В жидкую ртуть поместили алюминиевый. Контрольная работа по физике "Архимедова сила и условия плавания тел" (7 класс). Химия взаимодействия алюминия и ртути

Существует много причин, по которым не нужно иметь дело с ртутью ни при каких обстоятельствах. Мало того, что она токсична и может привести к эмоциональным и умственным расстройствам человека, так она еще может привести к разрушению алюминиевой конструкции самолета и авиакатастрофе! Как такое может быть?

Оксид алюминия и железная ржавчина

Алюминий в наше время применяют везде: от пивных банок до самолетов. Дело в том, что алюминий является хорошим выбором между другими материалами для многих ситуаций. Он легкий, прочный и имеет покрытие, сравниться с которым по твердости может только алмаз. Железо – точнее сталь – обладает большой прочностью и пока не заменимо, например, в строительстве. Однако, если заставить это железо-сталь летать на морем каждый день, то оно быстро заржавеет. Когда железо ржавеет, это оно соединяется с кислородом. При этом железо превращается в легкие, красные хлопья, которые легко счищаются с поверхности железа. В отличие от железа алюминий при взаимодействии с кислородом образует оксид алюминия – невероятно твердое вещество, которое очень трудно поцарапать.

То резкое различие поведения железа и алюминия при взаимодействии с кислородом только подтверждает эту мысль, что «химия – это колдовство». Оксид алюминия не отслаивается от алюминия, как ржавчина от железа. Наоборот, пленка из оксида алюминия герметизирует оставшийся алюминий и предотвращает дальнейшее его «ржавление». Это – то, что надо для алюминиевой конструкции, которая летает в воздухе и, часто, над морями-океанами.

Ртуть и свежий алюминий

Ртуть разбивает всю это прекрасное совершенство алюминия. Или, по крайней мере, может разбить, если попадет на алюминиевую деталь со свежей царапиной. Если это случается, то ртуть активно соединяется с алюминием, вырывая для этого его из алюминиевой конструкции. Конечно, когда алюминий и ртутная амальгама попадают на воздух, то алюминий тут же соединяется с кислородом с образованием того же сверхпрочного оксида алюминия. Просто это все происходит не в том месте в виде растущих перьев и столбов, которые поднимаются их жидкой ртути.

Этот выход оксида алюминия из первичной царапины дает ртути возможность прорываться сквозь алюминий до тех пор пока вся ртуть не испарится в воздух. Поэтому даже небольшое количество ртути может причинить большие разрушения.

Как ртуть съедает алюминий

Ну, не на самом деле! Что ртуть действительно делает, так это проникает через защитный оксидный слой алюминия, дает возможность алюминию окисляться с очень большой скоростью. Ртуть дает возможность поверхности алюминия быть в постоянном контакте с воздухом и обеспечивает непрерывный процесс образования оксида алюминия. Это выглядит так, как будто, действительно, ртуть ест алюминий.

Конечно, в нормальных условиях этого не случается, так на открытой поверхности алюминия мгновенно образуется пленка оксида алюминия, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Ртуть ингибирует процесс образования оксидной пленки и дает эту жутковатую картину поедания алюминия ртутью, которая показана .

Механизм реакции

Механизм реакции алюминия с ртутью весьма сложен. Происходит спонтанная реакция между пленкой ртути, алюминием, влагой и кислородом из воздуха (рисунок). В то время как ртуть не растворяется в алюминии, алюминий незначительно растворяется в ртути (0,002 % при комнатной температуре). Когда ртуть смачивает поверхность алюминия, она поддерживает эту поверхность в активированном состоянии, так на ней не может образовываться оксидный слой. Алюминий будет растворяться в ртути и окисляться в контакте с воздухом .

В ходе этой реакции не происходит расхода ртути, поэтому один раз начавшись, она, в принципе, никогда не остановится .

Рисунок — Воздействие ртути на алюминий

Химия взаимодействия алюминия и ртути

Если на алюминии отсутствует оксидный слой, то ртуть образует с ним амальгаму – сплав алюминия со ртутью. Свежий алюминий с амальгамой на его поверхности бурно реагирует с влагой в воздухе – реагирует очень активно, особенно в дни с высокой влажностью :

Al(т) + 3H 2 O(ж) => Al(OH 3)(т) + 3 / 2 H 2 (г)
H = -418 кДж/моль.

Контрольная работа составлена в трёх вариантах. Ответы прилагаются. При выполнении работы учащимся нужно выдать таблицу плотностей. При составлении контрольной работы были использованы задания из книги "Контроль знаний учащихся по физике" под редакцией В,Г, Разумовского и Р.Ф. Кривошаповой.

Просмотр содержимого документа
«Контрольная работа по физике "Архимедова сила и условия плавания тел" (7 класс)»

Контрольная работа по физике для учащихся 7 класса

Архимедова сила и условия плавания тел

I вариант

1. Определите выталкивающую силу, действующую на камень объёмом 0,5 м 3 , находящийся в воде.

2. Какую силу нужно приложить, чтобы удержать в воде стальной рельс объёмом 0,7 м 3 ?

3. В сосуд налиты три несмешивающиеся между собой жидкости: вода, спирт, ртуть. В каком порядке они расположились? Ответ обоснуйте.

II вариант

1. Кусок гранита объёмом 10 дм 2 погружен в воду. Какую силу необходимо приложить, чтобы удержать его в воде?

2. Брусок, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, опустили в бензин. Его размеры 4х5х10 см. Определите выталкивающую силу, действующую на брусок.

3. В жидкую ртуть поместили алюминиевый 1, стальной 2 и платиновый 3 шарики одинакового объёма. Как расположатся шарики в жидкости?

III вариант

1. Деревянный брусок объёмом 80 см 3 плавает на поверхности керосина, наполовину погрузившись в него. Какова действующая на него архимедова сила?

2. Гранитный булыжник, прикреплённый к пружине динамометра, погружен в воду. Объём булыжника 0,004 м 3 . Какую силу показывает динамометр?

3. В какой воде легче плавать: морской или речной? Почему?

№ задания
вариант 1			сверху – спирт затем – вода на дне - ртуть
вариант 2			всплывёт почти весь – 1 наполовину погрузится – 2 утонет - 3
вариант 3			в морской воде плавать легче, т.к. она солёная и плотность у неё больше, следовательно, и F А больше.

Когда-то ртуть считалась панацеей от всех болезней и эликсиром бессмертия, но она же была причиной «болезни старого шляпника». Ртуть сгубила Ивана Грозного и навсегда выводила самолеты из эксплуатации.

Так тяжела, что не поднять

Ртуть - вещество, обладающее большим удельным весом и большой плотностью. Если вы попробуете хотя бы приподнять 10-литровое ведро, заполненное ртутью, то у вас ничего не получится. Впервые вес ртути в 1627 году измерил Роберт Бойль, но его цифры верны и сейчас: 1 литр ртути соответствует примерно 13,6 килограммам, на это же число плотность ртути выше плотности воды. Наш организм также «отягощен» ртутью, но ее количество ничтожно - 13 миллиграмм.

Талисман

Каких-нибудь пару столетий назад люди верили, что если от очищенной ртути добиться твердого состояния, то ее можно будет превратить в золото. Но еще больше они полагались на магические свойства этого вещества. Например, жрецы Древнего Египта клали в деревянный или гранитный сосуд несколько граммов ртути и помещали его в горло мумии фараона - они считали, что после смерти это будет оберегать их правителя. Рядовые египтяне также рассчитывали на помощь ртути, нося флакончик с ней в качестве амулета. Многие верили и верят, что ртуть приносит удачу, поэтому и в наши дни талисманы из ртути не редкость. Их используют любители скачек и карточных игр. Для того, чтобы ядовитые свойства ртути пагубно не влияли на здоровье, вещество помещают в проделанное в мускатном орехе отверстие и запечатывают его воском. А у современных магов можно увидеть стеклянные кольца, в которые запаяна ртуть.

Лекарство

Из-за своей высокой токсичности сейчас ртуть практически не используется в медицинских препаратах, за исключением разве что термометра, который содержит около 2 граммов этого металла. Также ртуть может выступать в качестве консерванта для вакцин. Однако еще в 1970-х годах ртуть охотно применяли в медицине. Например, меркузал, содержащий ионы ртути, выступал в качестве сильного мочегонного, хлорид ртути употребляли как слабительное, а цианид ртути входил в состав антисептиков и мазей. Амальгаму серебра, состоящую из ртути, сравнительно недавно применяли в стоматологии как пломбировочный материал. Путешественник Франсуа Бернье (1620-1688) во время своего посещения Индии отмечал, что местные йоги живут удивительно долго - до 200 лет. Бернье писал, что йоги употребляют напиток, в состав которого входит ртуть и сера. Йоги подтвердили, что несколько капель в день этого снадобья позволяют держать тело в тонусе, но главное - способствуют долгожительству. Известно также, что в древности китайцы на основе ртути изготавливали «пилюли бессмертия».

Жертва лечения

При эксгумации тела Ивана Грозного ученые определили, что содержание ртути в организме царя в 5 раз превышало допустимые нормы. Известно, что на Руси ртуть использовали для лечения сифилиса еще в XV-XVI столетиях. Некоторые исследователи предположили, что Иван Грозный, страдавший этим опасным недугом, был подвергнут лечению «жидким серебром». Н. М. Карамзин писал, что царь так «изменился, что нельзя было узнать его: на лице изображалась мрачная свирепость, все черты исказились, взор угас, на голове и в бороде не осталось почти ни одного волоса». Резкое выпадение волос один из явных признаков отравления ртутью, как и эпилептические припадки, которые мучили царя. Ртутная интоксикация - такова причина смерти Ивана Грозного, по мнению современных экспертов.

«Ртутная» рыба

Известно, что ртуть содержится в морской воде. Недавно было установлено, что мелкие рыбы способны накапливать это вещество. При этом хищники, как рыбы, так и птицы, которые охотятся на мелкую рыбу, могут сохранять ртуть в организме в еще более высоких концентрациях. Например, если сельдь содержит 0,01 промилле ртути, то у акулы показатель превышает 1 промилле. Американские ученые, исследовавшие рыбу на содержание ртути, обнаружили это вещество в каждой рыбе! При этом у 25% рыб ртуть выше допустимого уровня. В группу риска попали тунец и лобстер. Экологи уже сейчас начали бить тревогу, предупреждая об опасности употребления рыбы и других морепродуктов, впрочем, рыболовецкие компании по понятным причинам называют это «страшилками».

Ядовита, но не всегда опасна

«Чем больше мы изучаем ртуть, тем токсичнее она становится», - отмечает Дэйвид Эверс из Института биоразнообразия. - «Угроза малых количеств ртути выше, чем считалось в прошлом». Действительно, люди раньше явно недооценивали токсичные свойства ртути. Она, к примеру, входила в состав фетра, из которого изготавливали шляпы. Носившие шляпы постепенно подрывали здоровье, накапливая ядовитое вещество в своем организме. Еще больше травились при производстве шляп - выражение «болезнь старого шляпника» наглядно свидетельствует об этом. Сегодня от отравления ртутью страдают в первую очередь люди, живущие рыбной ловлей и активно употребляющие рыбу в пищу (тепловая обработка, как известно не выводит ртуть из продуктов). Большое количество таких людей проживает в Канаде, Бразилии, Колумбии и Китае. По статистике в среднем 8 детей на тысячу из опасного региона имеют хронические нарушения, проявляющиеся в ослаблении памяти и умственной отсталости. Но вот опасность отравление парами ртути, по мнению некоторых экспертов сильно преувеличена, так как предел плотности ртутных паров намного ниже, чем у воздуха, а поэтому их концентрация в опасных показателях возможна лишь при большом количестве этого вещества. Не так опасна и жидкая ртуть. Если проглотить металлические шарики ртути из термометра, они, не причинив вреда, пройдут через весь кишечник. Это объясняется консистенцией ртути, которую не способен всасывать желудочно-кишечный тракт.

Запрещено к перевозке!

Интересно, что ртуть запрещено перевозить в самолетах, но отнюдь не потому, что пассажиры и члены экипажа могут ею отравиться. Ртуть, попадая на алюминиевые сплавы, разрушает поверхностную пленку оксида алюминия, без которой металл становится хрупким и быстро разрушается в воздухе. Такая проблема для авиации была актуальна в 1970-е годы. Самолеты с произошедшей на борту утечкой большого количества ртути уже не подлежали эксплуатации. В зависимости от степени повреждения их либо отправляли на капитальный ремонт, либо окончательно списывали.