Sprawozdanie

TOWAROZNASTWO

Sprawozdanie z ćwiczenia numer 1

Badanie właściwości fizykochemicznych niektórych metali, stopów i kamieni szlachetnych

Aleksandra Łukaszewska

Sylwia Moskal

Paulina Marchewka

Piotr Mickiewicz

grupa laboratoryjna nr 1

18 XII 2013 godz. 7⁴⁵

studia stacjonarne

Prowadzący : mgr inż. Elwira Tymoszuk

Wstęp teoretyczny

Metale w przeważającej większości wykazują one następujące własności:

• tworzenie połyskliwej, gładkiej powierzchni w stanie stałym (bardziej reaktywne metale tworzą na powierzchni warstwę tlenków),

• ciągliwość i kowalność,

• dobre przewodnictwo cieplne,

• szybkie wypromieniowywanie ciepła,

• bardzo dobre przewodnictwo elektryczne,

• skłonność do tworzenia związków chemicznych o właściwościach raczej zasadowych i nukleofilowych niż kwasowych i elektrofilowych,

• stały stan skupienia w temperaturze pokojowej (wyjątkiem jest rtęć) i z reguły dość wysoka temperatura topnienia,

• bezwonność.

Ciekawostki

Stop miedzi w walce z drobnoustrojami

Skażenie drobnoustrojami potencjalnie chorobotwórczymi ulegają często powierzchnie w bezpośrednim otoczeniu chorego lub takie, które mają częsty kontakt z rękoma personelu. Wykonanie tych powierzchni ze stopów miedzi – metalu o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych, potwierdzonych w badaniach klinicznych może mieć duże znaczenie dla zmniejszenia liczby zakażeń oraz ich prewencja. ¹

Miedź – bezkonkurencyjna w recyklingu

Miedź może być wielokrotnie przetwarzana bez utraty swoich właściwości fizycznych i eksploatacyjnych. Miedź pochodząca z recyklingu pozostaje identyczna z miedzią pierwotną, bez względu na to ile razy byłaby przetwarzana. Obecnie 43% zapotrzebowania na miedź w Europie jest pokrywane z recyklingu.

Zastosowanie stali w przemyśle spożywczym

Stal stosowana w przemyśle spożywczym musi być przede wszystkim nierdzewna, aby spełnić taki warunek stal musi być stopem żelaza, węgla (max.1,2%) oraz chromu w przynajmniej 10,5%, jeżeli warunki użytkowania będą szczególnie narażać produkty na korozję, należy użyć do produkcji więcej chromu lub innych pierwiastków takich jak nikiel, molibden, azot, miedź, ponieważ posiadają wyższą odporność korozyjną. W zależności od składu stali, ma ona różne zastosowanie np. :

• Stal (AISI 440C i AISI 420)z zawartością 0,15%-0,45% węgla jest wykorzystywany do produkcji ostrzy noży

• Stal (AISI 304) z zawartością 0,05% węgla, 18% chromu, min. 8% niklu ma szerokie zastosowanie od zbiorników w przemyśle piwowarskim do zlewów kuchaennych i pojemników na mleko.

• Stal (AISI 316) z zawartością 0,05% węgla, 18% chromu, min. 8% niklu oraz 2% molibdenu nadaję się na urządzenia i elementy do przechowywania białego wina, solonego pożywienia i elementy pracujące w agresywnych środowiskach takich jak pektyna, stosowana do wyrobu dżemów i konfitur.

• Stal duplex – z podwyższoną zawartością chromu-22% i molibdenu-3% wykorzystywana w agresywnych środowiskach korozyjnych takich jak przy produkcji musztardy, octu, fermentacji serów, przetwórstwie ryb. ²

Zadanie 1

Zadanie te polegało na obliczeniu objętości próbek metali, które otrzymaliśmy.

Próbką numer 1 był walec, który miała następujące wymiary: wysokość – 10mm, średnica – 28.5mm, promień – 14.25mm, a jego masa wynosiła m=58,63g.

Objętość obliczyliśmy ze wzoru V = πr² × h gdzie r – promień, h – wysokość

V = 3, 14 × 14, 25mm³ × 10mm

V = 6376, 16 mm³  = 6, 376cm³

Próbką numer 2 był prostopadłościan, którego masa wynosiła m=37,47g, a jego wymiary to: wysokość – 59mm, szerokość– 15mm, grubość – 5mm

Objętość tego prostopadłościanu obliczyliśmy ze wzoru V = h × a × b gdzie h- wysokość, a – szerokość, b – grubość.

V = 59mm × 15mm × 5mm

V = 4425mm³=4,425cm³

Zadanie 2

Mając obliczoną objętość próbek oraz ich masę można obliczyć gęstość tych metali, to było naszym kolejnym zadaniem.

Gęstość liczyliśmy ze wzoru $\rho = \frac{m}{V}$

Próbka numer 1

m=58,63g

V=6,376cm³

$$\rho = \frac{58,63g}{6,376\text{cm}3} = 9,195\frac{g}{\text{cm}3}$$

Biorąc pod uwagę błąd pomiaru możemy zaokrąglić tą wartość do $8,96\frac{g}{\text{cm}3}$, która charakteryzuje miedź.

Próbka numer 2

m=37,47g

V=4,425cm³

$$\rho = \frac{37,47g}{4,425\text{cm}3} = 8,47\frac{g}{\text{cm}3}$$

Gęstość, którą otrzymaliśmy możemy zakwalifikować jako mosiądz, którego gęstość mieści się w przedziale 8,4 – 8,7$\frac{g}{\text{cm}3}$.

Zadanie 3

Te zadanie polega na obliczeniu błędu pomiaru dla obu próbek.

|Dx| = x₁ - x₀ (W2.1) gdzie x₁ – wartość otrzymana podczas pomiaru,

x₂ – wartość rzeczywista

$\delta = \frac{|x|}{x0} \times 100\%$ (W2.3)

Próbka numer 1:

|Dx|=9,195-8,96=0,235

$\delta = \frac{0,235}{8,96} \times 100\% = 2,62$%

Próbka numer 2:

|Dx|=8,47-8,55=-0,08=0,08

$\delta = \frac{0,08}{8,55} \times 100\% = 0,94$%

Zadanie 4

Nr	Masa m [g]	Objętość V [cm^3]	Gęstość ρ [g/cm^3]	Gęstość wzorcowa ρ0 [g/cm^3]	Błąd bezwzględny Δρ [g/cm^3]	Błąd względny δρ [%]	Nazwa próbki
I	58,63	6,376	9,195	8,96	0,235	2,62	Miedź
II	37,47	4,425	8,47	8,55	0,08	0,94	Mosiądz

Zadanie 5. Określenie zewnętrznych cech minerałów.

		NAZWA MINERAŁU
Lp.	CECHA	WĘGLIK ŻELAZA
1	BARWA	grafitowy
2	PRZEZROCZYSTOŚĆ	nieprzezroczysty
3	BLASK	błyszczący, mieni się
4	ZAŁAMANIE ŚWIATŁA	brak
5	SMAK	-

W zadaniu oznaczyliśmy wybrane cechy zewnętrzne dwóch minerałów węglika żelaza oraz halitu, co przedstawia powyższa tabela.

WĘGLIK ŻELAZA (Fe₃C), nazywany także cementytem, jest fazą międzymetaliczną o złożonej strukturze, krystalizującą w układzie rombowym. Jego gęstość wynosi 6,9 g/cm3. Jest on fazą bardzo twardą (HB ok. 800).³
Jego kolor jest grafitowy zbliżony do szarego. Można na nim zauważyć mieniące się drobinki, a zatem posiada połysk metaliczny. Jest to minerał nieprzezroczystym w którym nie występuje załamanie światła.

• skład – węglik żelaza jest fazą międzymetaliczną żelaza z węglem, zawiera 6,67% węgla rzeczywisty skład chemiczny węglika jest zbliżony do Fe_2,4C. ⁴

• inne właściwości :

- duża twardość

- brak plastyczności

- może tworzyć roztwory stałe różnowęzłowe

- jest związkiem nietrwałym i w określonych warunkach rozpada się na węgiel i żelazo.⁵

- bezwonny

HALIT (NaCl) – inaczej sól kamienna pochodząca z grupy halogenków. Krystalizuje w układzie regularnym. Tworzy kryształy sześcienne, a także włókniste i zbite masy. Halit ma twardość 2 w skali Mohsa, a gęstość 2,1-2,2 g/cm. ⁶
Według naszej tabeli barwa halitu jest jasnoróżowa, gdzieniegdzie z białymi i pomarańczowymi prześwitami. Sól kuchenna jest przezroczysta z zauważalnych szklistym połyskiem. Ma charakterystyczny słony smak.

• skład – zawiera domieszki w postaci chlorków magnezu, wapnia i sodu

• inne właściwości :

- dobrze rozpuszczalny w wodzie

- higroskopijny

- doskonale łupliwy

- plastyczny w wysokich temperaturach

• zastosowanie

- używany w celach spożywczych jako przyprawa

- konserwowanie żywności

- inne zastosowania: usuwanie  z rąk opornego na mydło nieprzyjemny zapach czosnku, cebuli czy ryby; usuwanie spalenizny z dna kuchennych garnków czy plam powstających na obrusie w wyniku rozlania czerwonego wina.⁷

Zadanie 6

Zadanie polegało na porównaniu brylantu, szkła i cyrkonii , tombaku ze złotem i kamienia malachitowego, zlepku i plastikiem.

Tabela 1

CECHA	NAZWA PRÓBKI
	BRYLANT
ROZPROSZENIE ŚWIATŁA	Duże rozproszenie
BARWA	Wielokolorowa lecz mniej niż cyrkonia
POŁYSK	Diamentowy
TWARDOŚĆ	Najtwardsze

Biorąc pod uwagę powyższe cechy możemy stwierdzić, że łatwiej jest odróżnić brylant od szkła niż brylant od cyrkonii ze względu na to, że brylant cechuje się dużym rozproszeniem światła i pięknym połyskiem diamentowym oraz jest bardzo twardy natomiat szkło nie posiada rozproszenia, połysku, koloru i nie należy do twardych materiałów. Gorzej jest z cyrkonią ponieważ posiada cechy bardzo podobne do brylantu. Diament posiada najwyższą twardość ze znanych człowiekowi materiałów, która wynosi 10 w skali twardości Mosha. Twardość cyrkonii waha się w granicach 8,5 – 9,0. Dla przykładu twardość szkła to 5 – 6. Kolejną cechą odróżniającą kamienie jest waga. Cyrkonia w porównaniu z diamentem jest cięższa o ok. 1,75 karata. Cyrkonia jest praktycznie nieskazitelna podczas gdy diament zazwyczaj posiada jakiś rodzaj defektu lub nieczystości. Szczegółowa analiza może także wykazać różnice w załamywaniu się światła między dwoma materiałami różnych gęstościach. Dyspersja dla diamentu wynosi 0,044, a dla cyrkonii 0,060. Diament jest jaśniejszy gdyż jego współczynnik załamania światła wynosi 2,417, a cyrkonii – 2,176. ⁸

Tabela 2

CECHA	RODZAJ PRÓBKI
	TOMBAK
ZAPACH	Metaliczny
BARWA	Po pewnym czasie ciemnieje
WAGA	lekki
PRÓBA JUBILERSKA	Nie posiada

Tombak – występuje również pod nazwą mosiądz czerwony.Jest to stop miedzi z cynkiem ( miedzi zawiera przynajmniej 80% ).Barwą przypomina złoto lecz jest od niego dużo tańszy⁹

Złoto - Złoto to jeden z bardziej popularnych i lubianych metali szlachetnych. Czyste złoto ma barwę złocistożółtą. Ponieważ w czystej postaci jest stosunkowo miękkie, stosuje się stopy z innymi metalami, mającymi znacznie większą wytrzymałość.¹⁰

Korzystając z powyższej tabeli możemy porównać tombak (używany często jako zamiennik złota) ze złotem. Mimo tego, że barwa tych dwóch materiałów jest bardzo podobna to możemy rozróżnić je przez to że po pewnym czasie tombak zmienia swą barwę- ciemnieje a złoto przy poprawnym przechowywaniu nie zmienia koloru. Kolejną cechą którą możemy porównać jest waga, tombak jest dużo lżejszy od złota. Możemy odróżnić też je dzięki zapachowi, ponieważ tombak po potarciu pozostawia na dłoni metaliczny zapach złoto natomiast nie. Główną cechą też jest znak – próba jubilerska którą posiada złoto, tombak próby nie posiada lecz może mieć jej podróbkę.

Dla porównania zbadaliśmy również cechy kamienia malachitowego, zlepku i plastiku które przedstawia poniższa tabela.

Tabela 3

CECHA	RODZAJ PRÓBKI
	KAMIEŃ MALACHITOWY
WAGA	Najcięższy
STRUKTURA WEWNĘTRZNA	Ścisła
STRUKTURA ZEWNĘTRZNA	Posiada falki
TWARDOŚĆ	Najtwardszy

---

1. http://www.copperalliance.pl/docs/librariesprovider3/b5_ii_edition_cala-pdf.pdf?Status=Master&sfvrsn=0 (dokładny opis badań str. 19-27)↩

2. http://www.stalenierdzewne.pl/sites/default/files/StSt_in_FoodandBeverage_PL_0.pdf↩

3. http://www.zod.tu.koszalin.pl/dokumenty_pdf/materialy_uzupelniajace/materialoznawstwo/3_Stopy_zelaza_z_weglem.pdf↩

4. http://www.vid.tp.proste.pl/link-W%C4%99glik_%C5%BCelaza↩

5. http://www.spm.pl/~kill/reszta/STRUKTURY%20UK%A3ADU%20%AFELAZO%20-%20%20%20%20CEMENTYT.doc↩

6. http://www.wiw.pl/biblioteka/encyklopedia/hasla/halit.asp↩

7. http://www.codogara.pl/7622/sol-i-jej-wlasciwosci/↩

8. http://www.jubilertychy.pl/?page_id=1230↩

9. http://www.parkiet.com/artykul/1326851.html↩

10. http://www.apart.pl/pl/ekspert,ekspert-zloto↩