Металлосвязь какое сопротивление: Измерение металлосвязи: методика, нормы, периодичность проверки

Содержание

Измерение металлосвязи: методика, нормы, периодичность проверки

Наличие защитного заземления – одно из основных требований электробезопасности. Надежность заземляющих элементов контролируют специалисты электролаборатории, проводя измерение металлосвязи. Согласно действующим нормам и правилам, такая проверка обязательна, если на объекте производился ремонт электрического оборудования, переоснащение или монтажные работы. Что скрывается под термином «металосвязь» и зачем проводятся ее измерения, мы подробно расскажем в этой публикации.

Что такое «металлосвязь»?

Под данным термином принято понимать связь (электрическую цепь), образованную электроустановкой и заземлителем. Основное требование к металлосвязи – непрерывность цепи заземления. Нарушение этого условия грозит образованием высокой разности потенциалов в цепях электроустановки, что представляет угрозу для жизни и может повлечь за собой выход из строя оборудования.

Надежный  контакт заземлителя и объекта заземления обеспечивает низкую величину переходного сопротивления

Со временем может наблюдаться рост переходных сопротивлений в цепи заземления, что приводит к образованию дефектов металлосвязи, давайте разберемся с природой этого явления.

Чем вызван рост переходного сопротивления?

Под переходными контактами подразумеваются соприкасающиеся металлические элементы. Добиться их идеальной полировки невозможно, все равно на поверхности будут присутствовать бугорки и вмятины микроскопического размера. Площадь контактируемых поверхностей изменяется от воздействия различных внешних факторов (температура, сила прижатия, загрязнение поверхности и т.д.), что ведет к увеличению переходного сопротивления. На представленных ниже фотографиях медного контакта, сделанных при помощи электронного микроскопа, видно образование на поверхности пленки из оксида меди.

Поверхность медного контакта, увеличенная микроскопом

Такая оксидная пленка обладает диэлектрическими свойствами, они хоть и не велики, но этого может оказаться достаточно, чтобы нарушить металлосвязь. В результате соединение будет нагреваться и рано или поздно приведет к отгоранию контакта, что незамедлительно отразится на качестве металлосвязи. Не менее распространенная причина – человеческий фактор, именно поэтому после монтажных работ требуется проводить измерение металлосвязи.

Зачем проверять металлосвязь?

Принимая во внимание вышеизложенную информацию, можно указать следующие причины для проверки металлосвязи:

  1. Контроль непрерывности цепи заземления. Он включает в себя как электроизмерения, так и осмотр защитных проводников и других элементов заземления, на предмет их целостности.
  2. Измерение сопротивления переходных контактов (производится между электроустановкой и заземлителем), а также общих параметров цепи.
  3. Проверяется разность потенциалов между корпусом заземленной электроустановки и заземлителем. Проверка осуществляется в рабочем режиме и выключенном состоянии.

Как видим, основная цель проверки – осуществление измерений параметров заземляющих цепей, поскольку именно они характеризуют качество металлосвязи, а соответственно, и электробезопасность установки.

Методика измерения металлосвязи

В соответствии с требованиями ПУЭ металлические элементы электроустановок подлежат заземлению.

Замеры металлосвязи производятся между главной заземляющей шиной и элементом, подлежащим проверке. По нормам сопротивление контактов в одном переходе должно быть 0,01 Ом ± 20%.

Если измерительный прибор подтверждает наличие качественного соединения, выполняется проверка следующего узла. Когда между заземлителем и заземленной электроустановкой несколько переходов, то их суммарное сопротивление не должно выходить за пределы 0,05 Ом.

Измерение сопротивления переходных контактов

Если сопротивление превышает допустимые нормы, следует проверить состояние контактов, зачистить их, соединить и произвести повторные измерения.

Большинством электролабораторий замеры металлосвязи проводятся по следующему алгоритму:

  1. Осуществляется визуальный осмотр контактов заземляющих проводников. Эффективны при поисках «плохого» контакта специальные приборы – тепловизоры, они быстро позволяют обнаружить проблемное соединение.
  2. Сварочные соединения проверяются на прочность путем применения механической нагрузки.
  3. Все заземленные элементы конструкции тестируются на наличие металлосвязи.
  4. Проверка наличия электрического тока на заземленных элементах.
  5. Полученные результаты фиксируются в специальном протоколе.

Приведенная методика измерений доказала свою эффективность.

Нормы и правила

Согласно нормам ПУЭ заземляющие проводники, а также используемые для выравнивания потенциалов, необходимо надежно соединять, чтобы обеспечить наличие непрерывности цепи заземления. При этом для стальных проводников предписывается сварочное соединение, другие способы контакта допускаются только в том случае, если имеется защита от разрушающего воздействия воздушной среды. При использовании болтовых соединений, должны быть приняты соответствующие меры, не позволяющие ослабевать контактному соединению.

Все соединения цепи заземлителя и заземленного устройства должны быть расположены таким образом, чтобы к ним имелся свободный доступ, поскольку должен производиться осмотр, с целью проверки непрерывности электрического соединения. Исключение их этого правила – герметизированные контакты.

В Правилах также указано, что для контакта с заземляющими устройствами могут выполняться болтовыми или сварочными соединениями. Если устройства электроустановок подвержены сильной вибрации или их часто перемещают на другое место, то применяются гибкий защитный провод.

Более детальную информацию о нормах и правилах, можно получить в ПУЭ (р. 1.7.).

Периодичность

Согласно норм ПТЭЭП и ПУЭ, испытания металлосвязи проводится по графику, определенному техническим отделом объекта. Как правило, в этом случае руководствуются табл. 37 п. 3.1 ПТЭЭП, где установлена следующая периодичность измерения металлосвязи:

  • В помещениях и объектах, относящихся к повышенной категории опасности, замеры переходных сопротивлений в заземляющих цепях должны проводиться ежегодно, при других обстоятельствах — не реже одного раза на протяжении трех лет.
  • Для лифтового и подъемного оборудования – 1 год.
  • Стационарным электроплитам – 1 год.

Как правило, проверка металлосвязи производится совместно с другими видами электроизмерений (сопротивления изоляции, проверка целостности электропроводки и т.д.).

Помимо этого, обязательные измерения металлосвязи проводятся в следующих случаях:

  1. Если производился ремонт или переоснащение электрооборудования.
  2. При испытаниях новых электроустановок.
  3. После проведения монтажных работ.

Приборы для измерения

Учитывая, что измерения металлосвязи проводятся на уровне сотых Ома, то обычные измерительные приборы, например, мультиметры, для этой цели не подходят. Когда проводят замеры сопротивления заземления, используют более точные приборы, достаточно чувствительные, чтобы измерять сопротивления малого уровня.

Прибор для измерения заземления Metrel MI3123

Большинство таких устройств оснащены дополнительными функциями, например, представленный на рисунке прибор Metrel MI3123 может также измерять электропроводимость грунта и тока утечки.

Фиксация результатов в протоколе измерения

Все результаты измерений заносятся в специальный протокол испытаний. Данные фиксируются в таблице, с указанием наименования каждого осмотренного соединения. В отчете также приводится информация о количестве осмотренных узлов, их местоположении и отображается максимальное значение общего сопротивления контактов защитной цепи.

Если в процессе испытаний обнаружено отсутствие металлосвязи, информация об этом обязательно фиксируется в документе и одновременно в приложении к протоколу (дефектной ведомости).

Кратко о профилактике.

Регулярно проводить замеры металлозаземления, не значит отказаться от профилактики. Чтобы обеспечить непрерывность защитных цепей необходимо регулярно проверять, в каком состоянии находятся контактные соединения, и при необходимости подтягивать их. Не менее важно очищать контакты пыли, окисной пленки и грязи.

При обнаружении наличия электрического напряжения на одном из элементов конструкции, необходимо позаботится о ее качественном заземлении. В противном случае возрастает риск возникновения нештатной ситуации.

Не стоит экономить на проверке качества устройства защитного заземления, поскольку потери могут стать более затратными, чем оплата вызова электролаборатории.

Важно ознакомиться и прочитать:

Металлосвязь, измерение, сопротивление, замеры, протокол измерения металолосвязи

Главная / Металлосвязь

Качественная связь между заземляемым объектом и заземлителем измеряется особой величиной - металлосвязью.

Отсутствие металлосвязи может быть вызвано дефектами, связанными с коррозией металла, неисправностью связи между "заземлителем" и объектом при высокой разности потенциалов в сети, неправильно выполненным монтажом при ремонтно-строительных работах.
Данные аспекты могут привести не только к поломке оборудования, но и смертельному исходу человеческой жизни.

Проверка наличия цепи между заземленными установками и элементами заземленной установки или проверка наличия металлосвязи входит в тех. отчет по электроизмерениям.

Проверка на металлосвязь нужна для:

  • определения непрерывности и целостности проводников от шины заземления до объекта заземления и проводников, которые потенциалы выравнивают;
  • проверки изоляционного состояния проводников;
  • определения отсутствия или наличия напряжения на частях установки, где происходило заземление.

Для того, чтобы металлосвязь замерить, необходимо воспользоваться помощью высококвалифицированных сертифицированных специалистов электролаборатории, которые имеют опыт работы в данной сфере.

Как осуществляется проверка на металлосвязь.

Внешний осмотр необходим для проверки электрических соединений. Сварочные соединения проверяются по средствам измерения сопротивления цепочки.
Удары молотком необходимы для оценки механической надёжности сварочного соединения.
Необходимо провести замеры сопротивления. Сопротивление в цепи защитных проводников,не должно превышать расчетное в 1,2 р
А сопротивление контакта проводников заземления не более 0,05 Ом.

Осуществление необходимых мероприятий по нахождению и тестированию на нарушения цельности и прочие неисправности, специалисты электролаборатории в первую очередь проводят внешний визуальный осмотр заземленных и заземляющих элементов конструкции, которые находятся в пределах видимости.


Правила проверки металлосвязи регламентированы в нормативных документах, типа ПУЭ. Согласно данным правилам для обеспечения целостности, качественности и непрерывности электроцепи, необходимо обеспечить долговечное и устойчивое присоединение не только проводников для защиты, но и прочих существующих проводников.
Согласно тем же правилам, стальные проводники должны соединяться между собой методом горячей сварки, в случае применения других способов, должны соблюдаться следующие правила – допускается только в наружных помещения и электроустановках, которые не подвергаются воздействиям агрессивной среды.

При применении болтовых соединений необходимо убедиться в их надежности, для этого нужно смонтировать таким образом, чтобы не было места ослаблению в дальнейшем.

Все участки цепи, на которых применяются те или иные соединения, должны находиться в свободном доступе, это необходимо для производства в дальнейшем осмотров, проверок и измерений. Исключения составляют случаи использования специальных соединений, в которых применяется компаунд (полимерная смола, имеющая термопластичные и термоактивные свойства, эластомерные материалы с различными компонентами, которые затвердевают в обычных условиях и являются также материалом для электротехнической изоляции).

Помимо вышеуказанных материалов, существуют также соединения спрессованные и спаянные, смонтированные при помощи различных приборов, применяются для соединений во всевозможных соединениях систем обогрева (теплые полы, подогрев грунта и прочее).
ПУЭ регламентируют также сварочные и болтовые соединения к незакрытым участкам нулевых проводников и , служащих для выравнивания потенциалов.
Встречаются также гибкие проводники, они нужны в электроустановках, которые часто разбираются и находятся под влиянием сильных вибраций при работе.
Измерение металлосвязи производится одним из самых распространенных методов, для этого прибор подсоединяется к заземлению при помощи одного из выводов аппарата, другой его вывод подсоединяется к одной точке опоры. Между двумя этими выводами подключается источник напряжения. При включении устройства между точками по цепи заземления проходит электрический ток, который подвергается распределения в зависимости от удаления от источника тока. Концы заземления должны иметь минимальные значения тока, а центр максимальные. Замер металлосвязи является одним из важнейших видов измерений, которые проводит электролаборатория.

Измерение металлосвязи.

Как известно, сотрудники электролаборатории называют металлосвязью существование линии ряда меж эл. установками, имеющими заземление и отдельными частями устанвки, которая заземлена, а вот измерение существующей цепи называют проверкой (диагностикой) металлосвязи. Вся суть в замерах сопротивлений переходов на участках присоединений заземляемых частей и проводников.

Для осуществления необходимых измерений оычно используются приборы, металлосвязь измеряется с помощью малых сопротивлений, прибор должен обладать нужной чувствительностью, оптимально он должен без проблем производить замеры значений от 0,01 Ом.

По каким причинам происходит повышение переходного сопротивления?
Соединение контактов – это две металлические плоскости, надежно соединенные друг с другом. При соединениях нет возможности избежать неровности и шероховатости, даже если обе плоскости идеально отшлифованы и отполированы. Плоскость, на которой они соединяются, обозначаются нескольким точками, число этих точек бывает разным, в зависимости силы, примененной при соединении, формы плоскостей, их температуры и др.
Соединение на болтах имеет ряд недостатков, главным из которых является постепенное ослабление соединения контактов, вызванное различными факторами (вибрирует, ржавеет и другие факторы).

Из-за этого происходит ослабление контактов, а значит уменьшается участок соприкосновения двух плоскостей и увеличивается траверсное сопротивление. Поэтому необходимо периодически подтягивать такие участки.
Переходное сопротивление может расти и из-за постепенного окисления металлических поверхностей, потому что пленка окиси металлов обладает большим электросопротивлением.

Не рекомендуется также соединения разных металлов между собой, например пленка окиси появляется скорее, чем при тех же условиях на меди.
Любые повреждения целостности, а значит прерывание заземления, увеличение траверсного сопротивления и др.приводят к серьезным последствиям, таким как полная неисправность различной аппаратуры, пожары, потери электроэнергии из-за происходящей утечки, а также опасность для здоровья человека.

Проверка связи металлов и поражение эл.током.
Как всем известно, если человек возьмется за 2 вывода, которые обладают различными электрическими зарядами, то человеческое тело становится проводником, т.е электрический ток будет протекать от вывода с высокими значениями к выводу с низкими. Можно рассмотреть распространенный пример, нарушение целостности изоляции кабеля с последующим пробоем на корпус электрооборудования. Что произойдет?
Если корпус оборудования не имеет заземления и нет автомата или любого другого защитного прибора, то о произошедшем пробое будет понятно в самый последний момент, когда человек тронет прибор и любой заземлитель. Все этозакончиться весьма печально.
В случае если корпус имеет заземление, а устройство защиты отсутствует, решающую роль играет переходное сопротивление, если оно имеет небольшое значение, то величина тока КЗ будет гораздо выше предела параметров работы автомата, реле разомкнет цепь.
Если взять электросхему с автоматом на 32А, а сопротивление перехода имеет значение 15 Ом, то ток утечки составит 28А. Так как ток утечки меньше порога срабатывания УЗО, то естественно автомат не разомкнет цепь, а пробой также будет присутствовать на корпусе. Контактные соединения будут сильно нагреваться, а электросчетчик будет отсчитывать круги кВт/ч, которые уходят в виде тока утечки в землю. Все это будет происходить пока на бьющий током прибор или специфический запах гари кто то не заметит.
При отсутствии заземления корпуса и присутствии защиты, то по идее оно должно сработать, если произойдет утечка электрического тока. При таком развитии ситуации, человек, дотронувшийся до электроприбора, будет подвержен воздействию на доли секунды электрическому току, который не представит серьезной опасности для организма, так как УЗО вовремя произведет отключение.
Самый идеальный вариант – это заземленный прибор и подключенный автоматический выключатель. В таком случае при пробое на корпус, устройство защиты мгновенно разомкнет цепь питания, представляющую опасность.
Из всего этого можно сделать вывод, что надежная металлосвязь и периодическая проверка всех соединений контактов могут предотвратить поражение человека электрическим током.

Какую роль играет металлосвязь в экономии электроэнергии.

Электротравматизм является не одним фактором риска при увеличении переходного сопротивления. Немаловажной проблемой является утечка лектроэнергии. Для наглядности можно взять вышеописанный пример с утечкой тока 28А. Величину мощности можно узнать по формуле:
Pп = Uф х Iу = 220 х 28 = 6160 Вт
Согласно этой формуле. За каждый час в землю будет уходить более 6 кВт электроэнергии, если умножить на 24 часа, то получится больше 140 кВт в сутки.
Конечно, 18 Ом это довольно преувеличенное значение, мы его взяли лишь для наглядности примера. В реальности значение таких сопротивлений в разы меньше, но есть одно но, в сооружениях есть множество коммуникаций с огромным количеством подсоединенных выводов и в принципе потери тока присутствуют. Для того чтобы диагностировать все существующие сопротивления эл.установок потребуется довольно много времени.

Поэтому чаще всего траверсные сопротивления замеряют с помощью микроомметра, прочие соединения контактов осматриваются с помощью специальных приборов, например тепловизор.
Как правило, сопротивление цепи преобразует энергию электричества в энергию тепловую, поэтому контакты сильно нагреваются и появляется специфический запах.

Металлосвязь и влияние на противопожарную охрану.
Противопожарная охрана в электроустановках представляет собой систематическую проверку всех соединений на прочность. При возникновении большого сопротивления контактные выводы начинают нагреваться, нагревается изоляция и другие легкоплавкие материалы, и при продолжительном увеличении нагрева контактов происходит возникновение очага пожара.
Для своевременного выявления ненадёжных соединений применяется регулярная проверка значения металлосвязи при помощи тепловизора, так как используя данный прибор можно гораздо проще и быстрее выявить даже небольшой нагрев соединений и своевременно устранить причины (ослабленные болтовые соединения, скопление пыли, грязи, коррозия).
Итоги замеров.
Для записи замеров используется специальный документ - протокол измерений металлосвязи.
В нем указываются название и геоданные исследуемой электроустановки, число частей, проверенных и самую высокую величину сопротивления. В случае наличии выявленного оборудования без заземления или выявленных отклонений в полученных итогах, то такие данные также указываются в протоколе.
Выводы.

В заключении подведем итог. Если электроустановка имеет схему в виде TN-C, в этой ситуации элементы установки, которые не подвержены прохождению тока, должны обладать своим заземлением.
КЛ объединенные в комплекс (кроме осветительных) должны оснащаться помимо автоматов еще и устройствами защитного отключения, так как они более чувствительны.
Необходимо своевременно и регулярно проверять все контакты соединенные и прочие элементы, не проводящие эл.ток. Когда проводится диагностика, то проводится и определение величины существующего сопротивления на переходе и оно должно быть не больше 0,01Ом.
Если в ходе проверки были обнаружены части, не имеющие заземления, нужно сразу же подключить их к проводнику выравнивания значений заряда. Если при замерах сопротивления были выявлены завышенные значения сопротивления, необходимо устранить причину (очистить, болтовые затянуть).
Своевременная проверка и нахождение сопротивления позволит избежать серьезных последствий, которые будут найдены в виде отклонений на самом раннем этапе нагрева.
В заключении отметим, в каждом виде электроустановки присутствует множество контактов и выводов соединенных между собой, не относящихся к заземленной линии, и они тоже могут вызвать пожар или поражения током.

Проведение регулярной диагностики с применением специального оборудования, поможет найти контакты, которые начали греться.

Для чего нужно проверять металлосвязь, как измерить и какие должны быть параметры у металлосвязи?

Электролаборатория » Вопросы и ответы » Для чего нужно проверять металлосвязь, как измерить и какие должны быть параметры у металлосвязи?

Необходимое по требованиям безопасности защитное заземление нуждается в тщательной проверке всех его компонентов. Такая проверка входит в число выполняемых нашей электролабораторией работ. Схема заземления тестируется на целостность и правильность подключения следующим образом: проверяется наличие цепи между заземляемым оборудованием и заземляющими проводниками и между заземляющими проводниками и заземлителями.

Качественное заземление является важным неотъемлемым компонентом электротехнического оборудования, обеспечивающим защиту от поражения электрическим током. Для правильной работы защитных систем и предотвращения возможности появления напряжения на металлических корпусах оборудования необходима  проверка металлосвязи. Металлосвязь — это показатель, характеризующий качество связи в цепи. Осуществляя измерение металлосвязи, наши специалисты замеряют сопротивление заземления на всех его участках.

Схема заземления состоит из большого количества соединенных между собой в единую цепь отдельных элементов. В случаях окисления или наличия других повреждений в точках соединений, при недостаточном качестве сварных швов общее сопротивление заземления может существенно увеличиться по сравнению со своим первоначальным или расчетным  значением. И чем больше количество соединений в цепи, тем выше риск превышения предельно допустимых значений сопротивления.

Предельно допустимым переходным сопротивлением защитного проводника является 0,05 Ом. Превышение этой величины свидетельствует о наличии неисправностей и требует принятия мер по их незамедлительному устранению. Чрезмерно высокое сопротивление заземлителя существенно снижает эффективность всей имеющейся системы заземления вплоть до полной ее функциональной бесполезности.

В случае успешного прохождения всех испытаний по результатам измерения металлосвязи на протестированное оборудование специалистами электролаборатории оформляется протокол металлосвязи по установленной форме. Не прошедшее своевременную проверку устройство заземления не пригодно к дальнейшей эксплуатации как не отвечающее требованиям безопасности.

Специалисты нашей электролаборатории предоставят Вам подробную консультацию по всем связанным с электроизмерительными работами вопросам. С расценками на электроизмерительные работы можно ознакомиться тут.

Как проводится проверка металлосвязи в электроустановках

По окончанию монтажа электрооборудования, а также во время его эксплуатации, необходимо выполнить комплекс электроизмерительных мероприятий, среди которых присутствует и такой вид испытаний, как проверка металлосвязи. Что такое металлосвязь, и какова цель измерения, разберём далее.

Обслуживание электроустановок разрешается только персоналу, прошедшему специальную подготовку и проверку знаний. Квалификация специалистов подтверждается удостоверениями соответствующего образца. К самому оборудованию также имеются отдельные предписания – климатическое исполнение, способ установки, условия безопасной работы и другие аспекты, требующие неукоснительного исполнения. В их числе – наличие защитного заземления на металлических корпусах.

Что такое металлосвязь

Определение «металлосвязь» у электриков характеризует наличие и качество выполнения защитного заземления. Под проверкой металлосвязи понимается определение переходного омического сопротивления между контуром заземления и заземляемым электрооборудованием.

С этой целью третья жила в проводке частных домов (квартир) и пятая жила в электрических сетях промышленных предприятий специально закладываются в проекты электроснабжения для организации системы TN-C-S – самой распространённой системы заземления в электроустановках до 1000В на сегодняшний день.

Цель измерений металлосвязи

Целью проверки металлосвязи является определение параметров заземляющих цепей, характеризующих электробезопасность установки.

Исходя из того, что в случае аварийного режима (пробоя изоляции токоведущих частей) ток пойдёт по пути наименьшего электрического сопротивления, Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ) устанавливаются жёсткие нормы по сечению заземляющих проводников и величине переходного сопротивления. Сопротивление одного соединения (контакта) должно быть равным не более 0,01 Ом с погрешностью до 20%, однако, для заземления требуется не менее двух соединений (сварных или болтовых) вместе с проводником, поэтому сотрудники электротехнической лаборатории (ЭТЛ) при измерениях отталкиваются от величины общего переходного сопротивления – 0,05 Ом.

Особенности измерения

Измерение металлосвязи проводят сразу после монтажа электроустановки, прямо перед пуском и вводом в эксплуатацию. Дополнительно к отчёту о проверке металлосвязи может потребоваться протокол измерения сопротивления контура заземления.

Периодичность испытаний

После начала эксплуатации электрооборудования ответственные за электрохозяйство работники ИТР, согласно требованиям ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей), проводят повторные измерения металлосвязи не реже, чем 1 раз в 3 года (п.2.12.17). Это связано с тем, что со временем появление окислов, пыли, ослабление контактов и ряд других факторов приводит к постепенному увеличению омического сопротивления, и очень важно контролировать, чтобы этот процесс не переходил установленные нормативные рамки.

Общий порядок проверки

Для проведения измерений привлекаются сотрудники аккредитованной в Ростехнадзоре электроизмерительной лаборатории. Методику и общий порядок проверки металлосвязи в электроустановках можно разделить на несколько этапов:

  1. Внешний визуальный осмотр. Предполагает визуальное обследование контура заземления на предмет целостности и наличия дефектов, которые могут быть вызваны как естественным старением (коррозией), так и механическими повреждениями в течение срока эксплуатации. Необходимо уделить особое внимание контактным соединениям. В системах заземления используются сварные, болтовые, спаянные и опрессованные соединения. Сварные швы простукиваются молотком для определения механической прочности и качества сварки. Болтовые соединения для улучшения контакта обычно просто протягивают.
  2. Измерение переходного сопротивления. Делается это следующим образом: один щуп испытательного прибора устанавливают на полосе заземления, другой щуп – на заземляемой электроустановке. Для этого может потребоваться частичная зачистка поверхности от защитного покрытия (лака или краски). Данные записываются и переходят к следующему элементу. В случае неудовлетворительного результата соединения снова проверяются, прочищаются и протягиваются или опрессовываются, после чего вновь производят замер.
  3. Фиксирование результатов. По окончанию испытаний полученные при измерениях данные вносятся в документ установленной формы – протокол испытаний. Помимо этого, протокол содержит информацию о заказчике, для которого выполнены замеры, наименование и номер регистрации ЭТЛ, проводившей электроизмерительные работы, данные испытательного оборудования со сроком поверки, название и геофизические параметры испытуемого устройства или установки, число проверенных элементов системы заземления и выводы о пригодности к эксплуатации. После заполнения всех граф ставятся подписи работника, проводившего измерения, и начальника ЭТЛ. Достоверность протокола подтверждается печатью электролаборатории синего цвета.
Протокол проверки металлосвязи

Приборы для измерения

Приборы для испытания металлосвязи должны быть специализированными. На современном рынке существует огромный ассортимент приборов как отечественного, так и иностранного производства. Их особенностью является широкий диапазон и высокая точность измерения омического сопротивления (от 1 до 100 000 мкОм при погрешности ±0,2%).

Среди российских приборов можно выделить микроомметры «ИКС-5» и «МИКО-1», среди иностранных – омметр «МIC-3» и мультиметр «Fluke». Основные критерии, по которым выбирают прибор, следующие:

  • силиконовые измерительные провода, не твердеющие в отрицательные температуры;
  • наличие встроенного источника питания (аккумуляторной батареи), позволяющего проводить работы в полевых условиях без наличия внешних источников;
  • высокая степень защиты от влаги и пыли.

Заключение

Важным моментом в проведении приемо-сдаточных и профилактических проверок электрооборудования является правильный выбор электроизмерительной лаборатории.

Право на проведение электротехнических испытаний имеет только организация, обладающая соответствующей аккредитацией в Ростехнадзоре с указанием разрешённых видов измерений. Персонал, в обязанности которого входит непосредственное проведение испытаний и измерений, также должен пройти соответствующую подготовку. Во время исполнения служебных обязанностей специалисты должны иметь при себе квалификационное удостоверение.

Компания «Мега.ру» принимает заказы на проведение измерений металлосвязи на территории Москвы и Московской области. Наши специалисты выполнят работу в кротчайшие сроки с оформлением необходимых протоколов и технических отчётов. Задать вопросы или получить более подробную информацию вы можете, связавшись с нами по телефонам, указанным в разделе «Контакты».

 

Проверка металлосвязи

Проверка металлосвязи – это измерение всех переходных сопротивлений на различных участках нулевого защитного проводника.

Переходное сопротивление соединений контактов должно быть ≤ 0,05 Ом. Если оно выше этого значения это указывает на наличие дефекта соединения. Зачастую, дефекты соединений контактов находятся на поверхности, будь то окислившаяся оголенная жила кабеля или клеммная колодка, слабая затяжка болтового соединения или дефект сварного соединения.

Необходимо помнить, что даже незначительное превышение нормы переходного сопротивления контакта нулевого защитного проводника (например, Rпер = 0,055 Ом) указывает на то, что контактное соединение находится в зоне риска.

Расчетное и измеренное сопротивление цепи проводников должно расходится максимум на ≤ 20%.

Для проведения проверки металлосвязи используются приборы: MI 3102H BT и MIE-500.

На практике проверку металлосвязи выполняют по следующей программе:

  • визуальная проверка всех защитных проводников;
  • механическая проверка имеющихся сварочных соединений;
  • проверка металлосвязи на всех заземлённых частях электроустановки;
  • проверка напряжения на корпусе заземлённого оборудования.

Периодичность согласно ПТЭЭП:

  • для особо опасных установок, наружных установок, кранов, лифтов, стационарных электроплит (в разогретом состоянии), 1 раз/1 года.
  • для большинства объектов, 1 раз/3 года;

В результате проверки металлосвязи составляется Протокол испытания непрерывности защитных проводников, проверка цепи между заземлителями и заземляемыми элементами, уравнивание потенциалов, в котором дается оценка состояния металлосвязи цепи нулевого защитного проводника электроустановки.

Более подробную информацию по проверке металлосвязи Вы можете получить по телефону: +7 (812) 748-26-28.


Замер металлосвязи, измерение переходного сопротивления


Замер металлосвязи

Под словом металлосвязь понимается величина, характеризующая связь в цепи между заземляющим устройством и заземляемым объектом. Дефекты металлосвязи, возникающие при коррозии, ошибках при проведении непрофессионального монтажа, разрывах и иных повреждениях, могут привести к короткому замыканию. А от этого, как известно, ничего хорошего ждать не стоит.

В связи с этим существует необходимость в замере металлосвязи, который производится специализированными электролабораториями. Измерения металлосвязи преследуют такие цели, как:

  • определение и основательная проверка целостности и отсутствия повреждений защитных проводников (металлические оболочки кабелей, металлические трубы и пр.) на участке от исследуемого объекта до устройства заземления;
  • проверка наличия цепи между заземлителями и заземляемыми элементами;
  • определение напряжения на корпусе оборудования, находящегося в рабочем режиме.

Главный критерий качества металлосвязи - сопротивление измеряемого участка (максимально допустимое сопротивление - 0,05 Ом). Надёжность и правильность электрических соединений тщательно проверяется в ходе осмотра, а прочность сварочных соединений – измерением цепи после ударов тяжелого молотка.

Плановый замер металлосвязи осуществляется в соответствии с утвержденными Правилами Устройства Электроустановок, где помимо всего прочего оговаривается, тот факт, что проводники (защитные и системы уравнивания потенциалов) обязательно должны быть качественно соединены, тем самым обеспечивая непрерывность и целостность электрической цепи.

Проводники из стали должны соединяться при помощи сварки. Места соединений располагают так, чтобы обеспечить свободный доступ к ним для проведения дальнейших осмотров, испытаний и измерений. Исключением являются сварные, паяные и спрессованные соединения в обогревательных системах, находящихся в стенах, перекрытиях, полах, грунте.

В соответствии с ПУЭ присоединения к проводящим частям проводников выравнивания потенциалов и нулевых, заземляющих проводников также выполняются сваркой или болтовыми соединениями. Для присоединения электрического оборудования, которое подвергается вибрации или часто демонтируется, употребляются гибкие проводники.

Для того чтобы произвести измерение переходного сопротивления, применяется метод, предусматривающий присоединение первого полюса измерительного прибора к заземлению проверяемого аппарата, а второго полюса – к некоторой опорной точке. Между ними присоединяют источник тока.

Замер металлосвязи – ответственное и довольно сложное мероприятие. Но электролаборатория нашей компании имеет все необходимое для этой процедуры оборудование, а наши первоклассные специалисты гарантируют вам точность и высокое качество электроизмерений.

Измерение сопротивления металлосвязи | Вольт Энерго

Электролаборатория ВОЛЬТ ЭНЕРГО предоставляет услугу по измерению металлосвязи (сопротивление растекания тока на основных заземлителях) на объектах заказчика по всей Украине.

Целью измерения металлосвязи является следующее :

  • определение и проверка непрерывности, а также целостности (отсутствия различных повреждений) защитных проводников на участке от определенного объекта до устройства заземления.
  • определение сопротивления измеряемого участка защитной цепи. Сопротивление измеряется между конкретной проводящей частью и точкой главного проводника, находящейся на самом близком расстоянии от этой части.
  • проведение измерений напряжения на корпусе (заземленном) оборудования, которое проверяется и находится в рабочем режиме, или же – выявление его отсутствия.

Все результаты проведенных испытаний оформляются протоколами электроизмерений, которые в свою очередь объединяются в Техническом отчете, содержащем всю информацию о реальном положении дел на объекте заказчика.

  • определение и проверка непрерывности и целостности защитных проводников
  • определение сопротивления участка защитной цепи
  • проведение измерений напряжения на корпусе оборудования

Периодичность проведения: 1 раз в год

Суть электроизмерения:

Металлосвязь — величина, характеризующая наличие и качество связи в цепи между заземляемым объектом и заземлителем. При возникновении коротких замыканий, дефекты металлосвязи (вследствие коррозии, разрывов, некачественного монтаж при строительстве) могут привести к возникновению высокой разности потенциалов в электрической сети, которая несёт опасность для изоляции цепей, опасность для людей и вызывает повреждение электронной аппаратуры.

Цель измерения металлосвязи

  • определение и тщательная проверка непрерывности и целостности (отсутствия разнообразных повреждений) защитных проводников на участке от определенного объекта, для которого проводятся электроизмерения, до устройства заземления. К защитным проводникам относятся электротехнические металлические трубы, оболочки кабелей из металла;
  • определение сопротивления участка защитной цепи, который измеряется. Сопротивление измеряется между конкретной проводящей частью и точкой главного проводника, находящейся на самом близком расстоянии от этой части;
  • проведение измерений напряжения на корпусе (заземленном) оборудования, которое проверяется и находится в рабочем режиме, или же – выявление его отсутствия.

Качество металлосвязи характеризуется сопротивлением измеряемого участка (предельно допустимым сопротивление контактов заземляющих проводников 0,05 Ом).

Замеры металлосвязи состоят в последовательном измерении сопротивления каждого соединения на всех участках PE-проводника между заземляемым оборудованием и непосредственно «землей» — ГЗШ (главной заземляющей шиной) здания.

Металлосвязь каждого соединения — болтового, сварного, клемного и других — должна быть ниже 0,05 Ом. И если сечения защитных проводников выбраны в соответствии с Правилами устройства электроустановок, то связь оборудования с заземлителем считается надежной.

Работы проводятся в любое удобное для заказчика время !
(перед началом работ, необходимо уведомить Подрядчика о времени проведения работ)

После окончания работ заказчику предоставляются акты выполненных работ, технический отчет, дефектный акт, протоколы электроизмерений, карта нагрузок.

Периодичность проведения электроизмерений сопротивления металлосвязи

Измерение сопротивления металлосвязи проводится согласно нормативным документам – ПУЕ, ПТТЕС, каждый раз после монтажных работ, переоборудования электроустановок и их ремонта. – ПТЕЕС Приложение 1, табл. 25, п.1., а для электроустановок, которые находятся в особо опасных условиях эксплуатации – не реже 1 раза в год. и в соответствии, с установленной на предприятии системою ТОР (технического обслуживания и ремонта) см. Примечания К, М. к данной таблице.
Как правило, проводится вместе с остальными основными электроизмерениями (сопротивление изоляции, фаза-ноль, контур заземления)

Электрическое сопротивление | Факты, резюме и определение

Основная информация и обзор:

  • Определения
  • Как металлы проводят электричество?
  • Что такое электрическое сопротивление?
  • Какие факторы влияют на электрическое сопротивление?
  • Как измерить электрическое сопротивление в цепи

Определения

Металлическое соединение - это соединение, в котором положительные ионы окружены морем делокализованных электронов.

Ток - это скорость прохождения заряда (или заряженных частиц). Он измеряется в амперах, А.

Напряжение - электродвижущая сила. Проще говоря, это сила, которая заставляет заряженные электроны перемещаться из одного места в другое. Измеряется в вольтах, В.

Электрическое сопротивление - это сопротивление потоку электронов. Измеряется в Ом, Ом.

Удельное сопротивление - это сила сопротивления потоку заряженных электронов металла.

Закон Ома - это ток, который утверждает, что сопротивление прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально току.

Как металлы проводят электричество?

Металлы имеют металлическую связь между атомами. Металлическая связь возникает, когда группа атомов, образующих положительные заряды, объединяется. Положительные ионы образуют цепочку, а валентные электроны атомов делокализованы, так что образуется «море электронов».

(Это металлическое соединение.Положительные ионы окружены морем отрицательных электронов.)

Электроны заряжены отрицательно и несут заряд с собой. Поскольку электроны делокализованы и не фиксируются на своих орбиталях, они могут переносить заряды, перемещаться и передавать заряд следующему электрону и, таким образом, проводить электричество.

Поскольку металлы проводят электричество, провода в цепях сделаны из металлов, в основном из меди. Фактически, все электрическое оборудование, используемое для создания цепей, сделано из металла.

Что такое электрическое сопротивление?

«Электрическое сопротивление» - это то, что следует из названия. Иногда по каким-то причинам некоторые заряженные электроны останавливаются и не могут двигаться вперед. Поток заряженных электронов сопротивляется, и ток уменьшается.

Несмотря на то, что металл проводит электричество, каждый металл обладает некоторыми резистивными свойствами, которые ограничивают поток заряженных электронов. Некоторые металлы более устойчивы к току, чем другие.

Электрическое сопротивление - причина того, что электроника нагревается после продолжительного использования.Заряженные электроны продолжают накапливаться в одной точке, и их кинетическая энергия вызывает нагрев электроники.

Какие факторы влияют на электрическое сопротивление?

На электрическое сопротивление в основном влияют 4 фактора:

  1. Длина провода
  2. Толщина проволоки
  3. Температура провода
  4. Материал проволоки

Чем короче провод, тем меньше сопротивление.Длинный провод имеет большую площадь контакта с заряженными частицами. Контакт вызывает трение, а трение - это сила, противодействующая движению. У более коротких проводов меньшая площадь поверхности, следовательно, меньшая сила сопротивления и меньшее сопротивление заряженных электронов.

  • Толщина проволоки

Более толстая проволока обеспечивает меньшее сопротивление по сравнению с более тонкой проволокой. Подумайте об этом так: из трубы с большим отверстием вытечет больше воды, чем из трубы с меньшим отверстием.Таким же образом больше заряженных электронов может проходить через более толстый провод, чем через более тонкий провод, что означает, что электрическое сопротивление более толстого провода меньше.

  • Температура провода

Чем ниже температура, тем меньше сопротивление. Мы можем понять это, подумав о гипер-собаке. Он будет прыгать и быть активным и не будет слушать вас, когда вы скажете ему сесть в машину. Точно так же, когда температура проволоки увеличивается, кинетическая энергия заряженных частиц увеличивается.Вместо того, чтобы проходить через проволоку, они начинают сталкиваться со стенками из проволоки.

Каждый металл имеет различное сопротивление, которое называется удельным сопротивлением металла. Некоторые металлы имеют более высокое удельное сопротивление, а некоторые металлы - более низкое удельное сопротивление. Как правило, металлическая медь имеет очень низкое удельное сопротивление. Вот почему провода, используемые в схемах и электрических экспериментах, сделаны из меди.

(На этом рисунке показаны разные вещи, влияющие на электрическое сопротивление.

E = заряженные электроны

I = скорость потока заряженных электронов

Дж = Джоуля / Энергия провода (температура провода)

l = длина проволоки

A = площадь поперечного сечения (толщина провода))

Электрическое сопротивление провода измеряется по формуле:

сопротивление = удельное сопротивление × длина / площадь

Вопрос

Медный провод имеет длину 0.5 м 3 и площадью поперечного сечения 0,25 м3. Удельное сопротивление меди 1,7 x10 - 8 Ом · м

Ответ

По формуле можно рассчитать сопротивление медного провода:

сопротивление = удельное сопротивление × длина / площадь

сопротивление = 1,7 x10 - 8 x 0,5 / 0,25

сопротивление = 3,4 x10 -8 Ом

Как измерить электрическое сопротивление в цепи

Закон

Ом гласит, что электрическое сопротивление прямо пропорционально напряжению, но обратно пропорционально току.

(Формулу можно записать как V = IR)

Можно разумно предположить, что когда:

  • Когда сопротивление увеличивается, поток заряженных электронов уменьшается, а напряжение увеличивается.
  • Когда сопротивление уменьшается, поток заряженных электронов увеличивается и, таким образом, уменьшается напряжение.

Вопрос

Цепь

A - 2 батареи по 2 В, подключенные последовательно. Ток, протекающий по цепи, равен 0.2 А. какое сопротивление в цепи?

Решение

Прежде всего, при последовательном подключении аккумуляторов складываются их напряжения. Общее напряжение цепи будет:

2 + 2 = 4 Вольт

Во-вторых, используя закон Ома, мы можем рассчитать сопротивление.

В = ИК

R = V / I

R = 4 / 0,2

R = 20 Ом

Резюме:

  • Сопротивление - это остановка потока заряженных электронов.
  • Металлы могут проводить электричество из-за моря делокализованных электронов.
  • Меньшие провода имеют меньшее электрическое сопротивление, чем более длинные.
  • Более толстые провода имеют меньшее электрическое сопротивление, чем более тонкие.
  • Более холодные провода имеют меньшее электрическое сопротивление, чем более горячие.
  • Некоторые металлы имеют более низкое удельное сопротивление, чем другие.
  • Сопротивление проводов рассчитывается как сопротивление = удельное сопротивление × длина / площадь
  • Закон
  • Ом гласит, что электрическое сопротивление прямо пропорционально напряжению, но обратно пропорционально току

Металлическая связь - Chemistry LibreTexts

В начале 1900-х Пауль Дрюде предложил теорию металлических связей «моря электронов», моделируя металлы как смесь атомных ядер (атомные ядра = положительные ядра + внутренняя оболочка электронов) и валентные электроны.Металлические связи возникают между атомами металлов. В то время как ионные связи соединяют металлы с неметаллами, металлическая связь соединяет большую часть атомов металла . Лист алюминиевой фольги и медная проволока - это места, где можно увидеть в действии металлическое соединение.

Металлы, как правило, имеют высокие температуры плавления и кипения, что указывает на наличие прочных связей между атомами. Даже мягкий металл, такой как натрий (точка плавления 97,8 ° C), плавится при значительно более высокой температуре, чем элемент (неон), предшествующий ему в Периодической таблице.Натрий имеет электронную структуру 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . Когда атомы натрия собираются вместе, электрон на 3s-атомной орбитали одного атома натрия делит пространство с соответствующим электроном на соседнем атоме, образуя молекулярную орбиталь - примерно так же, как образуется ковалентная связь.

Разница, однако, заключается в том, что к каждому атому натрия прикасаются восемь других атомов натрия - и происходит разделение между центральным атомом и 3s-орбиталями на всех восьми других атомах.К каждому из этих восьми, в свою очередь, прикасаются восемь атомов натрия, к которым, в свою очередь, прикасаются восемь атомов - и так далее, и так далее, пока вы не поглотите все атомы в этом куске натрия. Все из 3s-орбиталей на всех атомах перекрываются, давая огромное количество молекулярных орбиталей, которые простираются по всему куску металла. Конечно, должно быть огромное количество молекулярных орбиталей, потому что любая орбиталь может содержать только два электрона.

Электроны могут свободно перемещаться внутри этих молекулярных орбиталей, и поэтому каждый электрон отделяется от своего родительского атома.Считается, что электроны делокализованы. Металл удерживается вместе сильными силами притяжения между положительными ядрами и делокализованными электронами (рис. \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Металлическая связь: Модель электронного моря: Положительные атомные ядра (оранжевые кружки) окружены морем делокализованных электронов (желтые кружки).

Иногда это называют «массив положительных ионов в море электронов». Если вы собираетесь использовать это представление, будьте осторожны! Металл состоит из атомов или ионов? Он состоит из атомов .+} \).

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Металлическое соединение из магния

Используйте модель моря электронов, чтобы объяснить, почему магний имеет более высокую температуру плавления (650 ° C), чем натрий (97,79 ° C).

Решение

Если вы проработаете тот же аргумент выше для натрия с магнием, вы получите более сильные связи и, следовательно, более высокую температуру плавления.

Магний имеет внешнюю электронную структуру 3s 2 . Оба этих электрона становятся делокализованными, поэтому «море» имеет вдвое большую электронную плотность, чем в натрии.Остальные «ионы» также имеют в два раза больший заряд (если вы собираетесь использовать этот конкретный взгляд на металлическую связь), поэтому между «ионами» и «морем» будет больше притяжения.

Более реалистично, каждый атом магния имеет 12 протонов в ядре по сравнению с 11 натрием. В обоих случаях ядро ​​экранировано от делокализованных электронов одинаковым количеством внутренних электронов - 10 электронов в 1s 2 2s 2 2p 6 орбиталей. Это означает, что чистое притяжение от ядра магния будет 2+, но только 1+ от ядра натрия.

Таким образом, в магнии будет не только большее количество делокализованных электронов, но также будет большее притяжение для них со стороны ядер магния. Атомы магния также имеют немного меньший радиус, чем атомы натрия, поэтому делокализованные электроны находятся ближе к ядрам. У каждого атома магния также двенадцать ближайших соседей, а не восемь у натрия. Оба эти фактора еще больше увеличивают прочность связи.

Примечание: Переходные металлы имеют тенденцию к особенно высоким температурам плавления и кипения.Причина в том, что они могут вовлекать в делокализацию как 3d-электроны, так и 4s. Чем больше электронов вы можете задействовать, тем сильнее будет притяжение.

Объемные свойства металлов

Металлы

обладают несколькими уникальными качествами, такими как способность проводить электричество и тепло, низкую энергию ионизации и низкую электроотрицательность (поэтому они легко отдают электроны с образованием катионов). Их физические свойства включают блестящий (блестящий) вид, а также они пластичны и пластичны.Металлы имеют кристаллическую структуру, но легко деформируются. В этой модели валентные электроны свободны, делокализованы, подвижны и не связаны с каким-либо конкретным атомом. В данной модели может быть:

  • Проводимость : Поскольку электроны свободны, если бы электроны из внешнего источника были вставлены в металлический провод на одном конце (рис. \ (\ PageIndex {2} \)), электроны прошли бы через провод и вышли наружу. на другом конце с той же скоростью (проводимость - это движение заряда).
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): «Море электронов» свободно течет вокруг кристалла положительных ионов металла. Эти текущие электроны могут проводить электрические изменения при приложении электрического поля (например, от батареи). (CC-BY-SA; OpenStax и Rafaelgarcia).
  • Ковкость и Пластичность : Модель металлов с электронным морем не только объясняет их электрические свойства, но также их пластичность и пластичность. Море электронов, окружающее протоны, действует как подушка, и поэтому, когда, например, по металлу ударяют молотком, общий состав структуры металла не повреждается и не изменяется.Протоны могут быть перегруппированы, но море электронов приспосабливается к новому образованию протонов и сохраняет металл нетронутым. Когда один слой ионов в электронном море движется в одном пространстве относительно слоя под ним, кристаллическая структура не разрушается, а только деформируется (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Ковкость металлов обусловлена ​​каждым из движущихся слоев атомов по отношению друг к другу. Конечная ситуация во многом такая же, как и первоначальная.Таким образом, если мы ударим по металлу молотком, кристаллы не разобьются, а просто изменят свою форму. Это сильно отличается от поведения ионных кристаллов.
  • Теплоемкость : Это объясняется способностью свободных электронов перемещаться по твердому телу.
  • Блеск : Свободные электроны могут поглощать фотоны в «море», поэтому металлы выглядят непрозрачными. Электроны на поверхности могут отражать свет с той же частотой, с которой свет падает на поверхность, поэтому металл кажется блестящим.

Однако эти наблюдения являются только качественными, а не количественными, поэтому они не могут быть проверены. Теория «моря электронов» сегодня выступает лишь как упрощенная модель того, как работает металлическая связь.

В расплавленном металле металлическая связь все еще присутствует, хотя упорядоченная структура нарушена. Металлическая связь не разрушается полностью, пока металл не закипит. Это означает, что температура кипения на самом деле является лучшим показателем прочности металлической связи, чем температура плавления.При плавлении связь ослабляется, а не разрывается. Прочность металлической связи зависит от трех факторов:

  1. Число электронов, делокализованных из металла
  2. Заряд катиона (металла).
  3. Размер катиона.

Прочная металлическая связь будет результатом более делокализованных электронов, что приведет к увеличению эффективного ядерного заряда на электронах на катионе, в результате чего размер катиона будет меньше.Металлические связи прочные и требуют большого количества энергии для разрыва, поэтому металлы имеют высокие температуры плавления и кипения. Теория металлической связи должна объяснить, как такое количество связей может происходить с таким небольшим количеством электронов (поскольку металлы расположены в левой части периодической таблицы и не имеют большого количества электронов в их валентных оболочках). Теория также должна учитывать все уникальные химические и физические свойства металла.

Расширение диапазона возможного соединения

Ранее мы утверждали, что связь между атомами можно классифицировать как диапазон возможных связей между ионными связями (полная передача заряда) и ковалентными связями (полностью разделенными электронами).Когда два атома со слегка различающейся электроотрицательностью объединяются и образуют ковалентную связь, один атом притягивает электроны больше, чем другой; это называется полярной ковалентной связью. Однако простая «ионная» и «ковалентная» связь - идеализированные концепции, и большинство связей существует в двумерном континууме, описываемом треугольником Ван Аркеля-Кетелаара (рис. \ (\ PageIndex {4} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): треугольник Ван Аркеля-Кетелаара отображает разницу в электроотрицательности (\ (\ Delta \ chi \)) и средней электроотрицательности в связи (\ (\ sum \ chi \)).верхняя область - это область, где связи в основном ионные, нижняя левая область - это металлическая связь, а правая нижняя область - это ковалентная связь.

треугольников связи или треугольников ван Аркеля – Кетелаара треугольников (названных в честь Антона Эдуарда ван Аркеля и Дж. А. А. Кетелаара) - это треугольники, используемые для отображения различных соединений с различной степенью ионной, металлической и ковалентной связи. В 1941 году ван Аркель выделил три экстремальных материала и связанные с ними типы склеивания. Используя 36 элементов основной группы, таких как металлы, металлоиды и неметаллы, он разместил ионные, металлические и ковалентные связи в углах равностороннего треугольника, а также предложил промежуточные соединения.Треугольник связей показывает, что химические связи - это не просто особые связи определенного типа. Скорее, типы связей взаимосвязаны, и разные соединения имеют разную степень разного характера связывания (например, полярные ковалентные связи).

Видео \ (\ PageIndex {1} \): Что такое Треугольник Связи Ван Аркеля-Кетелаара?

Использование электроотрицательности - два составных средних значения электроотрицательности по оси x рисунка \ (\ PageIndex {4} \).

\ [\ sum \ chi = \ dfrac {\ chi_A + \ chi_B} {2} \ label {sum} \]

и разность электроотрицательностей по оси ординат,

\ [\ Delta \ chi = | \ chi_A - \ chi_B | \ label {diff} \]

мы можем оценить доминирующую связь между соединениями.В правой части рисунка \ (\ PageIndex {4} \) (от ионной до ковалентной) должны быть соединения с различной разницей в электроотрицательности. Соединения с одинаковой электроотрицательностью, такие как \ (\ ce {Cl2} \) (хлор), помещаются в ковалентный угол, а в ионном углу есть соединения с большой разницей электроотрицательностей, такие как \ (\ ce {NaCl} \) ( столовая соль). Нижняя сторона (от металлической до ковалентной) содержит соединения с разной степенью направленности связи. С одной стороны, это металлические связи с делокализованными связями, а с другой - ковалентные связи, в которых орбитали перекрываются в определенном направлении.Левая сторона (от ионной до металлической) предназначена для делокализованных связей с различной разностью электроотрицательностей.

Три крайности в связке

Всего:

  • Металлические облигации имеют низкое значение \ (\ Delta \ chi \) и низкое среднее значение \ (\ sum \ chi \).
  • Ионные связи имеют от умеренного до высокого \ (\ Delta \ chi \) и умеренные значения среднего \ (\ sum \ chi \).
  • Ковалентные связи имеют среднее значение \ (\ sum \ chi \) от среднего до высокого и могут существовать с умеренно низким значением \ (\ Delta \ chi \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Используйте таблицы электроотрицательностей (Таблица A2) и рисунок \ (\ PageIndex {4} \), чтобы оценить следующие значения.

  • разница в электроотрицательности (\ (\ Delta \ chi \))
  • средняя электроотрицательность в связи (\ (\ sum \ chi \))
  • процентный ионный характер
  • вероятный тип облигации

для выбранных соединений:

  1. \ (\ ce {AsH} \) (например, в арсине \ (AsH \))
  2. \ (\ ce {SrLi} \)
  3. \ (\ ce {KF} \).

Решение

а: \ (\ ce {AsH} \)

  • Электроотрицательность \ (\ ce {As} \) составляет 2,18
  • Электроотрицательность \ (\ ce {H} \) равна 2,22

Использование формул \ ref {sum} и \ ref {diff}:

\ [\ begin {align *} \ sum \ chi & = \ dfrac {\ chi_A + \ chi_B} {2} \\ [4pt] & = \ dfrac {2.18 + 2.22} {2} \\ [4pt] & = 2.2 \ end {align *} \]

\ [\ begin {align *} \ Delta \ chi & = \ chi_A - \ chi_B \\ [4pt] & = 2.18 - 2.22 \\ [4pt] & = 0,04 \ end {align *} \]

  • Из рисунка \ (\ PageIndex {4} \) видно, что связь довольно неполярная и имеет низкоионный характер (10% или меньше)
  • Связь находится в середине ковалентной связи и металлической связи

b: \ (\ ce {SrLi} \)

  • Электроотрицательность \ (\ ce {Sr} \) составляет 0,95
  • Электроотрицательность \ (\ ce {Li} \) составляет 0,98

Использование формул \ ref {sum} и \ ref {diff}:

\ [\ begin {align *} \ sum \ chi & = \ dfrac {\ chi_A + \ chi_B} {2} \\ [4pt] & = \ dfrac {0.95 + 0,98} {2} \\ [4pt] & = 0,965 \ end {align *} \]

\ [\ begin {align *} \ Delta \ chi & = \ chi_A - \ chi_B \\ [4pt] & = 0.98 - 0.95 \\ [4pt] & = 0.025 \ end {align *} \]

  • Из рисунка \ (\ PageIndex {4} \) видно, что связь довольно неполярная и имеет низкоионный характер (~ 3% или меньше)
  • Склеивание вероятно металлическое.

с: \ (\ ce {KF} \)

  • Электроотрицательность \ (\ ce {K} \) составляет 0,82
  • Электроотрицательность \ (\ ce {F} \) равна 3.98

Использование формул \ ref {sum} и \ ref {diff}:

\ [\ begin {align *} \ sum \ chi & = \ dfrac {\ chi_A + \ chi_B} {2} \\ [4pt] & = \ dfrac {0.82 + 3.98} {2} \\ [4pt] & = 2.4 \ end {align *} \]

\ [\ begin {align *} \ Delta \ chi & = \ chi_A - \ chi_B \\ [4pt] & = | 0,82 - 3,98 | \\ [4pt] & = 3,16 \ end {align *} \]

  • Из рисунка \ (\ PageIndex {4} \) видно, что связь достаточно полярная и имеет высокий ионный характер (~ 75%)
  • Связь скорее всего ионная.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Сравните связывание \ (\ ce {NaCl} \) и тетрафторида кремния.

Ответ

\ (\ ce {NaCl} \) представляет собой ионную кристаллическую структуру и электролит при растворении в воде; \ (\ Delta \ chi = 1.58 \), среднее \ (\ sum \ chi = 1.79 \), а тетрафторид кремния ковалентный (молекулярный, неполярный газ; \ (\ Delta \ chi = 2.08 \), средний \ ( \ сумма \ хи = 2,94 \).

Авторы и авторство

Электропроводность металлов

Электропроводность металлов - это результат движения электрически заряженных частиц.Атомы металлических элементов характеризуются наличием валентных электронов, которые представляют собой электроны во внешней оболочке атома, которые могут свободно перемещаться. Именно эти «свободные электроны» позволяют металлам проводить электрический ток.

Поскольку валентные электроны могут свободно перемещаться, они могут перемещаться через решетку, которая формирует физическую структуру металла. Под действием электрического поля свободные электроны движутся сквозь металл так же, как бильярдные шары, ударяясь друг о друга, передавая электрический заряд во время движения.

Передача энергии

Передача энергии наиболее сильна при небольшом сопротивлении. На бильярдном столе это происходит, когда шар ударяется о другой шар, передавая большую часть своей энергии следующему шару. Если один шар ударяет несколько других шаров, каждый из них будет нести лишь часть энергии.

Точно так же наиболее эффективными проводниками электричества являются металлы, которые имеют единственный валентный электрон, который может свободно перемещаться и вызывает сильную реакцию отталкивания в других электронах.Так обстоит дело с наиболее проводящими металлами, такими как серебро, золото и медь. У каждого есть один валентный электрон, который движется с небольшим сопротивлением и вызывает сильную реакцию отталкивания.

Полупроводниковые металлы (или металлоиды) имеют большее количество валентных электронов (обычно четыре или более). Таким образом, хотя они могут проводить электричество, они неэффективны в этой задаче. Однако при нагревании или добавлении других элементов полупроводники, такие как кремний и германий, могут стать чрезвычайно эффективными проводниками электричества.

Электропроводность металла

Электропроводность в металлах должна соответствовать закону Ома, который гласит, что ток прямо пропорционален электрическому полю, приложенному к металлу. Закон, названный в честь немецкого физика Георга Ома, появился в 1827 году в опубликованной статье, в которой излагалось, как ток и напряжение измеряются в электрических цепях. Ключевой переменной при применении закона Ома является удельное сопротивление металла.

Удельное сопротивление противоположно электрической проводимости, оценивая, насколько сильно металл противодействует прохождению электрического тока.Обычно это значение измеряется на противоположных гранях куба материала длиной один метр и описывается как омметр (Ом · м). Удельное сопротивление часто обозначают греческой буквой ро (ρ).

Электропроводность, с другой стороны, обычно измеряется в сименсах на метр (См -1 ) и обозначается греческой буквой сигма (σ). Один сименс равен одному ому, обратному величине.

Электропроводность, удельное сопротивление металлов

Материал

Удельное сопротивление


p (Ом • м) при 20 ° C

Электропроводность


σ (См / м) при 20 ° C
Серебро 1.59x10 -8 6,30 x 10 7
Медь 1,68 x 10 -8 5,98 x 10 7
Отожженная медь 1,72 x 10 -8 5.80x10 7
Золото 2.44x10 -8 4,52x10 7
Алюминий 2,82 x 10 -8 3,5 x 10 7
Кальций 3.36x10 -8 2,82 x 10 7
Бериллий 4,00x10 -8 2.500x10 7
Родий 4,49 x 10 -8 2,23 x 10 7
Магний 4.66x10 -8 2,15x10 7
молибден 5,225 x 10 -8 1,914 x 10 7
Иридий 5.289x10 -8 1.891x10 7
Вольфрам 5,49 x 10 -8 1.82x10 7
цинк 5,945x10 -8 1.682x10 7
Кобальт 6,25x10 -8 1.60x10 7
Кадмий 6,84 x 10 -8 1,46 7
Никель (электролитический) 6.84x10 -8 1,46 x 10 7
Рутений 7,595 x 10 -8 1,31x10 7
Литий 8,54 x 10 -8 1,17 x 10 7
Утюг 9,58x10 -8 1,04 x 10 7
Платина 1,06 x 10 -7 9,44 x 10 6
Палладий 1.08x10 -7 9,28 x 10 6
Олово 1,15x10 -7 8,7 x 10 6
Селен 1,197 x 10 -7 8,35 x 10 6
Тантал 1,24x10 -7 8,06 x 10 6
Ниобий 1,31x10 -7 7,66 x 10 6
Сталь (литье) 1.61x10 -7 6,21 x 10 6
Хром 1,96 x 10 -7 5,10x10 6
Свинец 2,05 x 10 -7 4,87 x 10 6
Ванадий 2,61 x 10 -7 3,83 x 10 6
Уран 2,87 x 10 -7 3,48 x 10 6
Сурьма * 3.92x10 -7 2,55 x 10 6
Цирконий 4,105x10 -7 2.44x10 6
Титан 5,56 x 10 -7 1,798 x 10 6
Меркурий 9,58x10 -7 1.044x10 6
Германий * 4,6х10 -1 2,17
Кремний * 6.40x10 2 1,56x10 -3

* Примечание. Удельное сопротивление полупроводников (металлоидов) сильно зависит от наличия примесей в материале.

научных принципов

научных принципов

Структура металлов:

Металлы составляют около двух третей всех элементов и около 24% массы планеты. Они повсюду вокруг нас в таких формах, как стальные конструкции, медная проволока, алюминиевая фольга и золотые украшения.Металлы широко используются благодаря своим свойствам: прочности, пластичности, высокой температуре плавления, тепловой и электрической проводимости и ударной вязкости.

Эти свойства также позволяют понять структуру металлов. Как и все элементы, металлы состоят из атомов. Прочность металлов предполагает, что эти атомы удерживаются вместе прочными связями. Эти связи также должны позволять атомам двигаться; иначе как металл можно было забивать в листы или вытягивать в проволоку? Разумной моделью была бы модель, в которой атомы удерживаются вместе прочными, но делокализованными связями.

Склеивание

Такие связи могут образовываться между атомами металлов, которые имеют низкую электроотрицательность и не сильно притягивают свои валентные электроны. Это позволило бы наиболее удаленным электронам быть общими для всех окружающих атомов, в результате чего положительные ионы ( катионов, ) были окружены морем электронов (иногда называемым электронным облаком).

Рисунок 1: Металлическое соединение .

Поскольку эти валентные электроны являются общими для всех атомов, они не считаются связанными с каким-либо одним атомом.Это сильно отличается от ионных или ковалентных связей, где электроны удерживаются одним или двумя атомами. Таким образом, металлическая связь получается прочной и однородной. Поскольку электроны притягиваются ко многим атомам, они обладают значительной подвижностью, что обеспечивает хорошую теплопроводность и электрическую проводимость металлов.

Выше точки плавления металлы являются жидкостями, их атомы расположены беспорядочно и относительно свободно перемещаются. Однако при охлаждении ниже точки плавления металлы перестраиваются, образуя упорядоченные кристаллические структуры.

Рисунок 2: Расположение атомов в жидкости и твердом теле.

Кристаллы

Чтобы образовать самые прочные металлические связи, металлы упаковываются как можно плотнее. Возможны несколько вариантов упаковки. Вместо атомов представьте себе шарики, которые нужно упаковать в коробку. Шарики помещали на дно коробки аккуратными упорядоченными рядами, а затем начинали второй слой. Второй слой шариков нельзя размещать непосредственно поверх других шариков, поэтому ряды шариков в этом слое перемещаются в промежутки между шариками первого слоя.Первый слой мрамора может быть обозначен как A, а второй слой как B, давая двум слоям обозначение AB.

Слой «A» Слой «B» AB упаковка
Рисунок 3: AB упаковка сфер. Обратите внимание, что сферы слоя B помещаются в отверстия в слое A.

Упаковка мрамора в третий слой требует решения. Снова ряды атомов будут гнездиться в пустотах между атомами во втором слое, но существуют две возможности.Если ряды мрамора уложены так, что они находятся непосредственно над первым слоем (A), то расположение можно описать как ABA. Такое устройство насадки с чередующимися слоями будет обозначено как ABABAB. Такое расположение ABAB называется гексагональной плотной упаковкой (HCP).

Если ряды атомов упакованы в этом третьем слое так, чтобы они не лежали над атомами в слое A или B, то третий слой называется C. Эта последовательность упаковки будет обозначена ABCABC и также известна как гранецентрированный кубик (ГЦК).Оба устройства обеспечивают максимально плотную упаковку сфер, оставляя пустой лишь около четверти доступного пространства.

Наименьший повторяющийся массив атомов в кристалле называется элементарной ячейкой. Третье распространенное устройство упаковки в металлах, элементарная ячейка с объемно-центрированным кубом (ОЦК), имеет атомы в каждом из восьми углов куба плюс один атом в центре куба. Поскольку каждый из угловых атомов является углом другого куба, угловые атомы в каждой элементарной ячейке будут разделены между восемью элементарными ячейками.Элементарная ячейка BCC состоит из двух атомов, одного в центре и восьми восьмых от углов.

В схеме FCC, опять же, есть восемь атомов в углах элементарной ячейки и по одному атому в центре на каждой из граней. Атом в грани делится с соседней ячейкой. Элементарные ячейки FCC состоят из четырех атомов, восемь восьмых по углам и шесть половин на гранях. В таблице 1 показаны стабильные кристаллические структуры при комнатной температуре для нескольких элементарных металлов.

Таблица 1: Кристаллическая структура некоторых металлов (при комнатной температуре) B0995 905 905 24
Алюминий FCC
 
Никель FCC
Кадмий HCP
 
HCP
 
Ниобий FCC
Кобальт HCP
 
Серебро FCC
Медь FCC
 
FCC
 
905 905 Золото Ванадий BCC
Железо BCC
 
Цинк HCP
Свинец FCC

0 9905 HCP

Структуры элементарных ячеек определяют некоторые свойства металлов.Например, структуры FCC с большей вероятностью будут пластичными, чем BCC (объемно-центрированная кубическая) или HCP (гексагональная плотноупакованная). На рисунке 4 показаны элементарные ячейки FCC и BCC. (См. Активность кристаллической структуры)

Кубическая центрированная по телу Кубическая центрированная по граням
Рисунок 4: Элементарные ячейки для BCC и FCC.

Когда атомы расплавленного металла начинают собираться вместе, образуя кристаллическую решетку в точке замерзания, группы этих атомов образуют крошечные кристаллы.Эти крошечные кристаллы увеличиваются в размере за счет постепенного добавления атомов. Получающееся твердое вещество представляет собой не один кристалл, а на самом деле множество более мелких кристаллов, называемых зернами. Эти зерна растут, пока не столкнутся с соседними растущими кристаллами. Образовавшаяся между ними граница раздела называется границей зерен. Иногда зерна бывают достаточно большими, чтобы их можно было увидеть под обычным световым микроскопом или даже невооруженным глазом. Блестки, которые видны на недавно оцинкованном металле, представляют собой зерна. (См. Модель активности металлов с помощью частиц). На рисунке 5 показан типичный вид металлической поверхности с множеством зерен или кристаллов.

Рис. 5: Зерна и границы зерен металла.

Дефекты кристалла:

Металлические кристаллы не идеальны. Иногда есть пустые места, называемые вакансиями, где отсутствует атом. Другой распространенный дефект в металлах - это дислокации, которые представляют собой линии дефектного соединения. На рисунке 6 показан один тип дислокации.

Рис. 6: Поперечное сечение краевого вывиха, выходящего на страницу. Обратите внимание, как плоскость в центре заканчивается внутри кристалла.

Эти и другие дефекты, а также наличие зерен и границ зерен определяют многие механические свойства металлов. Когда к металлу прикладывается напряжение, возникают дислокации, которые перемещаются, позволяя металлу деформироваться.

Механические свойства:

При приложении малых нагрузок (напряжений) к металлам они деформируются и возвращаются к своей исходной форме при снятии нагрузки. Гибка стального листа является примером, когда скрепления изгибаются или растягиваются только на небольшой процент.Это называется упругой деформацией и включает временное растяжение или искривление связей между атомами.

Рисунок 7: Упругая деформация в металлическом стержне.

При приложении более высоких напряжений возникает остаточная (пластическая) деформация. Например, если скрепку сильно согнуть, а затем отпустить, она останется частично согнутой. Эта пластическая деформация включает разрыв связей, часто в результате движения дислокаций. См. Рис. 8. Дислокации легко перемещаются в металлах из-за делокализованной связи, но не перемещаются легко в керамике.Это во многом объясняет, почему металлы пластичны, а керамика - хрупка.

Рисунок 8: Движение дислокации в кристалле.

Если поместить под слишком большое напряжение, металлы будут механически разрушаться или ломаться. Со временем это также может быть результатом множества небольших нагрузок. Самая частая причина (около 80%) выхода металла из строя - усталость. Благодаря приложению и снятию небольших напряжений (до миллионов раз) по мере использования металла в нем образуются и медленно растут небольшие трещины.Со временем металл деформируется или ломается (трескается). (См. Раздел «Обработка металлов»)

Обработка:

В промышленности расплавленный металл охлаждают до твердого состояния. Затем твердому металлу механически формируют конкретный продукт. Очень важно, как выполняются эти этапы, поскольку нагрев и пластическая деформация могут сильно повлиять на механические свойства металла.

Влияние размера зерна:

Давно известно, что свойства некоторых металлов можно изменить путем термической обработки.Зерна в металлах имеют тенденцию к увеличению по мере нагрева металла. Зерно может увеличиваться в размерах за счет миграции атомов из другого зерна, которые со временем могут исчезнуть. Дислокации не могут легко пересекать границы зерен, поэтому размер зерен определяет, насколько легко дислокации могут перемещаться. Как и ожидалось, металлы с мелкими зернами прочнее, но менее пластичны. На рис. 5 показан пример зеренной структуры металлов.

Закалка и закалка:

Есть много способов термической обработки металлов.Отжиг - это процесс размягчения, при котором металлы нагревают, а затем дают медленно остыть. Большинство сталей можно закалить путем нагрева и закалки (быстрого охлаждения). Этот процесс использовался довольно рано в истории обработки стали. Фактически, считалось, что биологические жидкости являются лучшими гасящими жидкостями, и иногда использовалась моча. В некоторых древних цивилизациях раскаленные лезвия меча иногда вонзались в тела несчастных заключенных! Сегодня металлы закаливают в воде или масле.На самом деле закалка в растворах соленой воды происходит быстрее, поэтому древние не совсем ошибались.

В результате закалки металл становится очень твердым, но при этом хрупким. Осторожно нагревая закаленный металл и давая ему медленно остыть, вы получите металл, который останется твердым, но менее хрупким. Этот процесс известен как темперирование. (См. «Обработка металлов»). Это приводит к появлению в стали множества мелких выделений Fe 3 C, которые блокируют движение дислокаций, тем самым обеспечивая упрочнение.

Холодная обработка:

Поскольку пластическая деформация возникает в результате движения дислокаций, металлы можно упрочнять, предотвращая это движение. Когда металл изгибается или приобретает форму, возникают и перемещаются дислокации. По мере увеличения количества дислокаций в кристалле они будут запутываться или заколачиваться и не смогут двигаться. Это укрепит металл, и его будет труднее деформировать. Этот процесс известен как холодная обработка. При более высоких температурах дислокации могут перестраиваться, поэтому упрочнение невелико.

Можно попробовать со скрепкой. Разогните скрепку и несколько раз согните одну из прямых частей вперед-назад. Представьте себе, что происходит на атомарном уровне. Обратите внимание, что металл сложнее согнуть в одном и том же месте. Вывихи образовались и запутались, увеличивая прочность. Скрепка со временем сломается при изгибе. Очевидно, что холодная обработка работает только до определенной степени! Слишком большая деформация приводит к спутыванию дислокаций, которые не могут двигаться, поэтому металл вместо этого ломается.

Отопление устраняет последствия холодной обработки. При нагревании холоднодеформированных металлов происходит перекристаллизация. Новые зерна образуются и растут, чтобы потреблять холодную обработанную часть. В новых зернах меньше дислокаций, и восстанавливаются первоначальные свойства.

Сплавы:

Присутствие в металле других элементов также может изменить его свойства, иногда резко. Расположение и вид связи в металлах позволяет добавлять в структуру другие элементы, образуя смеси металлов, называемые сплавами.Даже если добавленные элементы являются неметаллами, сплавы могут иметь металлические свойства.

Медные сплавы начали производить в самом начале нашей истории. Бронза, сплав меди и олова, была первым известным сплавом. Его было легко получить, просто добавив олово к расплавленной меди. Орудия и оружие из этого сплава были прочнее, чем из чистой меди. Добавление цинка к меди дает еще один сплав - латунь. Хотя латунь труднее производить, чем бронзу, она была известна и в древние времена.(См. «Золотая» Пенни Активность) Типичный состав некоторых сплавов приведен в Таблице 2.

Таблица 2: Состав нескольких сплавов. 45 Медь, цинк, олово 905

3
Сплав Состав
Латунь Медь, цинк
Бронза Медь, цинк, олово
Припой Свинец, олово
Alnico Алюминий, никель, кобальт, железо
Чугун Железо, углерод, марганец, кремний
Сталь небольшое количество легирующих элементов)
Нержавеющая сталь Железо, хром, никель

Сплавы представляют собой смеси, и их процентный состав может варьироваться.Это полезно, потому что свойствами сплавов можно управлять, варьируя состав. Например, электрикам нужен припой с другими свойствами, чем у сантехников. Электрический припой очень быстро затвердевает, образуя почти мгновенное соединение. Это будет непрактично для сантехников, которым нужно время, чтобы установить соединение. Электрический припой содержит около 60% олова, тогда как припой для сантехников - около 30%.

Олово первоначально содержало свинец, и, поскольку олово использовалось для изготовления тарелок и кубков, вероятно, оно было источником отравления свинцом.Олово, производимое сегодня, не содержит свинца. Расширение знаний о свойствах металлов также приводит к созданию новых сплавов. Некоторые латуни образуют сплавы с памятью формы, которые можно сгибать и возвращать к своей первоначальной форме при осторожном нагревании. Цинковые сплавы, используемые в качестве покрытия на стали, замедляют коррозию (оцинкованная сталь). Сплавы кадмия находят широкое применение в солнечных элементах. Способность мельхиора противостоять образованию отложений делает его полезным в садках в рыбоводстве.

Чугун и сталь:

Углеродистые стали различаются по процентному содержанию углерода.Количество углерода влияет на свойства стали и ее пригодность для конкретного использования. Стали редко содержат более 1% углерода. Конструкционная сталь содержит около 0,1-0,2% углерода по весу; это делает его немного более пластичным и менее подверженным разрушению во время землетрясений. Сталь, используемая для изготовления инструментов, содержит около 0,5-1% углерода, что делает ее более твердой и износостойкой. Чугун содержит от 2,5 до 4% углерода и находит применение в недорогих применениях, где его хрупкость не является проблемой. Удивительно, но чистое железо чрезвычайно мягкое и используется редко.Увеличение количества углерода приводит к увеличению твердости металла, как показано на следующем графике. В медленно охлаждаемых сталях углерод увеличивает количество твердого Fe 3 C; в закаленных сталях он также увеличивает твердость и прочность материала.

Рисунок 9: Зависимость твердости стали от% углерода. Рис. 10: железо BCC, показывающее расположение межузельных атомов углерода.

Заколки и скрепки обрабатываются примерно одинаково, но содержат разное количество углерода.Заколки и скрепки изготовлены из стальной проволоки, обработанной холодным способом. Скрепка, содержащая мало углерода, в основном состоит из чистого Fe с некоторым количеством частиц Fe 3 C. Заколка для бобби содержит больше углерода и, следовательно, содержит большее количество Fe 3 C, что делает ее намного более твердой и прочной.

Свойства стали могут быть адаптированы для специальных целей путем добавления в сплав других металлов. Среди металлов, добавляемых к этим специальным сталям, - титан, ванадий, молибден и марганец.Нержавеющая сталь содержит минимум 12% хрома, который останавливает дальнейшее окисление, образуя защитный оксид на поверхности.

Коррозия:

Коррозия металлов может быть серьезной проблемой, особенно при длительном использовании в конструкциях, таких как автомобили, мосты и корабли. В большинстве случаев коррозия носит электрохимический (гальванический) характер. Для возникновения коррозии должны присутствовать анод (более легко окисляемая область) и катод (менее легко окисляемая область). Это могут быть разные типы металлов или просто разные участки одного и того же металла.Также должен присутствовать какой-то электролит, который может обеспечивать перенос электронов. Коррозия включает высвобождение электронов на аноде из-за высокого окислительного потенциала атомов на аноде. Когда электроны высвобождаются, образуются катионы металлов, и металл распадается. Одновременно катод, который имеет больший восстановительный потенциал, принимает электроны, либо образуя отрицательные ионы, либо нейтрализуя положительные ионы.

В случае ряда активности или электродвижущей силы металл, такой как цинк, реагирует с водородом и служит как анодом, так и катодом.(См. Activity Series Activity) Уравнение этой реакции:

2 Zn + 2 H + -> 2 Zn 2+ + H 2

Пузырьки водорода на катоде при разрушении анода. Неровности поверхности, наличие примесей, ориентация зерен, локализованные напряжения и изменения в окружающей среде - вот некоторые из факторов, определяющих, почему один кусок металла может служить обоими электродами. Например, головка и острие гвоздя обработаны холодной обработкой и могут служить анодом, а корпус - катодом.(См. Коррозия от активности железа)

Хотя окисление на аноде и восстановление на катоде - одновременные процессы, коррозия обычно происходит на аноде. Катод почти никогда не разрушается. В 1824 году Дэви разработал метод защиты корпусов кораблей от коррозии с помощью цинка, который можно периодически заменять. Цинк более активен, чем сталь в корпусе, и будет служить анодом и подвергаться коррозии; им приносят в жертву защиту стальной конструкции. Сталь, которая была бы и анодом, и катодом, обычно служит катодом.Это называется катодной защитой. Трубопроводы также защищены более активным металлическим магнием. Иногда электрические токи поддерживаются в коротких отрезках трубопроводов с такой же металлической проволокой, которая служит в качестве жертвенного анода.

Коррозия - серьезная проблема, которую необходимо решить, чтобы эффективно использовать металлы. Железо соединяется с кислородом воздуха, образуя оксид железа (ржавчину), что в конечном итоге разрушает полезность металла. (См. Дополнительно: действие химического обогрева рук). К счастью, некоторые металлы, такие как алюминий и хром, образуют защитное оксидное покрытие, предотвращающее дальнейшее окисление (коррозию).Точно так же медь соединяется с серой и кислородом, образуя знакомую зеленую патину.

Понимание химического состава металлов ведет к разработке методов уменьшения и предотвращения коррозии. Атомы хрома примерно того же размера, что и атомы железа, и могут замещать их в кристаллах железа. Хром образует оксидный слой, который позволяет нержавеющей стали противостоять коррозии. Металлы можно красить или покрывать другими металлами; оцинкованная (оцинкованная) сталь является примером. Когда эти два металла используются вместе, более активный цинк корродирует, жертвуя собой ради сохранения стали.

Металлические руды:

Золото, серебро и медь были первыми металлами, которые использовались, поскольку они находятся в свободном или элементарном состоянии. Большинство металлов, встречающихся в природе, сочетаются с другими элементами, такими как кислород и сера. Энергия необходима для извлечения металлов из этих соединений или руд. Исторически сложилось так, что легкость, с которой данный металл может быть извлечена из руды, наряду с доступностью, определялась при его использовании, отсюда и раннее использование меди, олова и железа.Формулы для некоторых руд приведены ниже:

Гематит Fe 2 O 3 Рутил TiO 2
Магнетит Fe 3 O 4 905 905 O 4 905 905 905 Пирит FeS 2 Касситерит SnO 2
Халькоцит Cu 2 S Боксит Cassiterite Al209 Al209 Галена PbS

Эти руды представляют собой ионные соединения, в которых металлы существуют в виде положительных ионов.Например, степень окисления железа в гематите +3; степень окисления меди в халькоците +1. Извлечение металлов из их руд представляет собой окислительно-восстановительную (окислительно-восстановительную) реакцию. В элементарном состоянии металлы состоят из атомов, а не ионов. Поскольку у атомов нет общего заряда, ионы металлов в реакции приобретают электроны; они уменьшены.

Общая реакция восстановления меди из халькоцита:

Cu 2 S + O 2 + Энергия -> 2 Cu + SO 2

Это только общая реакция.Весь процесс не так прост. Восстановление металлов из их руд обычно требует ряда химических и механических процессов. Они обычно являются энергетически дорогими, потребляют большое количество тепла и / или электроэнергии. Например, около пяти процентов электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах, используется для производства алюминия. Изготовление алюминиевой банки из руды стоит примерно в сто раз дороже, чем плавление и формирование переработанного алюминия. Извлечение металлов из руд может также приводить к образованию загрязняющих веществ, таких как диоксид серы, указанный выше.По возможности, переработка и переработка металлов имеет смысл.

Относительная сложность извлечения металлов из руд указывает на то, что это их предпочтительное состояние. После удаления из руд и в элементарном состоянии большинство металлов проявляют значительную тенденцию реагировать с кислородом и серой и возвращаться в свое естественное состояние; они разъедают! При коррозии металл окисляется. Он теряет электроны, становясь положительным ионом. (См. Раздел "Коррозия металлов")

Сводка по металлам

Металлы обладают полезными свойствами, включая прочность, пластичность, высокие температуры плавления, тепловую и электрическую проводимость и ударную вязкость.Они широко используются в конструкциях и электротехнике. Понимание структуры металлов может помочь нам понять их свойства.

Атомы металлов связаны друг с другом прочными делокализованными связями. Эти связи образованы облаком валентных электронов, которые разделяются положительными ионами (катионами) металлов в кристаллической решетке. В таком расположении валентные электроны обладают значительной подвижностью и могут легко проводить тепло и электричество. В кристаллической решетке атомы металлов плотно упакованы вместе, чтобы максимизировать прочность связей.Настоящий кусок металла состоит из множества крошечных кристаллов, называемых зернами, которые соприкасаются с границами зерен.

Из-за делокализованной природы связей атомы металла могут скользить мимо друг друга, когда металл деформируется, вместо того, чтобы разрушаться, как хрупкий материал. Это движение атомов осуществляется за счет образования и движения дислокаций в решетке. Технологии обработки, которые изменяют связь между атомами или влияют на количество или подвижность дислокаций, могут иметь большое влияние на механические свойства металла.

Упругая деформация металла - это небольшое изменение формы при низком напряжении, которое можно восстановить после снятия напряжения. Этот тип деформации включает растяжение металлических связей, но атомы не скользят друг мимо друга. Пластическая деформация возникает, когда напряжение достаточно для постоянной деформации металла. Этот тип деформации включает разрыв связей, обычно за счет движения дислокаций.

Пластическая деформация приводит к образованию большего количества дислокаций в металлической решетке.Это может привести к снижению подвижности этих дислокаций из-за их тенденции запутываться или скрепляться. Пластическая деформация при достаточно низких температурах, при которых атомы не могут перегруппироваться (холодная обработка), может в результате этого эффекта упрочнять металл. Одним из побочных эффектов является то, что металл становится более хрупким. При использовании металла трещины имеют тенденцию образовываться и расти, что в конечном итоге приводит к его разрушению или разрушению.

Дислокации не могут легко пересекать границы зерен. Если металл нагреть, зерна могут стать больше, а материал станет мягче.Нагревание металла и быстрое охлаждение (закалка) с последующим мягким нагревом (отпуском) приводит к получению более твердого материала из-за образования множества мелких выделений Fe 3 C, которые блокируют дислокации.

Смешивание металлов с другими металлами или неметаллами может привести к получению сплавов с желаемыми свойствами. Сталь, изготовленная из железа и углерода, может существенно различаться по твердости в зависимости от количества добавленного углерода и способа ее обработки. Некоторые сплавы обладают более высокой устойчивостью к коррозии.

Коррозия - основная проблема большинства металлов. Это окислительно-восстановительная реакция, в которой атомы металла образуют ионы, вызывающие ослабление металла. Один метод, который был разработан для борьбы с коррозией в конструкционных приложениях, включает прикрепление расходуемого анода, сделанного из металла с более высоким потенциалом окисления. В этом случае анод подвергается коррозии, оставляя катод, конструктивную часть, неповрежденным. Образование защитного покрытия на внешней стороне металла также может противостоять коррозии.Стали, содержащие металлический хром, образуют защитное покрытие из оксида хрома. Алюминий также устойчив к коррозии благодаря образованию прочного оксидного покрытия. Медь образует знакомую зеленую патину, реагируя с серой и кислородом в воздухе.

В природе можно найти лишь несколько чистых металлов. Большинство металлов существует в виде руд, соединений металла с кислородом или серой. Для отделения чистого металла от руды часто требуется большое количество энергии в виде тепла и / или электричества. Из-за такого большого расхода энергии имеет смысл по возможности утилизировать металлы.

Вопросы для обсуждения

1. Как добываются руды из земли?

2. Назовите 4 сплава и металлы, из которых они сделаны.

3. Какое влияние оказывает «холодная обработка» на металлы?

4. Какой процесс делает металлы твердыми, но хрупкими?

5. Какой процесс делает металлы более мягкими и удобными в обработке?

6. Назовите три метода уменьшения коррозии.

7. Дайте 2 ценных результата переработки.

Проблема

Предположим, что радиус одного атома железа равен 1,24 ангстрем (1 ангстрем = 1 x 10 -8 см). Какой была бы плотность объемно-центрированного кубического (ОЦК) железа в граммах на кубический сантиметр? Подсказка: найдите массу и объем одной элементарной ячейки. Не забудьте считать только долю каждого атома в ячейке.

Добавочный номер:

Максимальная растворимость углерода в железе ОЦК составляет один атом на каждые 5000 атомов железа.Какой будет плотность стали при максимальном растворении углерода?


Решение

= m / V = ​​# атомов x (масса / атом) / объем ячейки

В железе ОЦК на элементарную ячейку приходится два атома железа. (8 х 1/8 + 1)

Один атом железа имеет массу 55,85 а.е.м. или 9,27 x 10 -23 граммов.

Общая масса одной элементарной ячейки составляет 1,85 x 10 -22 граммов.

Пусть (r) будет радиус атома железа.Атомы в углах контактируют с атомом в центре, в результате чего диагональ коробки равна (4r).

Если мы назовем одну сторону коробки (L), диагональ грани куба будет равна (квадратный корень из 2) умноженным на (L).

Одна сторона, диагональ грани куба и диагональ прямоугольника составляют прямоугольный треугольник. Используя теорему Пифагора, (L) 2 + (квадратный корень 2 x (L)) 2 = (4r) 2 .

Решая для L и подставляя для (r), мы находим, что L = 2.86 ангстрем или 2,86 x 10 -8 см.

Объем куба (элементарной ячейки) равен (л) 3 = 2,34 x 10 -23 см 3 . Разделив массу на объем, получим:

Плотность = 7,91 г / см 3 .

Следующая тема: Ссылки

Металлы Содержание MAST Home Page

Металлическая связь - обзор

Ковалентные связи

За исключением металлической связи, ковалентные связи возникают, когда элементы соединяются вместе и образуют стабильное соединение.Простейшим примером является молекула водорода, обозначенная символически как H 2 , потому что это соединение двух атомов водорода, связанных одной ковалентной связью:

H — H

Связь символизируется линией между двумя атомами , а водород - двухатомная молекула. При нормальных условиях он существует в виде газа, это самый легкий из известных газов, поэтому его использовали, например, для подъема дирижаблей. Он очень взрывоопасен в смесях с воздухом или кислородом, проблема, с которой сталкивается ряд некачественных продуктов.Он встречается в аналогичной ковалентно связанной форме во многих соединениях с углеродом, например, в термопластическом полиэтилене:

—Ch3 — Ch3n—

Это представление известно как повторяющаяся единица, потому что при бесконечном повторении образуется очень длинная цепочка. молекула. Таким образом, настоящий материал состоит из смеси таких длинных цепей. Структурная сложность возникает, когда к простому повторяющемуся элементу PE добавляются дополнительные группы, поэтому полипропилен имеет добавленную метильную группу:

-Ch3-CHCh4n-

Но водород также встречается в более сложных повторяющихся элементах, не только с углеродом, но и с другими элементы, такие как азот и кислород, как в термопластическом материале нейлон 6, с повторяющейся единицей:

—CO — Ch3Ch3Ch3Ch3Ch3 — NHn—

Все полимеры могут быть описаны повторяющейся единицей или комбинацией различных повторяющихся единиц (сополимеров), как показано для нескольких простых полимеров в таблице 1.1. Также показаны мономеры, из которых они сделаны, вместе с молекулярной массой повторяющейся единицы ( M R ). Последний можно рассчитать, используя стандартные атомные веса и зная формулу повторяющейся единицы. Таким образом, поскольку атомная масса (относительная атомная масса) углерода и водорода равна 14 и 1 соответственно, M составляет (2 × 12) + (4 × 1) = 28. Структура сополимера дает дополнительный уровень сложности, как показано на Рис. 1.1 для различных структур, образованных из мономеров стирола, бутадиена и акрилонитрила.

Таблица 1.1. Повторяющиеся элементы и размер в некоторых распространенных полимерах

Полимер Мономер Повторяющийся элемент M R
PE CH 2205 2 =

[CH 2 —CH 2 ] -

28
PP CH 2 = CHCH 3 - [CH 2 —CHCH 3 ] -
ПВХ CH 2 = CHCI - [CH 2 -CHCI] - 62.5
PS CH 2 = CHC 6 H 5 - [CH 2 -CHC 6 H 5 ] - 104 905 CH 2 = CH-CH = CH 2 - [CH 2 -CH = CH-CH 2 ] - 54
NR CH 2 = CH-C (CH 3 ) = CH 2 - [CH 2 -CH = C (CH) 3 -CH 2 ] - 68
CR CH 2 = CCI-CH = CH 2 - [CH 2 -CCI = CH-CH 2 ] - 88.5
PA6 - [NH- (CH 2 ) 5 -CO] - 113
PA 6,6 HO2C — Ch34 — CO2Hh3N — Ch529 — Ch529 — - [NH- (CH 2 ) 6 -NH-CO- (CH 2 ) 4 -CO] - 226

1.1. Повторяющиеся звенья сополимера.

Полимеры также можно разделить на термопласты и термореактивные, термины, описывающие их поведение при нагревании.Термопласты можно многократно нагревать с небольшими изменениями свойств, в то время как термореактивные материалы сшиваются при нагревании. Сшивка связывает все цепные молекулы вместе ковалентными связями, так что форма материала остается постоянной, когда реакция происходит (рис. 1.2). Термопластические полимеры составляют большинство синтетических полимеров, хотя термореактивные полимеры представляют собой небольшой, но важный класс полимеров для клеев (таких как эпоксидные смолы) и композиционных материалов, где они используются в качестве матрицы для связывания армирующих волокон (например, эпоксидных смол и полиэфиров).Хотя все полимеры могут быть преобразованы в волокна, небольшой класс термопластов традиционно использовался в виде волокон. Они включают нейлон 6, нейлон 66 и ПЭТ (полиэтилентерефталат). Натуральные волокна, такие как шелк и хлопок, также важны для текстильного производства.

1.2. Сшивание натурального каучука.

Еще один способ классификации полимеров - по способу их изготовления. Широкое разделение относится к полимерам с ростом цепей и полимерами со ступенчатым ростом, первые получаются путем инициирования цепей с использованием специальных катализаторов, так что длинные цепи образуются очень быстро из мономера ( M ):

нМ → -Mn-

Примеры включают PE , ПП и полистирол, и они обычно обладают двойной ковалентной связью, по которой происходит реакция.Полимеры ступенчатого роста получают, когда каждая мономерная единица реагирует по очереди с другим мономером:

M + M → M-M + M → M-M-M .....

Примеры являются общими, со всеми нейлонами , ПЭТ, поликарбонат из числа образующихся ступенчато. Полимер с высоким молекулярным весом достигается только медленно, а молекулярные массы коммерческих сортов обычно относительно низкие по сравнению с полимерами с ростом цепей. Молекулярная масса - это просто молекулярная масса повторяющейся единицы ( M R ), умноженная на количество единиц в каждой цепи (n):

1.1M = nMR

В большинстве полимеров есть цепи разной длины, поэтому два способа определения среднего - это среднечисловая и средневесовая молекулярная масса, M¯n и M¯w соответственно:

1,2M¯n = ∑ iNiMi∑iNi

и

1.3Mw¯ = ∑iWiMi∑iWi = ∑iNiM12∑iNiMi

, где N i - это W i количество цепных молекул с молекулярной массой M i соответственно. Средневесовая молекулярная масса всегда больше, чем среднечисленная, за исключением монодисперсных полимеров.

Важной единственной переменной, которая определяет широту распределения цепочки, является дисперсия, D :

1.4D = M¯n / M¯n

Когда все цепи имеют одинаковую длину, D должно быть единым и M¯w и M¯n идентичны. Такие так называемые монодисперсные полимеры могут быть получены, но коммерческие полимеры обычно полидисперсны. Для полимеров ступенчатого роста D = 2, и системы цепного роста дают гораздо большую дисперсность (обычно около 10).

В трех измерениях ковалентный углерод с одинарными связями является тетраэдрическим (рис.1.3), то есть четыре одинарные связи указывают на углы тетраэдра, если атом углерода находится в его центре. Если он регулярно генерируется в космосе, он создает структуру алмаза, но, напротив, графит является более распространенной формой углерода, встречающейся в природе, где атомы углерода расположены в виде плоских листов. Это связано с наличием тригональной связи в углероде с двойной связью. Три связи указывают на углы равностороннего треугольника с углеродом в центре. Полиэтилен образует линейную цепь, но при этом сохраняет тетраэдрическую форму углеродной связи с атомами водорода.В кристаллическом состоянии он образует линейную зигзагообразную конформацию (рис. 1.4).

1,3. Тетраэдрический атом углерода.

1,4. Разнообразие углеродных структур.

Все, что вам нужно знать

Виды клея по металлу

Выбор лучшего клея для металла имеет важное значение для надежной посадки. Металлические клеи обычно делятся на три типа: эпоксидные, полиуретановые и суперклеи.

Эпоксидные клеи - это высокоэффективные клеи, которые часто используются в плотницких и деревообрабатывающих работах или для специализированных творческих целей, таких как изготовление бижутерии.Эти методы включают не только дерево, но и в некоторых случаях металл, например, поручни, ножки стола или дверные ручки. Эпоксидные смолы бывают разных типов с разными свойствами: гибкие или жесткие, прозрачные или непрозрачные, быстрое или медленное схватывание. Они также обладают высокой устойчивостью к воздействию тепла и химикатов.

Лучшая эпоксидная смола для металла - Loctite Epoxy Metal / Concrete, двухкомпонентная система, состоящая из эпоксидной смолы и отвердителя. Смола и отвердитель объединяются для создания прочного, высокопрочного соединения, которое высыхает за считанные минуты и может использоваться для ремонта, заполнения и восстановления любых металлических и бетонных поверхностей.

Полиуретаны также широко используются с металлами. Полиуретаны водостойки и устойчивы к ультрафиолетовому излучению, быстро схватываются, не будучи хрупкими. После отверждения их можно шлифовать, окрашивать и красить. Благодаря этому они отлично подходят для многих работ по дому, включая ремонт полов или готовых столярных изделий, таких как шкафы или столы.

Качественный строительный клей для наружных работ должен быть на основе полиуретана, отверждаемым влагой, чтобы обеспечить более прочное соединение, чем обычные строительные клеи.Как и многие полиуретаны, он работает с металлом в широком диапазоне температур, что делает его лучшим металлическим клеем для наружного применения.

Супер клеи - это высокопроизводительные промышленные клеи, которые идеально подходят почти для всех домашних ремонтных работ. Большинство из них хорошо связываются с металлом, а также тканями, деревом и пластмассами, что делает их полезными при соединении или ремонте автомобильных деталей, украшений, мелкой бытовой техники и многих других предметов повседневного обихода.

Надежный и быстрый жидкий клей Loctite Super Glue Liquid обеспечивает превосходное склеивание металлов.Он прочный и простой в использовании; Он устойчив к погодным условиям и влаге, схватывается за секунды, не требует зажима и легко устанавливается.

Склеивание металлов | Протокол

9.14: Склеивание металлов

Металлические связи образуются между двумя атомами металла. Пауль Дрюде разработал упрощенную модель для описания металлических связей, названную «Модель электронного моря».

Электронное море Модель

Большинство атомов металлов не обладают достаточным количеством валентных электронов, чтобы вступить в ионную или ковалентную связь.Однако валентные электроны в атомах металлов слабо удерживаются из-за их низкой электроотрицательности или притяжения к ядру. Энергия ионизации атомов металла (энергия, необходимая для удаления электрона из атома) мала, что способствует легкому удалению валентных электронов из родительского атома. Атом образует положительно заряженный ион металла, а свободные внешние электроны существуют в виде отрицательно заряженных делокализованных электронных облаков. Эти электроны могут совместно использоваться несколькими соседними катионами металлов благодаря сильной силе притяжения между этими отрицательно и положительно заряженными частицами.Такая сила притяжения между отрицательно заряженными электронами и катионами металлов называется металлическими связями, удерживающими атомы вместе. Эта модель электронного моря учитывает большинство физических свойств металлов, таких как проводимость по отношению к теплу и электричеству, высокие температуры плавления и кипения, пластичность и пластичность.

Металлические твердые тела

Модель электронного моря учитывает несколько металлических свойств, включая высокую теплопроводность и электрическую проводимость, металлический блеск, пластичность и пластичность.Делокализованные электроны могут проводить электричество и тепло от одного конца металла к другому с низким сопротивлением. Металлическая связь не между двумя конкретными атомами металла, а между ионами металла и множеством делокализованных электронов, позволяя металлам деформироваться под давлением и нагреванием без разрушения или разрушения. Различные металлы, такие как железо, ртуть или медь, различаются по своим физическим свойствам, что отражает разницу в прочности металлических связей между металлами.

Металлические твердые тела, такие как кристаллы меди, алюминия и железа, образованы атомами металлов: все они обладают высокой теплопроводностью и электропроводностью, металлическим блеском и пластичностью.Многие из них очень твердые и довольно сильные. Благодаря своей пластичности (способности деформироваться под давлением или ударами) они не разрушаются и, следовательно, являются полезными строительными материалами. Температуры плавления металлов сильно различаются. Ртуть является жидкостью при комнатной температуре, а щелочные металлы плавятся ниже 200 ° C. Некоторые постпереходные металлы также имеют низкие температуры плавления, тогда как переходные металлы плавятся при температурах выше 1000 ° C.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *