Контрольная работа по "Материаловедению"

№19.

 

При лазерном мониторинге содержания СО в атмосфере используется гелий-неоновый лазер с длиной волны 632,8 нм. Определить длины волн стоксовых и антистоксовых компонент рассеянного излучения, если частота колебаний молекулы СО равна 64,4∙10 ¹² Гц.

 

Решение:

 

Частота излучения лазера

nl

где  – скорость света.

 

Частота стоксовой компоненты комбинационного  рассеяния равна:

 

nnl

 

Частота антистоксовой компоненты комбинационного рассеяния равна:

 

nnl

 

Длина волны стоксовой компоненты

 

lnl

 

Длина волны антистоксовой компоненты

 

lnl

 

Получаем

 

n

 

l

 

n

 

l

 

 

 

№29.

 

Будут ли отражаться электромагнитные волны с граничной частотой 9 МГц  в дневное время от F₁-слоя на высоте 200 км, если концентрация электронов в нем равна  10⁵ см⁻³?

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

 

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

 

Так как

nn

то электромагнитные волны с граничной частотой 9 МГц будут отражаться в дневное время от F₁-слоя на высоте 200 км.

№39.

 

Для -лучей (энергией 1 МэВ) толщины половинных слоев ослабления алюминия и свинца соответственно равны:

 

 

Найдите линейные коэффициенты ослабления этих веществ.

 

Решение:

 

При прохождении -лучей через слой вещества происходит их поглощение, следовательно интенсивность -лучей экспоненциально убывает в зависимости от толщины слоя:

 

 

где – интенсивность -лучей в веществе на глубине

      – интенсивность -лучей, падающих на этот слой.

 

Пройдя поглощающий слой толщиной, равной толщине слоя половинного  ослабления, пучек -лучей будет иметь интенсивность

 

 

Интенсивность лучей при прохождении через алюминевую плиту

 

 

получаем

 

 

линейный коэффициент ослабления алюминия

 

 

 

 

Интенсивность лучей при прохождения через свинцовую плиту

 

 

получаем

 

 

линейный коэффициент ослабления свинца

 

 

 

 

 

№49.

 

Мимо железнодорожной платформы  проходит электропоезд. Наблюдатель, стоящий  на платформе, слышит звук сирены электропоезда. Когда поезд приближается, кажущаяся  частота звука ; когда поезд удаляется, кажущаяся частота . Найти скорость поезда и частоту звука, издаваемого сиреной электропоезда. Скорость звука 340 м/с.

 

Решение:

 

Согласно принципу Доплера, частота  звука, воспринимаемая наблюдателем, зависит  от скорости движения источника звука  и скорости  движения  наблюдателя. Эта зависимость выражается формулой

 

 

 

где n − частота звуковых волн, излучаемых источником;

       c − скорость звука;

       u − скорость движения источника;

      − скорость движения наблюдателя;

       − частота волн, воспринимаемых наблюдателем.

                                                 

Верхние знаки соответствуют встречному движению наблюдателя и источника, нижние – движению в противоположные  стороны.

 

 

1) Когда поезд приближается

 

 

 

2) Когда поезд удаляется

 

 

 

 

3) Решаем совместно уравнения (1) и (2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№59.

 

Опишите основные и опасные свойства, напишите соответствующие уравнения  химических реакций поверхностно-активных веществ 

 

Решение:

 

Поверхностно-активные вещества ПАВ - это вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела двух фаз и образующие на ней слой повышенной концентрации. Однако в понятие «поверхностно-активные вещества» (ПАВ) обычно вкладывают более узкий смысл, относя его лишь к группе органических соединений, адсорбция которых из их растворов даже очень малой концентрации приводит к резкому снижению поверхностного (межфазного) натяжения на поверхности раздела р-ра с газом (паром), др. жидкостью или твердым телом. Термин «поверхностное натяжение» принято употреблять по отношению к поверхности раздела конденсированной фазы с газом, а термин «межфазное натяжение» - по отношению к поверхности раздела двух конденсированных фаз. Накопление и ориентация в адсорбционном слое молекул или ионов ПАВ - следствие их дифильности (двойственности свойств). Каждая молекула типичных ПАВ имеет олеофильную, или липофильную, часть (один или несколько углеводородных радикалов) и гидрофильную часть (одну или несколько полярных групп). Т.е. поверхностная активность ПАВ, растворенных в углеводородных жидкостях, обусловлена гидрофильными группами, а растворенных в воде - олеофильными (гидрофобными) радикалами.

 

Влияние ПАВ на экологию

 

ПАВ делятся на те, которые  быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются  и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ  в окружающей среде − понижение поверхностного натяжения. Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO₂ и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако при адсорбированииПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемых в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

 

Одна из отличительных  особенностей воздействия ПАВ на окружающую среду состоит в том, что они способны усиливать воздействия  других загрязняющих веществ. Данный отрицательный  эффект получается за счет улучшения  инфильтрации (проникновения) загрязняющих веществ из почвы в водоемы, в  которых содержаться избыточные концентрации поверхностно-активных веществ.  Также ПАВ способны смывать с  поверхности закрепившиеся загрязнители и разрушать баланс загрязняющих веществ в окружающей среде, тормозя  процесс их естественной переработки.

 

     Необходимость  очистки сточных вод от ПАВ  очевидна. Для этих целей применяются  несколько способов и методов.  В качестве стандартных или  традиционных методов очистки  сточных вод от ПАВ наиболее  эффективными можно назвать: сорбционные  методы, флотация и реагентная  обработка.

       При  использовании флотации удается  в некоторых случаях достичь  высокого эффекта удаления ПАВ  из сточной воды. Но данный  метод не подходит для удаления  некоторых типов ПАВ и требует  высоких расходов реагентов, таких  как коагулянты и флокулянты.

      

Для реагентной обработки  сточных вод с содержанием  ПАВ используют сильные окислители. Наиболее практичным получается использование  гипохлорита натрия. Минус этого  метода заключается в большом  расходе реагента и увеличенным  содержанием остаточного активного  хлора в очищенной воде.

       

Сорбционный метод можно  назвать универсальным для очистки  сточных вод от любых ПАВ. Эффективность  очистки стоков зависит от типа применяемого материала. В большинстве случаев  применяют различные марки активированных углей. Но при больших концентрациях  ПАВ использование данного метода сопряжено с высокими экономическими затратами на частую замену сорбента.

 

Применение

 

Важнейшие области потребления  П.-а. в.: производство мыл и моющих средств для технических и  санитарно-гигиенических нужд; текстильно-вспомогательных  веществ, т. е. веществ, используемых для  обработки тканей и подготовки сырья  для них; лакокрасочной продукции. П.-а. в. используют во многих технологических  процессах химических, нефтехимических, химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют как присадки, улучшающие качество нефтепродуктов; как флотореагенты  при флотационном обогащении полезных ископаемых ; компоненты гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д. П.-а. в. облегчают механическую обработку металлов и др. материалов, повышают эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел. Незаменимы П.-а. в. как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст, эмульсий, пен). Кроме того, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для "собственных нужд" живыми организмами. Так, поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостей кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№60.

 

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

 

Решение:

 

Молибден (лат. Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 42, атомная масса 95,94; светло-серый тугоплавкий металл. В природе элемент представлен семью стабильными изотопами с массовыми числами 92, 94-98 и 100, из которых наиболее распространен ⁹⁸Мо (23,75%). Вплоть до 18 века основной минерал Молибден молибденовый блеск (молибденит) не отличали от графита и свинцового блеска, так как они очень схожи по внешнему виду. Эти минералы носили общее название "молибден" (от греч. molybdos - свинец).

 

Молибден в организме растений, животных и человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. Молибден необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов), катализирующих восстановление нитратов и азотфиксацию у растений (много молибдена в клубеньках бобовых), а также реакции пуринового обмена у животных.

 

В растениях Молибден стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и белков, повышает содержание хлорофилла и витаминов. При недостатке Молибдена бобовые, овес, томаты, салат и другие растения заболевают особым видом пятнистости, не плодоносят и погибают. Поэтому растворимые молибдаты в небольших дозах вводят в состав микроудобрений.

 

Животные обычно не испытывают недостатка в молибдене. Избыток же молибдена в корме жвачных животных (биогеохимические провинции с высоким содержанием молибдена известны в Кулундинской степи, на Алтае, Кавказе) приводит к хроническим молибденовым токсикозам, сопровождающимся поносом, истощением, нарушением обмена меди и фосфора. Токсическое действие молибдена снимается введением соединений меди. Избыток молибден в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру и т. п.

 

Молибден главным образом концентрируется в печени, почках, надпочечниках и костных тканях. Этот минерал входит в состав ряда ферментов, среди которых сульфитоксидаза (участвующая в обмене серосодержащих аминокислот), ксантиноксидаза (участвующая в окислении пуринов и пиримидинов и в производстве мочевой кислоты) и альдегидоксидаза (участвующая в окислении альдегидов). Эти ферменты объединяет общий "молибденовый кофактор".

 

Установленная безопасная и оптимальная доза молибдена (мг/день) составляет: 15-30 - для грудных детей до 6 месяцев; 20-40 - 6-12 месяцев; 25-50 - 1-3 года; 30-75 - 4-6 лет; 50-150 - 7-10 лет; 75-250 - для подростков и взрослых. Норма для каждой возрастной группы была рассчитана на основе обычной взрослой дозы молибдена от 75 до 240 мг в день и с учетом массы тела. Результаты проведенных исследований показывают, что для нормального функционирования организму требуется меньшее количество молибдена, чем обычная дневная доза, именно поэтому случаи дефицита молибдена в организме встречаются крайне редко. Согласно результатам исследований биоусвояемости молибдена, данный минерал лучше абсорбируется с листовыми овощами, чем в составе соевых продуктов. К продуктам с высоким содержанием молибдена относятся бобовые, зерновые и листовые овощи. Концентрация молибдена в продуктах питания зависит от содержания этого минерала в почве. Молибден очень хорошо усваивается, однако на степень его абсорбции могут влиять некоторые вещества, входящие в состав пищевых продуктов.

 

Токсичность молибдена является гораздо более реальной угрозой, по сравнению с его дефицитом. Достаточно распространены случаи отравления молибденом домашнего рогатого скота, когда земля пастбища отличается высоким содержанием данного минерала. В высоком проценте случаев у людей, принимавших 10-15 мг молибдена в день, развивалась подагра.

 

Молибден (Мо) встречается  в виде MoS2 - молибденового блеска и PbMoO4 - желтой свинцовой руды. Молибден входит в состав ферментов, оказывает влияние на вес и рост, препятствует кариесу зубов, задерживает фтор. При недостатке молибдена происходит замедление роста. Содержание в суточном пищевом рационе 0,1...0,6 мг. Суточная доза молибдена - 0,1...0,5 мг. Наличие молибдена в поливитаминах: Витрум 10...25 мкг, Дуовит 100 мкг. Матерна 25 мкг, Мультитабс 250 мкг, Центрум 20...25 мкг и др. Молибден присутствует в рябине черноплодной, яблоне домашней, бобовых, печени, почках, хлебопродуктах.