Контрольная работа по "Материаловедению"

№15.

 

Вычислить приближенно длину волны -линии    и соответствующую этой длине волны частоту.

 

Решение:

 

Закон Мозли утверждает, что корень квадратный из частоты характеристического  рентгеновского излучения атома  химического элемента и его атомный  номер Z связаны линейной зависимостью.  Это дает возможность определить порядковый номер Z неизвестного элемента, если известна частота изучения для К-серии:

 

l

 

где Z – порядковый номер элемента, из которого сделан анитикатод;

      b – постоянная экранирования;

      k и n – номера электронных орбит;

    R =1,097∙10⁷ м⁻¹ – постоянная Ридберга.

 

В рентгеновских спектрах серия  К – самая коротковолновая, ей соответствуют переходы между орбитами с квантовыми числами n=2  и k=1.

 

 

Z=26 − порядковый номер железа в периодической системе Менделеева.

 

Для  -линии значение постоянной экранирования b=1.

 

Длина волны

 

l

 

Частота линий спектра

 

nl

 

Частота волны электромагнитного излучения

 

 

nl

 

 

 

 

 

 

 

 

№25.

 

Радиосигнал посылается вверх  и отражается от F₁-слоя на высоте 200 км. Концентрация электронов в F₁-слое равна 10⁶ см⁻³ в дневное время. Определите частоту радиосигнала.

Решение:

F-слой ионосферы представляет собой плазменный слой с концентрацией электронов, которая меняется в зависимости от времени суток. Диэлектрическая проницаемость плазмы равна:

e = 1- (w₀/w)² = 1−е² N_е/mw² e₀.

 

Электромагнитные волны  отражаются от границы слоя, если круговая частота

Круговая частота:

w=2p v

 

Для F₁-слоя:

где е=1,6∙10⁻¹⁹ Кл – элементарный заряд

       N_e=10⁶ см⁻³=10¹² м⁻³ − концентрация электронов в F₁-слое

  e₀=8,85∙10⁻¹² Ф/м − электрическая постоянная

                    m_e=9,11∙10⁻³¹ − масса электрона

 

Частота радиосигнала

n

 

 

 

 

 

№35.

 

Для уничтожения вредителей зерна  в зернохранилище используют кобальт    в виде проволоки массой 1 г. Содержание радиоактивного кобальта в проволоке составляет 0,01% от массы проволоки. Определить активность A радиоактивного кобальта. Период полураспада этого изотопа  равен года.

 

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.

 

 

Молярная масса кобальта 

 

 

Масса радиоактивного изотопа 

 

 

Число атомов радиоактивного изотопа

 

 

где  – постоянная Авогадро

 

 

Период  полураспада связан с постоянной распада соотношением:

 

 

Активность изотопа

 

l

 

здесь 

 

 

 

 

 

 

 

№45.

 

Уровень интенсивности шума мотора L = 60 дБ. Каков будет уровень интенсивности, если будут одновременно работать:

 

1) три таких мотора;

 

2) десять таких моторов?

 

Решение:

 

Интенсивность звука

 

где 

 

1) При работе трех моторов  интенсивность звука будет равна

 

Уровень интенсивности

 

 

2) При работе десяти моторов интенсивность звука будет равна

 

Уровень интенсивности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№55.

 

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

 

Решение:

 

Фтор (лат. Fluorum), F, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, относится к галогенам, атомный номер 9, атомная масса 18,998403; при нормальных условиях − газ бледно-жёлтого цвета с резким запахом.

 

С химической стороны фтор может быть охарактеризован как  одновалентный металлоид, и притом самый активный из всех металлоидов. Обусловлено это рядом причин, в том числе легкостью распада  молекулы F₂ на отдельные атомы − необходимая для этого энергия составляет лишь 38 ккал/моль (против 118 ккал/моль для О₂ и 58 ккал/моль для Сl₂). Атомы фтора обладают значительным сродством к электрону и сравнительно малыми размерами. Поэтому их валентные связи с атомами других элементов оказываются прочнее аналогичных связей прочих металлоидов (например, энергия связи Н-F составляет − 135 ккал/моль против 110 ккал/моль для связи  Н-О и 103 ккал/моль для связи Н-Сl). 

 

Практическое использование  свободного фтора развилось сравнительно недавно. Потребляется он главным образом  для фторирования органических соединений (т. е. замены в них водорода на фтор). Процесс этот приобрел большое значение, так как многие фторорганические производные обладают весьма ценными  свойствами. Необходим фтор и для  получения соединений инертных газов.

 

В отличие от свободного фтора фтористый водород (HF) и многие его производные используются уже с давних пор.

Непосредственное соединение фтора с водородом сопровождается значительным выделением тепла:

Н₂ + F₂ = 2 HF + 130 ккал

Реакция протекает обычно со взрывом, который происходит даже при сильном охлаждении газов  и в темноте. Практического значения для получения HF этот прямой синтез не имеет, но, в принципе, он может быть использован для создания реактивной тяги.

Химическая активность HF существенно зависит от отсутствия или наличия воды. Сухой фтористый водород не действует на большинство металлов. Не реагирует он и с окислами металлов. Однако если реак ция с окислом начнется хотя бы в ничтожной степени, то дальше она некоторое время идет с самоускорением, так как в результате взаимо действия по схеме

MO + 2 HF = MF₂ + Н₂O

количество воды увеличивается.

 

Подобным же образом действует  фтористый водород и на окислы некоторых металлоидов. Практически  важно его взаимодействие с двуокисью  кремния — SiO₂ (песок, кварц), которая входит в состав стекла. Реакция идет по схеме

SiO₂ + 4 HF = SiF₄ + 2 H₂O

Поэтому фтористый водород  нельзя получать и сохранять в  стеклянных сосудах.

На взаимодействии HF и SiO₂ основано применение фтористого водорода для травления стекла. При этом вследствие удаления части чек SiO₂ его поверхность становится матовой, что и используют для нанесения на стекло различных меток, надписей и т. п.

 

В водном растворе HF ведет себя как одноосновная кислота средней силы. Продажный раствор этой фтористсводородной(иначе, плавиковой) кислоты содержит обычно 40 % HF.

 

 

Техника безопасности. Фтор токсичен, предельно допустимая концентрация его в воздухе примерно 2·10^-4 мг/л, а предельно допустимая концентрация при экспозиции не более 1 ч составляет 1,5·10^-3мг/л.

 

Фтор в организме. Фтор постоянно входит в состав животных и растительных тканей; микроэлемент. В виде неорганических соединений содержится главным образом в костях животных и человека -100-300 мг/кг; особенно много Фтора в зубах. Кости морских животных богаче Фтором по сравнению с костями наземных. Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание Фтора в которой 1-1,5 мг/л. При недостатке Фтора у человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении - флюороз. Высокие концентрации ионов Фтора опасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом отношении элементов. (Р, Са, Mg и других), нарушающему их баланс в организме. Органические производные Фтора обнаружены только в некоторых растениях (например, в южноафриканском Dichapetalum cymosum). Основные из них - производные фторуксусной кислоты, токсичные как для других растений, так и для животных. Установлена связь обмена Фтора с образованием костной ткани скелета и особенно зубов.

 

Отравления Фтором возможны у работающих в химические промышленности, при синтезе фторсодержащих соединений и производстве фосфорных удобрений. Фтор раздражает дыхательные пути, вызывает ожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочек гортани и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения; в тяжелых случаях - отек легких, поражение центральной нервной системы и других; при хроническом - конъюнктивит, бронхит, пневмония, пневмосклероз, флюороз. Характерно поражение кожи типа экземы. Первая помощь: промывание глаз водой, при ожогах кожи - орошение 70%-ным спиртом; при ингаляционном отравлении - вдыхание кислорода. Профилактика: соблюдение правил техники безопасности, ношение специальной одежды, регулярные медицинские осмотры, включение в пищевой рацион кальция, витаминов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№65.

 

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

 

Решение:

 

Кобальт (лат. Cobaltum), Со, химический элемент первой триады VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 27, атомная масса 58,9332; тяжёлый металл серебристого цвета с розоватым отливом. В природе элемент представлен одним устойчивым изотопом ⁵⁹Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший ⁶⁰Со.

 

Содержание кобальта в  организме человека и животных достаточно велико: в селезенке − 3,5 мг%, в печени (сухой массы) − 2,5 мг%, в мышцах − 2,5 мг%, в крови − около 60 мг%.

 

Сегодня уже известны следующие свойства кобальта: 

Кобальт необходим для  нормальной деятельности поджелудочной  железы, а также для образования  красных кровяных телец; 

Кобальт регулирует содержание адреналина (гормона надпочечников  — желез выживания). Это значит, что всем, кто страдает диабетом, анемией, в том числе и раком  крови, пониженным уровнем иммунитета (спидом), надо прежде всего ввести в  свой рацион продукты, богатые кобальтом, а также витамином В12 и марганцем; 

Кобальт и марганец предупреждают  раннюю седину в волосах, улучшают их состояние; Известно, что кобальт  активно стимулирует процессы кроветворения, увеличивает синтез нуклеиновых  кислот (постоянной и необходимой  составной части всех живых систем, которые играют огромную роль в синтезе  белка и передачи наследственных признаков; 

Кобальт помогает восстановлению (регенерации) клеток, тканей органов  и систем организма после тяжелых  заболеваний; 
Кобальт необходим для обмена веществ аминокислот, без которых в нашем организме не формируются протеины (белки).

 

Врачи часто назначают от 50 до 150 мг кобальта в сутки при малокровии, инфекционных, токсичных, злокачественных болезнях почек. Однако лучше кобальт, да и любой микроэлемент, получать из естественных продуктов, где в сочетании есть и витамины и микроэлементы и неведомые еще науке их сочетания. Нам всем необходимо использовать в своем рационе естественные источники кобальта.

 

Суточная потребность  человека в Кобальте равна примерно 7−15 мкг и удовлетворяется за счёт его поступления с пищей. Потребность животных в Кобальте зависит от их вида, возраста и продуктивности. Наиболее нуждаются в Кобальте жвачные, которым он необходим для развития симбиотической микрофлоры в желудке (главным образом в рубце). Суточная потребность в Кобальте у дойных коров составляет 7−20 мг, у овец − около 1 мг. При недостатке Кобальта в рационе снижается продуктивность животных, нарушаются обмен веществ и кроветворение, у жвачных возникают эндемичные заболевания − акобальтозы.