Контрольная работа по "Материаловедению"

№16.

 

Известно, что длина волны -линии одного элемента равна 0,1713 нм. Выяснить по таблице Менделеева, какой это элемент.

 

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∙10^-7 м – постоянная Ридберга.

 

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

 

Для  -линии значение постоянной экранирования b=1.

 

Решаем квадратное уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так как  не может принимать отрицательные значения, то

 

 

 

Z=21 − порядковый номер скандия  в периодической системе Менделеева.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№26.

 

Концентрация электронов на высоте 200 км в ночное время составляет 10⁵ см⁻³, а в дневное время такая концентрация электронов наблюдается на высоте 100 км. Радиосигнал какой частоты даст информацию о состоянии атмосферы на этих высотах в дневной и ночное время?

Решение:

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

 

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

       N_e=10⁵ см⁻³=10¹¹ м⁻³ − концентрация электронов

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

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

 

Частота радиосигнала

n

 

 

 

 

 

№36.

 

Для повышения урожайности семена пшеницы были намочены в растворе азотнокислого натрия, в котором натрий представлен радиоактивным изотопом  . Общая активность раствора, впитанного зерном, составила 1,6 мкКи. Во сколько раз уменьшится активность зерна через 3 суток после предпосевной обработки? Период полураспада равен

 

Решение:

 

Активность изотопа изменяется со временем по закону

 

l

 

 

Период  полураспада связан с постоянной распада соотношением:

 

 

Активность изотопа

 

 

 

 

 

здесь 

 

 

Определяем соотношение

 

 

 

активность уменьшилась в 29,144 раза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№46.

 

Уровень интенсивности шума в помещении, где работают 5 моторов, равен            L₅ = 80 дБ. Каков будет уровень интенсивности шума в этом помещении, если отключить два мотора?

 

Решение:

 

Интенсивность звука одного мотора

 

где 

 

При работе пяти моторов интенсивность звука равна

 

Отсюда, интенсивность звука одного мотора

 

 

Интенсивность звука трех моторов

 

 

Уровень интенсивности звука трех моторов

 

 

 

 

Это и есть уровень интенсивности шума  в помещении при отключении двух моторов.

 

 

 

 

 

№56.

 

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

 

Решение:

 

Йод – химический элемент VII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер - 53. Относительная атомная масса 126,9045.

 

I₂ – галоген. Темно-серые кристаллы с металлическим блеском. Летуч. Плохо растворяется в воде, хорошо – в органических растворителях (с фиолетовым или коричневым окрашиванием раствора) или в воде с добавкой солей – Йодидов. Слабый окислитель и восстановитель. Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами, металлами, неметаллами, щелочами, сероводородом. Образует соединения с другими галогенами.

 

Йодид натрия из водорослей, взаимодействуя с серной кислотой, выделяет Йод I₂; одновременно образуется сернистый газ – диоксид серы SO₂ и воду:

 

2NaI + 2H₂SO₄ = I₂ + SO₂ + Na₂SO₄ + 2H₂O

 

Физические свойства Йода.

 

Плотность Йода 4,94 г/см3, t_пл 113,5 °С, t_кип 184,35 °С. Молекула жидкого и газообразного Йода состоит из двух атомов (I₂). Заметная диссоциация I₂ 2I наблюдается выше 700 °С, а также при действии света. Уже при обычной температуре Йод испаряется, образуя резко пахнущий фиолетовый пар. При слабом нагревании Йод возгоняется, оседая в виде блестящих тонких пластинок; этот процесс служит для очистки Йода в лабораториях и в промышленности. Йод плохо растворим в воде (0,33 г/л при 25 °С), хорошо - в сероуглероде и органических растворителях (бензоле, спирте), а также в водных растворах Йодидов.

 

Химические свойства Йода.

 

Химически Йод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем  хлор и бром. С металлами Йод  при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя Йодиды.

Hg + I₂ = HgI₂

С водородом Йод реагирует  только при нагревании и не полностью, образуя йодистый водород.

I₂ + H₂ = 2НI

Элементный Йод - окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H₂S, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ и другие восстановители восстанавливают его до I^- .

I₂ + H₂S = S + 2НI

Хлор и другие сильные  окислители в водных растворах переводят  его в IO₃^-.

При растворении в воде Йода частично реагирует с ней;

I₂ + H₂O = HI + HIO

В горячих водных растворах  щелочей образуются Йодид и Йодат.

I₂ + 2KOH = KI + KIO + H₂O

3KIO = 2KI + KIO₃

При нагревании йод взаимодействует  с фосфором:

3I₂ + 2P = 2PI₃

Пары Йода ядовиты и раздражают слизистые оболочки. На кожу Йод оказывает прижигающее и обеззараживающее действие. Пятна от Йода смывают растворами соды или тиосульфата натрия.

 

Организм человека не только не нуждается в больших количествах Йода, но и с удивительным постоянством сохраняет в крови постоянную концентрацию (10^-5 – 10^-6 %) Йода, так называемое Йодное зеркало крови. Из общего количества Йода в организме около 25 мг, больше половины находится в щитовидной железе. Почти весь Йод, содержащийся в этой железе, входит в состав различных производных тирозина – гормона щитовидной железы, и только незначительная часть его около 1%, находится в виде неорганического Йода I^-.

 

Большие дозы элементного Йода опасны: доза 2 – 3 г смертельна. В то же время в форме Йодида допускается приём внутрь в больших дозах.

 

Если ввести в организм с пищей значительное количество неорганических солей Йода, концентрация его в крови повысится в 1000 раз, но уже спустя 24 часа Йодное зеркало  крови придёт в норму внутреннего  обмена и практически не зависит  от условий эксперимента.

 

В медицинской практике Йодорганические  соединения используется для рентгенодиагностики. Достаточно тяжелые ядра атомов Йода рассасывают рентгеновские лучи. При введении внутрь организма такого диагностического средства получают исключительно  чёткие рентгеновские снимки отдельных  участков тканей и органов.

 

В связи с большим или  меньшим недостатком Йода в пище и воде применяют Йодирование поваренной соли, содержащей обычно 10 – 25 г йодистого калия на 1 тонну соли. Применение удобрений, содержащих Йод, может удвоить и утроить его содержание в сельскохозяйственных культурах. Кроме Йодирования соли в последние годы стали широко применять Йодирование других продуктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№66.

 

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

 

Решение:

 

Кадмий (лат. Cadmium)- химический элемент II группы периодической системы Д.И.Менделеева, атомный номер 48, атомная масса 112.41, состоит из смеси 8 стабильных изотопов. Серебристо-белый мягкий металл с синеватым отливом, ковкий, тягучий, легкоплавкий (t_плав. 321,1 ^oС), плотность 8,65 г/см³ (что позволяет отнести кадмий к тяжелым металлам). Химически подобен цинку, но менее активен. 

 

Влияние на качество воды.

 
    В естественных условиях кадмий попадает в подземные воды в результате выщелачивания руд цветных металлов, а также в результате разложения водных растений и организмов, способных его накапливать. В последние десятилетия превалирующим становится антропогенный фактор загрязнения кадмием природных вод. Стоки рудообогатительных фабрик, заводов по производству цветных металлов, химических и прочих промышленных предприятий вносят в наше время основной вклад в сбросы кадмия в природу. По некоторым данным в мире ежегодно в окружающую среду выбрасывается около 5000 т кадмия.  
    Кадмий присутствует в воде в растворенном виде (сульфат, хлорид, нитрат кадмия) и во взвешенном виде в составе органо-минеральных комплексов. На содержание кадмия в воде существенное влияние оказывает pH среды (в щелочной среде кадмий выпадает в осадок в виде гидроксида), а также сорбционные процессы.  
    По данным ВОЗ в незагрязненных природных водах содержания кадмия составляет существенно меньше 1 мкг/л (порядка 0.02 - 0.3 мкг/л). Однако в загрязненных районах его концентрация в воде может достигать десятков микрограмм на литр. Существует определенная, хотя и не большая опасность загрязнения питьевой воды за счет процессов коррозии цинка гальванизированных труб и другой водопроводной арматуры, так как цинк очень часто содержит примеси кадмия.

 

Пути поступления  в организм.

 
    Естественными источниками поступления кадмия в организм служат пища (90-95)%, вода (5-10%) и воздух (примерно 1%).  
    Суммарное суточное поступление кадмия в организм человека из всех источников составляет 10-50 мкг. Основным и наиболее "стабильным" источником является пища - в среднем от 10 до 30-40 мкг кадмия в сутки. Овощи, фрукты, мясо животных, рыба содержат обычно 10-20 мкг кадмия на килограмм веса. Однако нет правил без исключений. Злаковые культуры, выросшие на загрязненной кадмием почве, либо поливавшиеся содержащей кадмий водой могут содержать повышенное количество кадмия (более 25 мкг/кг). Особенной способностью накапливать кадмий отличаются грибы. По некоторым сведениям, содержание кадмия в грибах может достигать единиц, десятков и даже 100 и более МИЛЛИГРАММ (т.е. тысяч мкг) на кг собственного веса. Употребление таких грибов может быть просто опасно для жизни. Повышенные концентрации кадмия могут содержаться в печени (10-100 мкг/кг) и особенно в почках (100-1000 мкг/кг) животных, а также в различных моллюсках, например, в устрицах (200-1000 мкг/кг).  
    Суточное потребление кадмия с водой, как правило, не превышает 2-5 мкг, хотя и может в отдельных местах достигать 20 мкг. Поступление кадмия с дыханием для населения, проживающего в незагрязненных районах, в т.ч. в городах, не превышает 0.1 - 0.8 мкг в сутки, а для проживающих в окресностях предприятий, служащих источником кадмиевого загрязнения, - до 2-10 мкг в сутки.  
    Существенную "прибавку" кадмия получают курильщики. Одна сигарета содержит 1 мкг (а иногда и более - до 2 мкг) кадмия. Вот и считайте - человек, выкуривающий в день пачку сигарет подвергает свой организм дополнительному воздействию как минимум 20 мкг кадмия, которые, для справки, не задерживаются даже угольным фильтром.  
    Необходимо также отметить, что через легкие кадмий легче усваивается организмом - до 10-20%. Т.е. из одной пачки сигарет усвоится 2 - 4 мкг кадмия. При поступлении же через желудочно-кишечный тракт, процент усвояемости составляет лишь 4-7% (0.2 - 5 мкг кадмия в сутки абсолютных цифрах). Таким образом курильщик как минимум в 1,5-2 раза увеличивает "нагрузку" на свой организм по кадмию, что чревато неблагоприятными для здоровья последствиями.

 

Потенциальная опасность  для здоровья.

 
    Кадмий - один из самых токсичных тяжелых металлов и поэтому Российским СанПиНом он отнесен ко 2-му классу опасности - "высокоопасные вещества". Некоторые источники даже называют кадмий "наиболее опрасным экотоксикантом на рубеже тысячелетий".  
    Как и многие другие тяжелые металлы, кадмий имеет отчетливую тенденцию к накоплению в организме - период его полувыведения составляет 10-35 лет. К 50 годам его общее весовое содержание в теле человека может достигать 30-50 мг. Главным "хранилищем" кадмия в организме служат почки (30-60% всего количества) и печень (20-25%). Остальной кадмий находится в поджелудочной железе, селезенке, трубчатых костях, других органах и тканях. В основном кадмий находится в организме в связанном состоянии - в комплексе с белком-металлотионеином (являющимся, таким образом естественной защитой организма, по последним данным альфа-2 глобулин также связывает кадмий), и в таком виде он менее токсичен, хотя и далеко не безвреден. Даже "связанный" кадмий, накапливаясь годами способен привести к неприятностям со здоровьем, в частности к нарушению работы почек и повышенной вероятности образования почечных камней. К тому же часть кадмия остается в более токсичной ионной форме. Кадмий химически очень близок к цинку и способен замещать его в биохимических реакциях, например, выступать как псевдоактиватор или, наоборот, ингибитор содержащих цинк белков и ферментов (а их в организме человека более двухсот). Кадмий является также антагонистом кальция и железа и способен замещать эти элементы, например, кальций в костной ткани. Поэтому недостаток в организме цинка, железа и кальция может привести к 2-3 кратному повышению усвояемости кадмия из желудочно-кишечного тракта (до 15-20%).  
      Данные о канцерогенности кадмия ограничены. В опытах на животных не было зафиксировано возрастание числа опухолей при употреблении кадмия внутрь. Такая тенденция наблюдалась только при вдыхании частиц пыли, содержащих неорганические соединения кадмия. Международным Агентством по Изучению Рака кадмий был отнесен к Группе 2А - "агенты, вероятно являющиеся канцерогенными для человека".