Пластичность воды химия: Другие физические свойства веществ — урок. Химия, 8 класс.

Влияние химических элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

 ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец —  как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера —  является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

 ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)-  в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) —  при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Материал из целлюлозы многократно поменял форму от погружения в воду

Материаловеды из Германии и Китая предложили аналог пластика, которому можно придать любую форму, просто опустив в воду. Новый материал состоит из возобновляемого сырья — целюлозы. а изделия из него можно перерабатывать много раз, после причем после десяти циклов формования они даже становятся прочнее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Sustainability.

Ежегодно человечество производит более 360 миллионов тонн различных изделий из пластика, причем 200 миллионов тонн приходится на упаковку и другие предметы с коротким сроком использования. С переработкой пластиковых изделий у нас все еще большие трудности. Большинство популярных пластиковых материалов — ПЭТ, полиэтилен, полипропилен и некоторые другие — относятся к термопластам, то есть переходят в пластичное состояние при нагревании и снова затвердевают при охлаждении. Чтобы переработать изделия из термопластов, их нагревают до нескольких сот градусов Цельсия. Это требует больших затрат энергии, поэтому такая переработка не всегда экономически выгодна.

Китайские и немецкие материаловеды под руководством Кая Чжана (Kai Zhang) научились управлять пластичностью полимеров более простым способом — просто опуская их в воду. За основу материала Чжан и его коллеги использовали взяли природный полимер целлюлозу. Смешав ее с хлоридом коричной кислоты в присутствии основания они получили циннамат целлюлозы (cellulose cinnamate, CCi) — полимер, в котором часть гидроксильных групп в целлюлозных фрагментах превратили в сложноэфирный фрагмент c остатком коричной кислоты. Затем из CCi изготовили прямоугольные ленты размером и толщиной 10-20 микрометров. В воде такие ленты становились гибкими и пластичными и их можно было сгибать и закручивать в любом направлении. А когда ленты извлекали, из воды пластичность снижалась и форма изделия фиксировались.

Такие свойства повышения пластичности в воде есть и у самой целлюлозы, но авторы усилили их, внедрив фрагмент коричной кислоты. Все дело в более эффективном транспорте молекул воды, который воде быстро проникать внутрь материала. После извлечения из воды молекулы так же быстро продвигаются из глубины материала к поверхности и испаряются — таким образом форма изделий быстро фиксируется.

Авторам работы изготовили из CCi лент пять изделий разной формы, которые оказались стабильны на воздухе и сохраняли свою форму в течение как минимум шестнадцати месяцев. После использования ленты можно снова сделать пластичным и придать им другую форму. Для этого не требуется нагревание — достаточно опустить изделие в воду комнатной температуры на пять минут, причем цикл с одной лентой можно повторять много раз.

Гидропластик имеет отличную механическую прочность: предел прочности на разрыв 92,4 ± 2,2 мегапаскалей, модуль Юнга 2,6 ± 0,1 гигапаскалей и удлинением при разрыве 15,2 ± 1,8 процентов. Авторы полагают, что причина такую прочность обеспечивает композитная структура ССi которые эффективно расеивают. После пяти циклов формования прочность немного снижается, но затем снова идет вверх, и после десятого цикла становится даже выше, чем в начале: предел прочности на разрыв повышается до 120. 9 ± 8.2 мегапаскалей, а модуль Юнга — до 3,0 ± 0,2 гигапаскалей. Такое повышение прочности вызвано релаксацией и перестройкой цепей полимера CСi. После десяти циклов прочность перестает расти и в дальнейшем остается на таком же уровне. Правда есть у Cсi и слабое место — прочность материала заметно снижается при увеличении влажности.
Чжан и его коллеги полагают, что на основе CСi можно будет создавать и другие материалы, меняющие пластичность под действием растворителей. Такие материалы смогут стать альтернативой традиционным видам пластика, особенно если удастся заменить воду на другие менее распространенные растворители.

Для того, чтобы уменьшить экологический след пластиковой упаковки ученые пробуют разные методы: не только синтезируют новые материалы, но и ищут более эффективные пути переработки для уже известных пластиков. Еще одна альтернатива термомеханической переработке пластика — химическая переработка. В этом случае молекулу полимера разбирают на составные части, превращая его в смесь мономеров. Полученные продукты можно использовать для синтеза новых полимеров или для других целей. Например, в прошлом месяце шотландские химики получили модифицированный штамм кишечной палочки Escherichia coli, который перерабатывает терефталевую кислоту, полученную из ПЭТ-бутылок, в ценное вещество ванилин.

Фото: Wang et al. / Nature Sustainability, 2021

Роль воды в пластичности, стабильности и действии белков: кристаллические структуры лизоцима при очень низких уровнях гидратации

. 1998 г., 1 августа; 32 (2): 229–40.

doi: 10.1002/(sici)1097-0134(19980801)32:2<229::aid-prot9>3.0.co;2-f.

Х. Г. Нагендра
¹
, Н. Сукумар, М. Виджаян

принадлежность

• ¹ Отдел молекулярной биофизики, Индийский научный институт, Бангалор.

• PMID:

  9714162

• DOI:

  10.1002/(sici)1097-0134(19980801)32:2<229::aid-prot9>3.0.co;2-f

HG Nagendra et al.

Белки.

1998 .

. 1998 г., 1 августа; 32 (2): 229–40.

doi: 10.1002/(sici)1097-0134(19980801)32:2<229::aid-prot9>3.0.co;2-f.

Авторы

Х. Г. Нагендра
¹
, Н Сукумар, М Виджаян

принадлежность

• ¹ Отдел молекулярной биофизики, Индийский научный институт, Бангалор.

• PMID:

  9714162

• DOI:

  10.1002/(sici)1097-0134(19980801)32:2<229::aid-prot9>3.0.co;2-f

Абстрактный

Более ранние исследования опосредованных водой трансформаций лизоцима и рибонуклеазы А показали, что общие движения в белковой молекуле в результате уменьшения количества окружающей воды подобны тем, которые происходят во время действия фермента, тем самым подчеркивая взаимосвязь между гидратацией, пластичностью и и действия этих ферментов. Моноклинный лизоцим сохраняет свою кристалличность даже при снижении уровня гидратации ниже необходимого для активности (около 0,2 г воды на грамм белка). Чтобы понять роль воды в стабильности и пластичности белковой молекулы и геометрическую основу потери активности, сопровождающей дегидратацию, были изучены кристаллические структуры моноклинного лизоцима с содержанием растворителя 17,6%, 16,9%, а 9,4% были определены и уточнены. Детальное сравнение этих форм с нормально гидратированными формами показывает, что С-концевой сегмент (остатки 88–129) домена I и основная петля (остатки 65–73) домена II демонстрируют большие отклонения в положении атомов при изменении содержания растворителя. уменьшается, хотя трехмерная структура в основном сохраняется. Многие важные водные мостики между различными областями молекулы сохраняются, несмотря на различия в деталях, даже когда уровень гидратации снижается значительно ниже уровня, необходимого для активности. Потеря активности, сопровождающая обезвоживание, по-видимому, вызвана удалением функционально важных молекул воды из области активного центра и уменьшением размера щели, связывающей субстрат.

Похожие статьи

• Гидратация, подвижность и доступность лизоцима: структуры орторомбической формы с pH 6,5 и ее варианта с низкой влажностью и сравнительное исследование с участием 20 кристаллографически независимых молекул.

  Бисвал Б.К., Сукумар Н., Виджаян М.
  Бисвал Б.К. и соавт.
  Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр. 2000 сен; 56 (часть 9): 1110-9. doi: 10.1107/s0907444

  8866.
  Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр. 2000.

  PMID: 10957630

• Влияние стабилизирующих добавок на структуру и гидратацию белков: исследование тетрагонального лизоцима.

  Датта С., Бисвал Б.К., Виджаян М.
  Датта С. и др.
  Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр. 2001 ноябрь; 57 (Pt 11): 1614-20. doi: 10.1107/s0907444

• 280x. Epub 2001 25 октября.
  Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр. 2001.

  PMID: 11679726

• Влияние иона натрия на индуцированный дегидратацией фазовый переход моноклинных кристаллов лизоцима.

  Харата К., Акиба Т.
  Харата К. и др.
  Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр. 2007 г., сен; 63 (часть 9): 1016-21. дои: 10.1107/S0907444907031319. Epub 2007 17 августа.
  Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр. 2007.

  PMID: 17704571

• Лизоцим: модельный фермент в кристаллографии белков.

  Стрынадка Н.К., Джеймс М.Н.
  Стрынадка Н.К. и соавт.
  ЭКС. 1996;75:185-222. doi: 10.1007/978-3-0348-9225-4_11.
  ЭКС. 1996.

  PMID: 8765301

  Обзор.

• Обзор ни о чем: действительно ли аполярные полости в белках пусты?

  Мэтьюз Б.В., Лю Л.
  Мэтьюз Б.В. и др.
  Белковая наука. 2009 март; 18 (3): 494-502. doi: 10.1002/pro.61.
  Белковая наука. 2009.

  PMID: 19241368
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Вклад проксимальных функций распределения более высокого порядка в структуру растворителя вокруг белков.

  Юсефи Р., Линч Г.К., Гэлбрейт М., Петтитт Б.М.
  Юсефи Р. и др.
  J Chem Phys. 2021 14 сентября;155(10):104110. дои: 10.1063/5.0062580.
  J Chem Phys. 2021.

  PMID: 34525817
  Бесплатная статья ЧВК.

• Зависимость равномерности фазового перехода от размеров кристаллов, характеризуемая двулучепреломлением.

  Рамакришнан С., Стагно М.Р., Мэджидсон В., Хайнц В.Ф., Ван Ю.С.
  Рамакришнан С. и соавт.
  Структура Дин. 2021 30 июня; 8 (3): 034301. дои: 10.1063/4.0000098. Электронная коллекция 2021 май.
  Структура Дин. 2021.

  PMID: 34235229
  Бесплатная статья ЧВК.

• Ось конформационной пластичности-жесткости зимогена фактора свертывания крови VII, выясненная с помощью атомистического моделирования протеазного домена фактора VIIa, укороченного на N-конце.

  Мэдсен Дж. Дж., Олсен Огайо.
  Мэдсен Дж. Дж. и др.
  Биомолекулы. 2021 8 апреля; 11 (4): 549. doi: 10.3390/biom11040549.
  Биомолекулы. 2021.

  PMID: 33917935
  Бесплатная статья ЧВК.

• Применение молекул воды для анализа свойств макромолекул.

  Митусинска К., Рачиньска А., Бзувка М., Багровска В., Гура А.
  Митусинска К. и др.
  Comput Struct Biotechnol J. 12 февраля 2020 г .; 18: 355-365. doi: 10.1016/j.csbj.2020.02.001. Электронная коллекция 2020.
  Comput Struct Biotechnol J. 2020.

  PMID: 32123557
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

• Основные конформационные изменения в структуре лизоцима, полученного из кристалла при очень низком содержании растворителя.

  Salinas-Garcia MC, Plaza-Garrido M, Alba-Elena D, Camara-Artigas A.
  Салинас-Гарсия М.С. и соавт.
  Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 2019 1 ноября; 75 (часть 11): 687-696. дои: 10.1107/S2053230X1

89. Epub 2019 5 ноября.
Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 2019.

PMID: 31702582
Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Пластичность глиняного тела — все, что вам нужно знать, чтобы найти правильное глиняное тело

О, пластичность! Именно свойство глины привлекло нас в первую очередь. Пластичность, вызванная правильным сочетанием воды и размера частиц, превращает сухую растрескавшуюся глину (как на изображении слева) в пригодное для обработки глиняное тело. Пластичность отделяет глину от грязи.

В сегодняшнем посте мы узнаем все об этой магической характеристике. — Дженнифер Поэллот Харнетти, редактор

Что такого в глине, что позволяет нам придавать ей форму, сжимать ее между пальцами, скручивать в рулоны, бросать горшки на колесо, выдавливать бесконечные формы и растягивать ее во всех направлениях — все это время глина, надеюсь, останется цельной? Мы называем это свойством пластичности глины, и для выполнения любого из этих формообразующих процессов требуется пластичная глина. Очень мелкий размер частиц глины плюс жидкость (в нашем случае вода и химический состав этой воды) контролируют пластические свойства любого данного глиняного тела.

Определение терминов

Пластичность: Свойство глины, позволяющее ей изменять форму без разрушения при приложении к ней силы. Пластичность гончарной глины нельзя измерить никаким научно воспроизводимым тестом. Поэтому его измерение субъективно.

Удобоукладываемость: Характеристики глины, представляющие собой сочетание пластичности и прочности во влажном состоянии. Добавление грога или песка может позволить пластичной глине стоять выше, не опускаясь, что делает ее более пригодной для обработки, даже если она не более пластична.

Сокращенно: Глины и глинистые тела, лишенные пластичности. Рулон, свернутый или выдавленный из короткой глины, при резком изгибе или завязывании узлом будет иметь признаки разрыва и растрескивания.

Упаковка частиц: Процент, всегда меньше ста, представляющий объемную долю твердых веществ в данном объеме материала.

Флокуляция: Процесс очень мелких частиц, таких как глина, образует рыхлые комки из-за слабого электростатического притяжения между частицами. Эти комки называются хлопьями или агломератами.

Особые частицы

Без воды глина представляет собой просто порошок. Хотя это кажется очевидным, роль воды в пластичности глины до конца не изучена. Не вдаваясь в сложные теории, которые ученые использовали для объяснения этого, очевидно, что глине требуется достаточное количество воды, чтобы стать пластичной. Обычно это порядка 20% воды по весу.

Частицы глины притягиваются друг к другу слабыми электростатическими силами. Вода проводит эти силы. Таким образом, сухая глина, смешанная с водой на пятую часть своего веса, становится пластическим материалом, который используют художники по глине. Воду также можно рассматривать как смазку, которая позволяет частицам глины скользить друг мимо друга, не отрываясь друг от друга.

Размер частиц глины оказывает наибольшее влияние на пластичность глинистых тел. Частицы глины обычно имеют размер около 1 микрона (одна миллионная метра или одна тысячная доля миллиметра). Такие крошечные частицы имеют большую поверхность для своего веса. Например, все частицы в одном грамме каолина обычно имеют общую площадь поверхности 20 квадратных метров! Для сравнения, непластмассы в глиняном теле, такие как полевой шпат и кремнезем, обычно имеют диаметр около 40 микрон и площадь поверхности 1 квадратный метр на грамм.

Недавние исследования в Университете Альфреда показали, что эффективная упаковка частиц глины в теле значительно улучшает пластичность тела. Считается, что улучшение связано с усилением электростатического притяжения между частицами, которые расположены более плотно друг к другу.

Эффективность упаковки можно контролировать, смешивая ингредиенты глиняной массы по размеру частиц. Глиняные тела из керамогранита без шамота обычно имеют эффективность уплотнения около 62%. Фарфор часто упакован так плохо, как 56%. Масса плитки, используемая в промышленности, с набивкой до 72% становится слишком жесткой для ручного использования. Идеальная эффективность упаковки достигается за счет керамогранита и составляет около 68%. Это золотой стандарт пластичности глины, поскольку в результате между частицами глины остается как можно меньше пространства, но при этом обеспечивается легкое движение друг относительно друга.

Дальнейшие исследования в Университете Альфреда показывают, что количество воды, необходимое для пластичности, связано с эффективностью упаковки данного тела: чем выше эффективность упаковки, тем меньше воды требуется для пластичности. Это помогает объяснить, почему количество воды для пластичности не одинаково для каждого тела.

pH (кислотный или щелочной) воды в глиняном теле влияет на его пластичность. Очень умеренная кислотность (pH 6,5‚ — типичный pH питьевой воды) идеальна для пластичности глины. Имейте в виду, что питьевая вода (т. е. питьевая вода) может содержать добавки, подавляющие рост бактерий, тем самым уменьшая вклад естественного органического вещества в старение глины.

Пластичность глиняного тела в студии

Художники по глине склонны думать о старении глины как о процессе улучшения пластичности глины путем ее длительного хранения. Глина, смешанная с минимальным количеством воды (так называемая сухая смесь), ведет себя именно так и проявляет возрастающую пластичность в течение первых двух-четырех недель хранения по мере полного смачивания. Глина, смешанная со значительным избытком воды (шламовая смесь), стареет намного быстрее. Смешанная с суспензией глина, по-видимому, достигает полной пластичности в течение трех дней после смешивания, поскольку считается, что глина более эффективно смачивается избытком воды, используемой в процессе.