных линий

n

n

n

 

при 

n

 

Определяем длины волн

ln

ln

ln

 

ln

 

Спектр видимого излучения начинается фиолетовым цветом и заканчивается красным светом. Длина волны фиолетовых лучей 380 нм, красных – 760 нм.

Найденные длины волн не попадает в этот диапазон.

 

Все линии серии находятся в  ультрафиолетовом диапазоне, в интервале частот волн от 2,468∙10¹⁵ Гц до 3,29∙10¹⁵ Гц.

 

 

 

 

№20.

 

Известно, что санитарная норма  в России воздействия электромагнитного  излучения в ближней зоне радиолокационных и телевизионных станций составляет не более 10 мкВт/см².

Определить верхнюю границу  напряженности электрического поля в электромагнитной волне.

 

Решение:

 

Плотность потока электромагнитной энергии – вектор Умова-Пойнтинга

 

 

 

так как векторы    взаимно перпендикулярны, то

 

 

 

 

Связь между мгновенными значениями напряженностей электрического Е и магнитного Н полей электромагнитной волны

 

 

 

Выразим    через

 

 

здесь  – электрическая постоянная,

 – магнитная  постоянная,

  и    равны единице.

 

Получаем

 

 

 

Напряженность электрического поля

 

 

 

 

 

 

 

№30.

 

Какая доля начального количества атомов распадется за один год в радиоактивном изотопе тория  . Период полураспада этого изотопа

 

Решение:

 

Основной закон радиоактивного распада

 

l

 

где N – число не распавшихся атомов в момент времени t;

     N₀ – число не распавшихся ядер в момент времени, принятый за начальный;

     e − основание натурального логарифма;  

     l − постоянная  радиоактивного распада.

 

Период  полураспада связан с постоянной распада соотношением:

 

 

В начальный  момент времени 

 

 

 

В момент времени 

 

l

 

Определяем долю нераспавшихся атомов за один год

 

 

 

Соответственно, доля распавшихся атомов

 

 

 

 

или 0,0099%.

 

 

 

 

 

 

 

№40.

 

Известно, что человеческое ухо  воспринимает упругие волны в  интервале частот от n  до  n. Каким длинам волн соответствует этот интервал в воздухе? В воде? Скорости звука в воздухе и воде равны соответственно    и              .

 

Решение:

 

Скорость распространения звука , длина волны l и частота звука n  связаны соотношением

 

ln

 

Определим длины волн в воздухе

 

ln

 

ln

 

Определим длины волн в воде

 

ln

 

ln

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№50.

 

Опишите основные и опасные свойства, напишите соответствующие уравнения  химических реакций селена и его соединений 

 

Решение:

 

Воздействие на человека

 

Общая характеристика воздействия:

Селен и его соединения относятся к веществам с высокой токсичностью при воздействии на организм.

Селен в токсичных дозах обладает политропным действием с преимущественным поражением печени, почек и центральной нервной системы. Способен накапливаться в организме, относится тиоловым ядам.

В организм человека поступает  ингаляционным путем и через  кожу главным образом в производственных условиях, в желудок - с пищей и  питьевой водой.

 

Наблюдаемые симптомы

 

при ингаляционном воздействии:

Раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей и  глаз, сухой кашель, насморк, сильное  жжение в носу, общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тошнота, рвота. Чесночный запах выдыхаемого воздуха, такой же запах кожи, потеря сознания, коллапс (остро развивающаяся сосудистая недостаточность).

 

при попадании внутрь организма:

Снижение двигательной активности, одышка, тошнота, диарея, потеря аппетита, кахексия (болезненное состояние, характеризующееся истощением, связанное с нарушением усвоения питательных веществ).

 

при попадании на кожу:

Отек, покраснение, аллергическая  сыпь, ожоги и дерматиты.

 

при попадании в глаза:

Боль в глазах, покраснение конъюнктивы, слезотечение. Ингаляционное воздействие также вызывает раздражение слизистых оболочек глаз.

 

 

Воздействие на окружающую среду (воздух, вода, почва)

 

Может загрязнять водные объекты  и почву. При попадании в водоемы нарушает санитарный режим, токсичен для рыб и низших водных организмов.

Кумулируется почвой и  растениями, вреден для растительного покрова.

Селен изменяет органолептические  свойства воды, придавая запах и изменяя ее привкус, угнетает растительность.

 

 

 

 

 

Химические свойства

 

Селен — аналог серы. Так же, как и серу, его можно сжечь на воздухе. Горит синим пламенем, превращаясь в двуокись SeO₂. Только SeO₂ − не газ, а кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Получить селенистую кислоту                            (SeO₂ + H₂O → H₂SeO₃) ничуть не сложнее, чем сернистую. А действуя на неё сильным окислителем (например, HClO₃), получают селеновую кислоту H₂SeO₄, почти такую же сильную, как серная.

 

Селеноводород (хим. формула H₂Se) — соединение водорода и селена. Представляет собой бесцветный горючий газ с отвратительным запахом при нормальных условиях.

Селеноводород − самое токсичное соединение селена.

Химические свойства селеноводорода схожи со свойствами сероводорода, хотя H₂Se обладает большей кислотностью                                                                                       (pK_a = 3,89 при 25 °C), чем H₂S (pK_a = 11,0 при 25 °C). Учитывая высокую кислотность, селеноводород растворим в воде.

При горении селеноводорода в воздухе или кислороде образуется оксид селена и вода.

 

Для получения селеноводорода используется несколько реакций, в  том числе:

• H₂Se получают из реакции воды и селенида алюминия Al₂Se₃, сопровождающейся выделением гидроксида алюминия.
• Аналогичный результат получается при кислотном гидролизе селенида железа (II) FeSe:

Al₂Se₃ + 6 H₂O ⇌ 2 Al(OH)₃ + 3 H₂Se

 

 

Триоксид селена − SeO₃ представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде с образованием селеновой кислоты.

 

Триоксид селена (т. пл. 121 °С) удобно получать по схеме:

 

нагревание К₂SеО₄ с SO₃; в результате взаимодействия веществ образуется жидкая смесь SeO₃ и SO₃, из которой более летучий SO₃ может быть легко отогнан.

 

К₂SеО₄ + SO₃  К₂SO₄ + SеО₃

 

Триоксид селена обладает сильными окислительными свойствами: окисляет даже охлажденную соляную  кислоту.

Триокисид селена также образует две модификации − асбестовидную и стекловидную.

 

 

 

№60.

 

Проанализировать абсорбцию, распределение и токсичность  металла    (свинец ) в организме человека и животных.

 

Решение:

 

В настоящее время известно, что свинец может сохраняться в организме человека

годами и разрушать  его, особенно воздействуя на нервную  систему, желудочно-кишечный тракт и кроветворные органы. В особо тяжелых случаях отравление свинцом (сатурнизм) может привести к потере зрения и слуха, параличу или летальному исходу.

 

Вместе с тем имеются  тысячи примеров применения свинца в современной жизни человека, и, чтобы удовлетворить потребности общества, ежегодно производятся тысячи тонн этого металла.

 

Вследствие этого, загрязнение  свинцом и накопление его соединений в природной среде с каждым годом представляют все большую угрозу для здоровья человека и природных экосистем. Загрязнение и отравление свинцом является особенно серьезной проблемой в тех местностях, где добывается и обогащается руда и выплавляется свинец.

Опасные для здоровья человека районы, где уровень промышленного загрязнения природной среды свинцом очень высок, характерны для промышленно развитых стран.

 

Свинец, содержащийся в земной коре, может вымываться под воздействием атмосферных процессов, переходя постепенно в океаны.

 

Ионы Рb ²⁺ довольно нестабильны, и содержание свинца в ионной форме составляет всего 10 ^–8 %.

 

Ионы свинца, поступившие в организм, соединяются с сульфгидрильными и другими функциональными группами ферментов и некоторых других жизненно важных белковых соединений. Соединения свинца тормозят синтез порфирина, вызывают нарушение функций центральной и периферической нервной системы. Около 90 % ионов свинца, поступивших в кровь, связываются эритроцитами.

 

Неорганические соединения свинца (Pb²⁺) нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов, у детей вызывая умственную отсталость, заболевания мозга. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. Органические соединения свинца еще более токсичны. Степень отравления свинцом определяют по концентрации его в крови. Безопасным уровнем содержания его считается (0,2 - 0,8) ∙ 10 ^-4 %.

 

Свинец, каким бы путем  ни поступал в организм, главным  образом аккумулируется в костях. Интересное исследование выполнено  в Польше. Концентрация свинца в  скелете людей, живших в средние  века, в 10 раз больше, чем в костях современных людей. Наблюдения за подопытными  обезьянами показали, что увеличение содержания свинца в крови в 2 раза вызывает острую стрессовую ситуацию.

 

Свинец не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и относится к I классу опасности. Биологический период полураспада  свинца в костях - около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с  возрастом увеличивается, и в 30-40 лет у лиц, по роду занятий не связанных  с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг.