ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 140
Скачиваний: 1
Что касается изоморфного поведения урана как рассеянного микроэлемента в породообразующих минералах, то здесь на основании рассмотренных выше современных изоморфных ря дов Вернадского можно сделать следующий общий вывод: в изоморфной форме рассеянный четырехвалентный уран может находиться в тех породообразующих минералах, в состав кото рых в качестве главных элементов входят кальций, натрий и магний (и, возможно, железо). Это будут, следовательно, пла гиоклазы, К, Na-полевые шпаты, пироксены, амфиболы, био титы и т. п.
Совершенно |
запрещен изоморфизм четырехвалентного урана |
в кварце и в |
других безкальциевонатриевомагниевых минера |
лах. Содержащийся в них уран не является изоморфным и от носится либо к субмикровключениям собственных урановых и акцессорных первичных или вторичных минералов, или к ад сорбированным уранил-ионам, или к воднорастворимой форме шестивалентного урана.
Роль изоморфизма в металловедении
Изоморфная взаимозаместимость атомов в кристаллах твер дых растворов служит мощным физико-химическим и техноло гическим средством воздействия на механические, электриче ские, магнитные, коррозионные и другие свойства металличе ских материалов и является основой разработки и создания многих технически важных сплавов.
В сплавах на железной основе изоморфизм играет особенно большую роль при создании многочисленных легированных уг леродистых сталей. Металлическое железо образует непрерыв ные ряды твердых растворов с Мп, Ni, Со, Cr, V, Pt, Pd, Ir, Rh, и, кроме того, образует широкие ряды твердых растворов с А1,
Zn, Si, Ті, Ge и более |
узкие — с другими элементами. Гра |
|||
ницы растворимости |
указаны в |
гл. I I I в |
разделе, посвященном |
|
изоморфизму железа, |
а |
также |
в работе |
[74]. Разные изоморф |
ные элементы различным образом изменяют структуру и свой ства углеродистых сталей, делая устойчивыми на всем интерва ле концентраций или аустенитную сталь на основе у-модифи- кации железа, или ферритную сталь на основе а- и 6-модифи-
кации железа. Марганец, никель, кобальт и платиноиды |
подав |
|
ляют область а- и расширяют область у-модификаций |
железа. |
|
Хром, ванадий, алюминий, молибден, кремний, титан |
замыкают |
|
у-область и расширяют области твердых растворов |
на |
основе |
а-железа. |
|
|
Для получения специальных сталей употребляют как один легирующий металл (и тогда различают марганцовистые стали, никелевые стали, хромистые стали и т. д.), так и два, три и т. д. легирующих компонента, как это делается при получе нии сложных легированных конструкционных, инструменталь-
ных, магнитных и немагнитных, нержавеющих, жаропрочных и других углеродистых сталей и безуглеродистых железных спла вов. Следует отметить, что в таких сложных системах, как угле родистые стали, легирующие металлы часто играют роль не только как изоморфные компоненты, замещающие атомы желе за в структуре его а- или •утвердых растворов, но и как участ ники многочисленных реакций с неизоморфными компонентами и примесями в сталях, действуя как раскислители, карбидообразователи, окислообразователи, сульфидо- и шлакообразователи и т. д.
В противоположность железу изоморфизм алюминия беден. Металлический алюминий не обладает полиморфизмом и не образует непрерывных твердых растворов ни с одним из эле ментов периодической системы, но образует сравнительно узкие области а-твердых растворов, построенных по принципу атом ного замещения. Растворимость других металлов в алюминии, например меди, магния, цинка, в сильной степени зависит от температуры, увеличиваясь с ее возрастанием. Так, при эвтек
тической температуре |
548° С |
в алюминии |
растворяется до |
||||
5,6 вес. % меди, при |
200° С |
~ 0 , 1 % , а |
при |
комнатной темпера |
|||
туре медь почти нерастворима в алюминии. |
|
|
|
||||
Конечно, отсутствие непрерывных |
и широких |
рядов |
твер |
||||
дых растворов |
алюминия с |
другими |
металлами, |
по-видимому, |
|||
в значительной |
степени ограничивает |
возможность варьирова |
|||||
ния его свойств |
в широком |
диапазоне |
(как |
это |
имеет |
место |
для железа). Однако и те ограниченные изоморфные возмож ности, которыми природа наделила металлический алюминий, оказались достаточными, чтобы алюминий и его сплавы выдви нулись как одни из наиболее технически важных металлических материалов. Достаточно назвать такие сплавы алюминия, как
дюралюминий |
(4,5% Си, 1,5% |
Mg, 0,6% |
Мп, остальное — алю |
миний) и его |
разновидности. |
|
|
Технология |
получения ценных высокопрочностных свойств |
||
сплавов типа |
дюралюминия |
основана на |
распаде закаленных |
от высоких температур твердых растворов меди, магния, мар ганца и других элементов в алюминии в процессе их естествен
ного (при комнатной |
температуре) |
или |
искусственного (при |
|
низкотемпературном отпуске) «старения». |
В процессе |
старения |
||
из твердого раствора |
выделяются |
очень |
мелкие |
кристаллы |
интерметаллидов, например СиА12 , которые и упрочняют метал лический алюминий, заклинивая плоскости скольжения в его атомной структуре.
Изоморфные примеси в сплавах меди могут играть как отри цательную, так и положительную техническую роль. Известно, что медь по электропроводности стоит на втором месте после серебра и служит основным материалом для проводов. Любая изоморфная примесь, даже серебро, снижает электропровод ность меди и является вредной. Следовательно, чем чище медь,
тем выше ее электропроводность, и задача при получении элек тротехнической меди на провода заключается в том, чтобы мак симально избавиться от всех примесей, допустимое содержаниекоторых в сумме не должно превышать 0,1%.
Медь обладает очень широкими изоморфными возможностя
ми в металлическом |
состоянии, образуя |
непрерывные |
ряды, |
||||||||||
твердых растворов |
с |
Au, |
Mn, |
Ni, Pd |
и |
Pt, |
а |
также |
широкие |
||||
ряды твердых растворов |
с Zn, |
A l , Ag, |
Ga, Pb, |
Sn |
и с |
другими |
|||||||
элементами |
(см. гл. |
I I I ) . |
Широко известными |
техническими |
|||||||||
сплавами меди, где изоморфные примеси играют |
положитель |
||||||||||||
ную роль, являются |
латуни — сплавы |
меди |
с цинком — и |
брон |
|||||||||
зы — сплавы |
меди |
с оловом, |
алюминием |
и другими металлами. |
|||||||||
Металлический |
никель |
образует непрерывные |
ряды |
твердых |
растворов с Со, Fe, Mn, Си, Pt, Pd, Au. Имеет место широкий, изоморфизм никеля с хромом, ванадием, алюминием и други ми металлами. В технологии специальных никелевых сплавовизоморфизм с указанными металлами широко используется при получении монель-металла, мельхиора, нейзильбера, китайско го серебра на медно-никелево-цинковой основе, электротехниче ских сплавов типа нихрома, пермаллоя, константана, феррони
келя, манганина, хромеля, алюмеля, нимоник и ряда |
других |
|
сплавов. |
|
|
Мы ограничимся указанными примерами, хотя |
их |
можно* |
было бы продолжить для всех технически важных |
металлов в |
показать, что всюду изоморфизм играет огромную роль.
В заключение отметим, что в технологии получения высоко чистых металлов изоморфизм имеет большое значение, являясь «виновником» трудностей очистки от примесей, глубоко застряв ших в дебрях атомной структуры металла-хозяина. Требуются значительные усилия и ухищрения для очистки металла до вы
сокой степени |
чистоты, но полная, абсолютная 100%-ная чисто |
та в принципе |
недостижима. |
|
СПИСОК |
ЛИТЕРАТУРЫ |
|
1. |
Mitscherlich Е. Q. Sur la relation |
qui exsite entre la forme crystalline et |
|
|
les proportions chimiques. — Ann. |
Chem. |
Phys., 1820, v. 14, p. 172. |
2. |
Менделеев Д . И. Изоморфизм в связи |
с другими отношениями кристал |
|
|
лической формы к составу. Диссертация. Спб. 1856. Сочинения. Л., Изд-во |
||
|
АН СССР, 1937. |
|
|
3.Брэгг У. X., Брэгг У. Л. Рентгеновские лучи и строение кристаллов. Перев. с англ. Г. В. Вульфа. М., «Космос», 1916.
4.Лебедев В. И. Ионно-атомные радиусы и их значение для геохимии и химии. Л., Изд-во ЛГУ, 1969.
5.Vegard L . Die Konstitution der Mischkristalle und die RaumfuTlung der Atome.—Z. Phys., 1921, Bd. 5, S. 17.
•6. Ageew |
N., Sachs G. Rontgenographische Bestimmung von Loslichkeit der |
|||
Kupfer |
in |
Silber.— Z. Phys., 1930, Bd. 63, No. 5/6, S. 293. |
|
|
7. Westgren |
A., Phragmen G. X-Ray Analysis of |
Copper — Zinc, |
Zinc — |
|
Silver —Zinc and Gold —Zinc Alloys. — Philos. |
Mag., 1925, v. |
50 (YI) , |
p.311.
8.Юм-Розери В., Рейнор Г. В. Структура металлов и сплавов. Перев. с англ. М., Металлургиздат, 1959.
9. |
Агеев |
Н. В. Химия металлических |
сплавов. Л., Изд-во |
АН СССР, 1941. |
|||||||||||||||
.10. Mott N. F., Jones |
Н. The Theory of |
the |
Properties |
of |
Metals |
and Alloys. |
|||||||||||||
|
Oxford |
University |
Press, 1936. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ill. |
Конобеевский |
С. Т. |
К |
теории |
твердых |
растворов |
замещения.— «Изв. |
||||||||||||
|
Сектора физ.-хим. анализа ИОНХ |
АН СССР», |
1943, т. 16, вып. 1, с. 19; |
||||||||||||||||
|
J. Inst. Metals, |
1938, v. 63, p. 161. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
12. |
Westgren |
A., Phragmen |
G. The Crystal |
Structure |
of |
Iron |
and |
Steel. — |
|||||||||||
|
Z. Phys. |
Chem., 1922, Bd. 102, S. 1; J. Iron Steel |
Inst., |
1922, v. 105, p. 241. |
|||||||||||||||
13. |
Seljakov |
N., Kurdjumov |
G., Goodtzov |
N. Z. Phys. 1927, Bd. 45, S. 384,1 |
|||||||||||||||
14. |
Petch |
N. J . The position |
of carbon |
atoms |
in austenite. — Metallurgia, |
1942, |
|||||||||||||
|
v. 25, p. 149, 141; J. Iron. Steel Inst., |
1942, v. 145, p. 111. |
|
|
|
|
|||||||||||||
15. |
Lipson |
H., Parker A. The structure |
of |
martensite. — J. |
Iron and |
Steel |
|||||||||||||
|
Inst., 1944, v. 149. p, 123. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
16. |
Быков |
В. H., Виноградов |
С. И. К вопросу расположения атомов |
углеро |
|||||||||||||||
|
да в решетке |
аустенита.— «Кристаллография», |
1958, т. 3, |
№ 3, с. 304. |
|||||||||||||||
17. |
Hagg |
G. Vacant |
Position |
in |
the |
Iron |
Lattice |
of |
Pyrrhotite. — Nature, |
||||||||||
|
1933, v. 131, p. 167. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ІІ8. Hagg |
G., Sucksdorff |
J. The Crystall |
Structure |
of Troillite and |
Pyrrhoti |
||||||||||||||
|
te.—Z. Phys. Chem. (B) , 1933, Bd. 22, S. 444. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
19. |
Hagg |
G., Kindstrom |
A. |
Rontgenuntersuchungen |
and |
System |
Eisen — |
||||||||||||
|
Selen. — Ibid., |
S. 453. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
20. |
Hagg |
G. Solid |
solutions |
|
with |
a varying |
number |
of |
atoms |
in |
the |
unit |
|||||||
|
cell. — Z . Kristallogr., |
1935, Bd. 91, S. 114. |
|
|
|
|
|
|
|
|
21.Макаров E . С. Кристаллохимия фаз со структурой NiAs-типа. Сообще ния I и П.—«Изв. АН СССР. Отдел хим. наук», 1944, № 2/3 и 4; Гомо
логические группы фаз.— Там же, 1945, № 6.
22.Макаров Е. С. Строение твердых фаз с переменным числом атомов в элементарной ячейке. М., Изд-во АН СССР, 1947.
23. Уманский Я. С. Карбиды твердых сплавов. М., Металлургиздат, 1947. 24. Nonstoichiometric Compounds. Ed. by L. Mandelcorn. N . Y., Academic
Press, 1963.