Контрольная работа по "Материаловедению"

Задача №11.

Найдите границы серии  Бальмера (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=2, n = 3,4,5,… серия Бальмера.

 

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.

 

Первые 4 линии серии находятся в видимом диапазоне, остальные − в ультрафиолетовом:

 

занимающим диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением (380 − 10 нм, 7,9×10¹⁴ − 3×10¹⁶ Гц). 

 

 

 

Задача №21.

Считая, что на внешнее  излучение уходит 10 процентов мощности СВЧ – печки, определить безопасное расстояние, если при работе печи не более 20 минут предельная допустимая плотность энергии равна 1 мВт/см². СВЧ – печь считать за точечный источник мощностью 1 кВт.

Решение:

Если считать печь точечным источником излучения, то энергия, приходящаяся на единицу площади в единицу  времени (т.е. плотность потока энергии  или плотность мощности) на расстоянии r равна:

h

При продолжительности воздействия  излучения не более 20 мин санитарные нормы ограничивают плотность потока энергии не более 

S₀ = 1∙10⁻³/10⁻⁴ Вт/м²= 10 Вт/м².

Это означает, что находиться около источника можно только на расстояниях, на которых модуль вектора  излучения Умова-Пойнтинга (плотность потока энергии) будет меньше, чем S₀ .

S (r) < S₀ ;

h

h

Проведем вычисления:

 

 

Следовательно, находиться можно только на расстояниях, больших, чем

r > r₀ = 0,892 м.

Задача №31.

В кровь человека ввели  небольшое количество раствора, содержащего    с активностью                                                                                             Активность 1 см³ крови через 5 ч оказалась .

Найти объем крови человека. Период полураспада натрия  .

Решение:

Активность изотопа изменяется со временем по закону

А=A₀ e^−l∙t;

l − постоянная радиоактивного распада.

Применительно к условию задачи активность всего объема крови

где − объем крови человека.

Получаем уравнение:

l

l

Период полураспада связан с постоянной распада соотношением:

 

 

 

Определяем объем крови  человека

 

что составляет примерно

 

Это сопоставимо с объемом  крови взрослого человека.

 

 

Задача №41.

Разрыв барабанной перепонки  наступает при уровне интенсивности  звука            L_i= 150 дБ. Определите интенсивность и амплитудное значение звукового давления в волне для звука частотой  n, при которых может наступить разрыв барабанной перепонки.

Решение:

Уровень интенсивности звука  в децибелах:

Интенсивность звука

 

где 

получаем

 

Уровень звукового давления L_p в децибелах связан с амплитудой звукового давления  р соотношением

 

Поскольку  р₀ = 2 ^. 10^-5 Па  (амплитуда звукового давления при нулевом уровне громкости), то амплитуда звукового давления  

                  

 

 

 

Задача №51.

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

 

Решение:

Фосфор (лат. Phosphorus) P – химический элемент V группы периодической системы Менделеева атомный номер 15, атомная масса 30,973762(4).

 

К основным соединениям фосфора  относят оксиды, кислоты и их соли (фосфаты, дигидрофосфаты, гидрофосфаты, фосфиды, фосфиты).

Очень много веществ, содержащих фосфор, содержатся в удобрениях. Такие  удобрения называют фосфорными.

Фосфор имеет несколько  аллотропных модификаций – белый, красный, чёрный, коричневый, фиолетовый фосфор и др. Первые три из названных наиболее изучены.

 

Фосфор – неметалл. В  соединениях он обычно проявляет  степень окисления +5, реже – +3 и –3 (только в фосфидах).

Реакции с белым фосфором идут легче, чем с красным.

 

I. Взаимодействие с простыми веществами.

 

1. Взаимодействие с галогенами:

2P + 3Cl₂ = 2PCl₃ (хлорид фосфора (III)),

PCl₃ + Cl₂ = PCl₅ (хлорид фосфора (V)).

2. Взаимодействие с нематаллами:

2P + 3S = P₂S₃ (сульфид фосфора (III).

3. Взаимодействие с металлами:

2P + 3Ca = Ca₃P₂ (фосфид кальция).

4. Взаимодействие с кислородом:

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ (оксид фосфора (V), фосфорный ангидрид).

 

II. Взаимодействие со сложными веществами.

3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO↑.

 

Фосфор образует несколько  оксидов. Важнейшими из них являются оксид фосфора (V) P₄O₁₀ и оксид фосфора (III) P₄O₆. Часто их формулы пишут в упрощённом виде – P₂O₅ и P₂O₃. В структуре этих оксидов сохраняется тетраэдрическое расположение атомов фосфора.

 

Оксид фосфора (V) P₄O₁₀ – белый кристаллический порошок. Температура возгонки 36°С. Имеет несколько модификаций, одна из которых (так называемая летучая) имеет состав Р₄О₁₀. Кристаллическая решётка этой модификации слагается из молекул Р₄О₁₀, связанных между собой слабыми межмолекулярными силами, легко разрывающимися при нагревании. Отсюда и летучесть этой разновидности. Другие модификации полимерны. Они образованы бесконечными слоями тетраэдров РО₄.

При взаимодействии Р₄О₁₀ с водой образуется фосфорная кислота:

P₄O₁₀ + 6H₂O = 4H₃PO₄.

Будучи кислотным оксидом, Р₄О₁₀ вступает в реакции с основными оксидами и гидроксидами.

Образуется при высокотемпературном  окислении фосфора в избытке  кислорода (сухого воздуха).

Благодаря исключительной гигроскопичности оксид фосфора (V) используется в лабораторной и промышленной технике в качестве осушающего и дегидратируюшего средства. По своему осушающему действию он превосходит все остальные вещества. От безводной хлорной кислоты отнимает химически связанную воду с образованием её ангидрида:

4HClO₄ + P₄O₁₀ = (HPO₃)₄ + 2Cl₂O₇.

 

Фосфор является составной  частью тканей организмов человека, животных и растений. В организме человека большая часть фосфора связана  с кальцием. Для построения скелета  ребенку требуется столько же фосфора, сколько и кальция. Кроме  костей, фосфор содержится в нервной  и мозговой тканях, крови, молоке. В растениях, как и у животных, фосфор входит в состав белков.

Из фосфора, поступающего в организм человека с пищей, главным  образом с яйцами, мясом, молоком  и хлебом, строится АТФ – аденозинтрифосфорная кислота, которая служит собирателем  и носителем энергии, а также  нуклеиновые кислоты – ДНК  и РНК, осуществляющие передачу наследственных свойств организма. Наиболее интенсивно АТФ расходуется в активно  работающих органах тела: в печени, мышцах, мозгу.

Фосфор существует в природе  в виде соединений, содержащихся в  почве (или растворенных в природных  водах). Из почвы фосфор извлекается  растениями, а животные получают фосфор с растительной пищей. После отмирания растительных и животных организмов фосфор снова переходит в почву. Так осуществляется круговорот фосфора в природе.

 

 

 

Задача №61.

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

 

Решение:

 Мышьяк (As) − химический элемент из группы неметаллов, содержится в небольших количествах во всех животных и растительных организмах. Мышьяк − высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему.

 

Мышьяк попадает в организм чаще всего не в элементной форме, а в виде соединений. Хроническое  отравление (при поступлении в  организм в малых дозах, но в течение  длительного времени) проявляется  в раздражении слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Кроме того, появляется непроходящий насморк, кашель, конъюнктивит, кровохарканье, а в более тяжелых случаях присоединяются симптомы поражения центральной нервной системы. Соединения мышьяка оказывают раздражающее действие на кожу. При длительных действиях они могут вызвать образование злокачественных опухолей.

 

При остром отравлении, т.е. при попадании в желудок в  большой дозе, появляется металлический  привкус во рту, наблюдается затруднение  глотания, вызывается рвота и проявляются  сильные боли в животе с последующим  поносом. При очень сильных отравлениях  может развиться паралитическая форма – судороги различных мышц, потеря сознания, паралич сосудодвигательного и дыхательного центров.

 

Все эти симптомы вызваны  тем, что соединения мышьяка являются сильными капилляротоксическими ядами. Они вызывают увеличение проницаемости сосудистых стенок и паралич капилляров. Кроме того, при отравлениях мышьяком нарушаются обмен веществ и функция центральной и периферической нервной системы.

 

При оказании помощи в случаях  отравления соединениями мышьяка проводят промывание желудка теплой водой  и взвесью в воде оксида магния (магнезии), вводят антидоты (см. далее), немедленно и обязательно госпитализируют.

 

Следует отметить, что понос  – частая реакция организма на отравление. С древних времен при  отравлениях широко использовали лекарства, вызывающие рвоту, понос, усиленное  мочеотделение, потоотделение, слюновыделение. Этими путями стремились вывести из организма ядовитые вещества.

 

Следует также отметить, что непосредственный контакт соединений мышьяка с тканями, в частности As₂O₃, приводит к их гибели без предшествующего раздражения. Иными словами, гибель тканей протекает почти безболезненно. Это свойство соединений мышьяка и, в частности Аs₂O₃, используют в стоматологической практике для удаления нейронов (нервной ткани). Для этого на обнаженную пульпу зуба (ткань, содержащую нервы, кровеносные и лимфатические сосуды) наносят кусочек пасты величиной с булавочную головку. Содержащийся в ней Аs₂O₃ диффундирует в пульпу и через 24...48 ч нерв погибает.

 

Список используемой литературы

 

1. И з р а э л ь Ю. А. Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений. – М.: Наука, 2001.

2. О р л о в Д. С., С а д о в н и к о в а Л. К., Л о з а н о в с к а я И. Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. Уч. пос. – М.: Высшая школа, 2002.

3. К у к л е в Ю. И. Физическая экология. – М.: Высшая школа, 2001.

4. В и н о г р а д о в а Н. Ф. и др. Природопользование. – М.: Просвещение, 1995.

5. П р о т а с о в В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. – М.: Финансы и статистика, 2000.

6. Г и р о у с о в Э.  В. и др. Экология и экономика прородопользования. – М.: Закон и право, 1998.

7. С  м и р н о в С.  Н. Радиационная экология. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000.

8. У с м а н о в С.  М. Радиация. Справочные материалы. – М.: Владос, 2001.

9. Физика: Энциклопедия / Под ред.  Ю.  В.  П р о х о р о в а. – М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.

10. Естествознание: Энциклопедический словарь, сост.  В.  Д.  Ш о л л е – М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.

11. С  п о д о б а е в Ю.  М.,  К у б а н о в В.  П. Основы электромагнитной экологии. – М.: Радио и связь, 2000.

12. М а й с т р е н к о В.  Н.,  Х а м и т о в Р.  З.,  Б у д н и к о в Г.  К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. – М.: Химия, 1996.

13. П а н и н В.  Ф.,  С е ч и н А.  И.,  Ф е д о с о в а В.  Д. Экология для инженера. – М.: Ноосфера, 2000.