Накаливание металлов в запаянных сосудах
Гениальный русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов родился 8 ноября 1711 г. в деревне Денисовке близ г. Холмогоры Архангельской губ. в семье рыбака-помора. Обучившись чтению и письму у одного грамотного односельчанина, Ломоносов скоро перечитал все книги, какие только мог достать в деревне. Огромная любознательность и страстная тяга к знанию побудили его в возрасте 19 лет покинуть родную деревню. Зимою 1730 г. Ломоносов пешком и почти без денег отправился в Москву, где добился зачисления в Славяно-греко-латинскую академию — единственное в то время в Москве высшее учебное заведение.
Суровая обстановка в академии и тяжелое материальное положение не сломили стремления молодого Ломоносова к знаниям. Блестящие способности и упорный труд позволили ему за четыре года пройти программу семи классов академии. Последний класс Ломоносов не окончил, так как был переведен, в числе 12 лучших учеников, в Петербург для обучения в университете при Академии наук.
Меньше чем через год после переезда в Петербург Ломоносов был направлен за границу для изучения металлургии и горного дела. В 1741 г. после возвращения из-за границы Ломоносов был назначен адъюнктом Академии по физическому классу, а вскоре стал профессором химии и полноправным членом Российской Академии наук.
Ломоносов принадлежал к числу тех редких, исключительно одаренных натур, научные идеи которых на многие десятилетия опережают свою эпоху. Его кипучая научная и практическая деятельность отличалась поразительной широтой и разносторонностью. «Только теперь, спустя два века, можно с достаточной полнотой охватить и должным образом оценить все сделанное этим удивительным богатырем науки.
Достигнутое им одним в областях физики, химии, астрономии, приборостроения, геологии, географии, языкознания, истории достойно было бы деятельности целой Академии» . Недаром Пушкин называл Ломоносова «первым нашим университетом».
Одним из главных вопросов, занимавших всех химиков во времена Ломоносова, был вопрос о природе огня и сущности процессов горения и обжигания металлов. Флогистонная теория, как уже говорилось, объясняла эти процессы тем, что обжигаемые металлы теряют флогистон. Наряду с ней широкое распространение имела теория, предложенная в 1673 г. Бойлем, согласно которой при обжигании металлов тончайшая «материя огня» проникает в металлы и, соединяясь с ними, вызывает увеличение их веса.
М. В. Ломоносов весьма скептически относился ко всякого рода невесомым «материям», перемещением которых в то время объясняли явления тепла и холода, электричества и света. В своей диссертации «Размышления о причине тепла и холода», доложенной Академии в 1745 г., он подвергает резкой критике теорию «теплотворной материи» или «теплорода», доказывает невозможность существования такой материи и излагает разработанную им механическую теорию тепла, объясняющую тепловые явления движением мельчайших частичек, образующих все тела. В этой же работе Ломоносов впервые высказывает мысль о том, что увеличение веса металлов при прокаливании может происходить не от проникновения в них «материи огня», как предполагал Бойль, но от соединения металлов с окружающим воздухом. Эта же мысль в более категорической форме выражена Ломоносовым в 1748 г. в его письме к знаменитому математику Эйлеру, где, разбирая опыты Бойля с обжиганием металлов, он пишет: «Нет никакого сомнения, что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его» .
Позднее, добившись после долгих усилий организации при Академии наук химической лаборатории, Ломоносов приступает к опытной проверке своих предположений. С этой целью он решает прежде всего проверить опыты Бойля с обжиганием металлов.
Бойль прокаливал металлы в запаянных стеклянных ретортах. Когда на металле получалось некоторое количество окалины, Бойль вскрывал реторты, отмечая при этом вхождение в них воздуха как доказательство герметичности запайки реторт, после чего взвешивал их. Ломоносов проделал такие же опыты, как и Бойль, с той только разницей, что он взвешивал реторты с металлом до и после прокаливания, невскрывая их. Сохранилась следующая запись Ломоносова об этих опытах:
«Делал опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металла от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
Из опытов Ломоносова прежде всего вытекало, что увеличение веса при обжигании металлов не может быть объяснено ни присоединением к ним «материи огня», как полагал Бойль, ни потерей ими флогистона, как утверждали флогистики. В то же время, вскрывая сосуды по окончании опытов, Ломоносов установил, что вес сосудов увеличивается именно потому, что в них входит воздух. Тем самым он доказал, что прибавление веса металла при накаливании происходит от соединения металла с воздухом.
Производя опыты накаливания металлов в запаянных сосудах, Ломоносов установил основной закон химических превращений вещества, который в настоящее время формулируется так:
Масса веществ, вступивших в реакцию, всегда равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
Этот закон, представляющий собой конкретное приложение общего закона вечности материи к химическим явлениям, носит название закона сохранения массы вещества. Его часто называют также законом сохранения веса вещества, так как в одном и том же месте земного шара масса вещества пропорциональна его весу.
Мысль о том, что вещество вообще не может исчезать или возникать вновь, что количество его во вселенной всегда остается неизменным, была высказана греческими философами еще в V в. до н. э. и принималась многими философами материалистами XVII и XVIII вв. как положение, которое не требует никаких доказательств. Однако химики того времени не понимали всей важности этого положения для химии и не обращали внимания на количественную сторону химических процессов.
Заслуга введения в химию количественных определений принадлежит Ломоносову. При всех химических опытах он неизменно пользовался весами, всегда определяя количество веществ,, взятых для реакции, и веществ, полученных после реакции. При помощи весов Ломоносов доказал, что при химическом превращении общее количество вещества остается неизменным. Произведенные Ломоносовым опыты накаливания металлов в запаянных сосудах лишь подтвердили то положение, которое он высказал впервые в указанном выше письме к математику Эйлеру, а позднее (1760 г.) в тех же выражениях формулировал в своем «Рассуждении о твердости и жидкости тел»:
«…все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте» .
Таким образом, принцип неуничтожаемости вещества, являвшийся до тех пор только философским умозаключением, был впервые доказан Ломоносовым точными количественными опытами, и из гениальной догадки древних материалистов превратился в экспериментально доказанный закон природы.
Закон сохранения массы вещества имеет для химии фундаментальное значение. Он лежит в основе всего учения о превращениях веществ. Пользуясь этим законом, химик постоянно имеет возможность контролировать правильность производимых им исследований, так как отсутствие равенства между весом взятых и полученных веществ указывает на ошибку, допущенную при: исследовании.
Ломоносов впервые определил химию как науку, в то время: как его современники — западноевропейские химики рассматривали ее как описание операций, при помощи которых можно овладеть искусством «разлагать смешанные тела (т. е. сложные вещества) на их составные части или получать тела соединением составных частей». Ломоносов учил, что предметом химии являются не сами химические операции, а то, что происходит «в смешанных телах» при химических операциях.
По Ломоносову, «химия — наука об изменениях, происходящих в смешанном теле…». Эту науку Ломоносов представлял себе как химические факты, объединенные математическим способом изложения и приведенные в систему на основе представ-лений о строении вещества.
Человек, обладающий знанием внутренней природы вещества, «может объяснить все возможные изменения его, и в. том числе разделение, соединение и т. д.». «Истинный химик должен быть теоретиком и практиком», — говорил Ломоносов. Точные опыты с чистыми веществами, с применением «меры и весов», должны сопровождаться теоретическим анализом результатов. Ломоносов указывал, какое важное значение имеет при этом представление о строении вещества: «Во тьме должны обращаться физики, и особливо химики, не зная внутреннего нечувствительных частиц строения».
Опередив на десятилетия своих современников, Ломоносов разработал корпускулярную теорию строения вещества, предвосхитившую современное атомно-молекулярное учение.
Ломоносов считал своей «главной профессией» химию, но он был в то же время и первым замечательным русским физиком. Он постоянно настаивал на необходимости тесной связи между химией и физикой, считая, что химия должна изучаться при помощи физики, что химические явления могут получить правильное истолкование только на основе физических законов. В «Слове о пользе химии» Ломоносов писал: «Химик без знания физики подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И сии две науки так соединены между собою, что одна без другой в совершенстве быть не могут».
Применяя физику для объяснения химических явлений, Ломоносов заложил основы новой науки — физической химии. В «Курсе истинной физической химии» он впервые дал четкое определение этой дисциплины: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при помощи химических операций».
Ломоносов был не только гениальным естествоиспытателем, но и философом-материалистом. Рассматривая явления природы, он решал основной вопрос философии — об отношении мышления к бытию — материалистически. В ряде своих теоретических обобщений Ломоносов отвергал господствовавшие в то время мета физические представления. Так, он утверждал, что природа в целом и отдельные ее тела изменяются, говорил о развитии знаний, идущем от простейших научных выводов к более сложным, и т. д.
Ломоносов глубоко верил в могущество человеческого знания и все годы своего пребывания на посту академика неутомимо боролся за распространение просвещения в России, за процветание русской науки.
По проекту Ломоносова и его настояниям в 1755 г. был открыт первый в России Московский университет, ставший затем одним из центров русского просвещения и науки.
Вы читаете, статья на тему М. В. Ломоносов
Источник
Антуан Лоран ЛавуазьеК середине XVIII B. аристотелевские взгляды на элементы уже потеряли свое значение, но воздух, вода, различные «земли» (окалины) и огонь под видом «теплорода» или флогистона по прежнему рассматривались как элементы.
Важное значение для установления точного представления о подлинных химических элементах имело открытие во второй половине XVIII в. ряда газообразных веществ: водорода, азота, хлора и, особенно, кислорода. Опираясь на эти открытия, известный французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794) разработал кислородную теорию горения, имевшую большое значение для дальнейшего развития химии.
Занимаясь количественным изучением процессов горения, Лавуазье в 1773 г. повторил опыты Ломоносова с накаливанием металлов в запаянных сосудах и получил такие же результаты. Но Лавуазье сделал при этом новое, очень важное наблюдение: он нашел, что при образовании окалины поглощается только часть находящегося в сосуде воздуха и что разность в весе между окалиной и взятым металлом равняется весу поглощенной части воздуха.
Несколько позже Лавуазье показал, что исчезающая при горении часть воздуха есть газ кислород (открытый незадолго до этого Пристли) и что воздух состоит из кислорода и другого газа, не поддерживающего горения, которому он дал название азот. Отсюда следовал вывод, что при горении происходит не разложение вещества, как утверждала флогистонная теория, а соединение его с кислородом, входящим в состав воздуха.
Простые и сложные вещества
Объяснение явлений горения, данное Лавуазье, вызвало полный переворот в химии. Отвергая существование флогистона, это объяснение в корне меняло прежнюю точку зрения на химические превращения.
Металлы, считавшиеся до тех пор состоящими из окалины и флогистона, оказались простыми веществами, наоборот, окалины или «земли», которые принимались за элементы, должны были рассматриваться как вещества сложные. Одновременно было доказано, что вода тоже сложное вещество — соединение водорода с кислородом, а воздух представляет собою смесь кислорода с азотом — газом, не поддерживающим горения.
Таким образом, было установлено, что многие вещества, причислявшиеся раньше к элементам (вода, воздух, окалины) представляют собой или сложные вещества или смеси веществ. Подлинными же химическими элементами являются: металлы, кислород, водород, азот, сера и другие, химически неразложимые вещества.
Создав правильное представление о сущности горения и окисления, Лавуазье не смог, однако, вполне отрешиться от господствовавшего в то время взгляда на теплоту как на «невесомый» элемент и даже включил ее под названием «теплорода» в составленный им список подлинных химических элементов.
Производя количественные анализы различных веществ, Лавуазье пришел еще к одному очень важному выводу: при химических реакциях не только сохраняется общая масса веществ, но и масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ, остается постоянной.
Следовательно, при химических реакциях элементы не превращаются друг в друга. Этот вывод положил предел всякого рода алхимическим попыткам вызвать трансмутацию (превращение) элементов. Косвенно он свидетельствовал также о существовании атомов и о сохранении их массы при химических реакциях.
Вместе с тем признание всех химических элементов (атомов) неизменными при всех обстоятельствах явилось впоследствии тормозом для развития науки.
Работы Лавуазье по химии
Большой заслугой Лавуазье является приведение в систему на основе кислородной теории горения огромного фактического материала, накопленного химией. Он разработал (вместе с тремя другими французскими химиками) рациональную химическую номенклатуру, произвел точную классификацию всех известных в то время веществ (элементов и химических соединений). В 1789 г. Лавуазье выпустил свой знаменитый «Элементарный учебник химии», в котором блестяще обобщил все достижения химии того времени.
Несмотря на большое число новых открытий, создавших существенные предпосылки для обоснования химической атомистики, разработка атомно-молекулярного учения во второй половине XVIII в. не продвинулась вперед. Для окончательного формирования этого учения не хватало знания законов, определяющих весовые отношения между элементами в сложных веществах. Эти законы были открыты лишь в конце XVIII — начале XIX века.
6 7 8
Статья на тему Работы Лавуазье
Источник
Тепловому воздействию с целью обработки в соляных, бариевых и щелочных ваннах подвергаются детали стальных машин и инструментов различных групп. Обработка изделий таким способом способствует качественному улучшению механических характеристик поверхности.
Расплавы технических солей их смесей, щелочей и кислот хорошо зарекомендовали себя при обработке деталей под закалку, отпуск, изотермической закалке изделий, нормализации.
Температурная обработка происходит в соляных ванных при различном уровне нагрева (низкий, средний, высокий), где температурный режим варьируется от 140С до 1300С. Благодаря обработке заготовок данным методом, можно исключить появление изломов, наклепа, а также иного рода деформаций. Помимо того, происходит снятие напряжения после грубой обработки, выравнивание исходной структуры, повышается прочностный предел деталей, работающих на растяжение, сжатие или изгиб.
Назначение соляных печей
Особенности процесса термообработки в расплавленных средах
Термическое производство на базе печей с соляными ваннами
Соляные ванны обладают большой скоростью нагревания и, как следствие, производительностью. В них легко и эффективно проводится обработка любых типов режущего инструмента, изделий из быстрорежущих и штамповых сталей, отдельных участков концевых изделий и т.д. Кроме того, при проведении нагрева и остывания изделия, находящиеся в расплавленной соляной среде, защищены от окисления.
Преимущества температурной обработки в расплавах солей и щёлочи
Технология температурной и химико-термической обработки в ваннах из расплавов солей и щелочей очень распространена за счет того, что по многим параметрам она значительно превосходит иные виды нагрева. Например, данный метод обработки уменьшает деформации, защищает от образования окислов и дает возможность локального воздействия.
Во время увеличенной в 4-5 раз скорости равномерного нагрева за счет высокого коэффициента теплоотдачи, а также подвижностью соляных и щелочных расплавов, происходит значительное замедление роста зерна во время термической обработки увеличивает пластичность и снижает возможность растрескивания и ломки металла во время последующей холодной механической обработки.
Расплавы солей сводят к минимуму образование окалины и коробления, способствуют уменьшению углерода (обезуглероживание), а высокоточная температурная регулировка позволяет предотвратить брак, вызываемый локальным перегревом, либо недогревом изделия. В условиях применения инертных солей исключено возникновение на поверхности деталей и заготовок пятен и остаточного налета.
Расплавы солей и щелочей обладают хорошим охлаждающим действием, что обеспечивает металлической продукции из углеродистых, быстрорежущих и низколегированных сталей требующуюся твердость, исключает образование трещин и так называемой «паровой рубашки».
Обработке в соляной печи-ванной подвергаются исключительно сухие изделия, поверхность которых хорошо очищена от бензина, грязи, масел, алюминиевой пыли, не имеет следов ржавчины и краски, а также любых иных органических веществ. Состав среды для химико-температурной и температурной обработки металлических деталей задается индивидуально. В каждом конкретном случае состав может быть сформирован на основе фторидов, хлоридов, карбонатов и иных видов солей, имеющих высокую температуру плавления, обладающих низкую летучестью, устойчивых к разложению при нагревании. Чтобы предотвратить подвергающиеся обработке детали от обезуглероживания, в технологическом процессе применяются гидроокиси и прочие материалы.
После того как стальная деталь погрузится в расплавленную соляную среду, на ее поверхности сразу же образуется прочная корка. По мере растворения этой корки, процесс теплоотдачи от расплава протекает быстрее. От величины и температуры детали зависит твердость и толщина кристаллического образования, чем выше температура и теплоемкость расплава, тем скорее «исчезает» солевая оболочка.
Для того чтобы добиться гомогенной микроструктуры и требующихся качественных характеристик металла, специалист следит за температурным режимом в соляной ванне и, в зависимости от химического состава нагреваемого изделия, плотности соляной среды, глубины и способа погружения детали, ее формы и прочих показателей, просчитывает длительность цикла прогрева.
В цехах металлосервисного предприятия «Ионмет» установлены печи с соляными электродными ваннами, предназначенными для термообработки крупногабаритных изделий. Длина, ширина и глубина ванн составляет 500 мм, 350 мм и 450 мм соответственно.
СМЦ «Ионмет» обрабатывает в расплавах солей и щелочей детали любого назначения, а еще заготовки инструмента, детали получистовой обработки и прочие изделия для термической обработки.
Высокая эффективность температурной обработки в печах с соляными ваннами позволяет использовать эту технологию для нормализации, высокого отпуска, отжига закаленного инструмента, готовых деталей и заготовок, предварительного и финального прогрева под закалку деталей и инструмента из быстрорежущих и других высоколегированных сталей, охлаждения в расплавах хлористых солей для ступенчатой закалки изделий и инструмента и т.д.
Обработка заготовок в соляных и щелочных расплавах позволяет достичь твердости по сечению и гомогенности структуры, улучшить последующую обрабатываемость заготовок, снизить твердость, предупредить нафталинистого излома при вторичной закалке, исправить микроструктуру изделий и решить многие другие задачи.
Расчет времени и температурного режима, подбор соляного и щелочного состава, ректификаторов с целью предотвращения выгорания углерода, производится индивидуально и зависит от целей, которые необходимо достигнуть данным методом обработки, а также от условной толщины деталей. Результативный метод защиты от обезуглероживания требует постоянного наблюдения за концентрацией солевого расплава при нагревании и возникновении оксидов в соляной ванне.
Источник