МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ ИХ В КОСМОСЕ

«… человек не имеет крыльев и по отношению веса своего тела к весу мускулов он в 72 раз слабее птицы… Но я думаю, что он полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума» , Никола й Его р ович Жуко в ский (5 [17] января 1847, с. Орехово (ныне Владимирской области) — 17 марта 1921, Москва) — русский учёный, создатель аэродинамики как науки. Заслуженный профессор Московского университета, профессор теоретической механики Императорского Московского технического училища (с 1918 — Московского высшего технического училища); член-корреспондент Императорской Академии наук по разряду математических наук (1894). § В 1890 году появилась публикация в Математическом сборнике Московского университета большой работы «Видоизменение метода Кирхгофа для определения движения жидкости в двух измерениях при постоянной скорости, данной на неизвестной линии тока» . § В 1894 году Жуковский был избран членомкорреспондентом Академии наук. § В 1897— 1898 годах Н. И. Жуковский исследовал причины возникновения аварий в Московском водопроводе; 21 февраля 1898 года сделал на собрании ученых и инженеров в Политехническом обществе доклад о явлениях гидравлического удара, вскрыв его механизм, вывел формулы, связывающие скорость течения, давление, плотность и радиус трубы, зависящие от времени и расстояния рассматриваемого сечения от выбранного начала координат. Осенью 1898 года на Х съезде русских естествоиспытателей и врачей Жуковский прочитал обзорный доклад «О воздухоплавании» .

Первый летающий • Алюми ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов. Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода икремния). • Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429 -90 -5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо -белого цвета, легко поддающийся Мягкий лёгкий металл серебристо-белого формовке, литью, механической обработке. цвета Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

• • • • Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27 Al со следами 26 Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей. По распространённости в земной коре Земли занимает 1 е среди металлов и 3 -е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7, 45 до 8, 14 % от массы земной коры[3]. В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из них: Бокситы — Al 2 O 3 · H 2 O (с примесями Si. O 2, Fe 2 O 3, Ca. CO 3) Нефелины — KNa 3[Al. Si. O 4]4 Алуниты — (Na, K)2 SO 4·Al 2(SO 4)3· 4 Al(OH)3 Глинозёмы (смеси каолинов с песком Si. O 2, известняком Ca. CO 3, магнезитом Mg. CO 3) Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al 2 O 3 Полевые шпаты — (K, Na)2 O·Al 2 O 3· 6 Si. O 2, Ca[Al 2 Si 2 O 8] Каолинит — Al 2 O 3· 2 Si. O 2 · 2 H 2 O Берилл (изумруд, аквамарин) — 3 Ве. О · Al 2 О 3 · 6 Si. O 2 Хризоберилл (александрит) — Be. Al 2 O 4. Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия[4]. В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0, 001 до 10 мг/л, в морской воде 0, 01 мг/л[5]. Микроструктура алюминия на протравленной поверхности слитка

• • • • Металл серебристо-белого цвета, лёгкий плотность — 2, 7 г/см³ температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C удельная теплота плавления — 390 к. Дж/кг температура кипения — 2500 °C удельная теплота испарения — 10, 53 МДж/кг временное сопротивление литого алюминия — 10 -12 кг/мм², деформируемого — 18 -25 кг/мм², сплавов — 38 -42 кг/мм² Твёрдость по Бринеллю — 24… 32 кгс/мм² высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу Модуль Юнга — 70 ГПа Алюминий обладает высокой электропроводностью (0, 0265 мк. Ом·м) и теплопроводностью (203, 5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью. Слабый парамагнетик. Температурный коэффициент линейного расширения 24, 58· 10− 6 К− 1 (20… 200 °C). Температурный коэффициент электрического сопротивления 2, 7· 10− 8 K− 1. Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

• Алюминий и его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдых ракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее: • Порошковый алюминий как горючее в твердых ракетных топливах. • Применяется также в виде порошка и суспензий в углеводородах. • Гидрид алюминия. • Боранат алюминия. • Триметилалюминий. • Триэтилалюминий. • Трипропилалюминий. • Триэтилалюминий (обычно, совместно с триэтилбором) используется также для химического зажигания (то есть, как пусковое горючее) в ракетных двигателях, так как самовоспламеняется в газообразном кислороде.

Легче алюминия – магний… Лёгкий, ковкий, серебристо-белый металл • Ма гний — элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода периодической системы химических элементов. Д. И. Менделеева, с атомным номером 12. Обозначается символом Mg (лат. Magnesium). Простое вещество магний (CAS -номер: 7439 -95 -4) — лёгкий, ковкий металл серебристобелого цвета. Средне распространён в природе. При горении выделяется большое количество света и тепла.

• • • • • Кларк магния 19 кг/т. Это распространённый элемент земной коры. Большие количества магния находятся в морской воде. Главными видами нахождения магнезиального сырья являются: морская вода — (Mg 0, 12 -0, 13 %), карналлит — Mg. Cl 2 • KCl • 6 H 2 O (Mg 8, 7 %), бишофит — Mg. Cl 2 • 6 H 2 O (Mg 11, 9 %), кизерит — Mg. SO 4 • H 2 O (Mg 17, 6 %), эпсомит — Mg. SO 4 • 7 H 2 O (Mg 16, 3 %), каинит — KCl • Mg. SO 4 • 3 H 2 O (Mg 9, 8 %), магнезит — Mg. CO 3 (Mg 28, 7 %), доломит — Ca. CO 3·Mg. CO 3 (Mg 13, 1 %), брусит — Mg(OH)2 (Mg 41, 6 %). Магнезиальные соли встречаются в больших количествах в солевых отложениях самосадочных озёр. Месторождения ископаемых солей карналлита осадочного происхождения известны во многих странах. Магнезит образуется преимущественно в гидротермальных условиях и относится к среднетемпературным гидротермальным месторождениям. Доломит также является важным магниевым сырьём. Месторождения доломита широко распространены, запасы их огромны. Они ассоциируют с карбонатными толщами и большинство из них имеет докембрийский или пермский возраст. Доломитовые залежи образуются осадочным путём, но могут возникать также при воздействии на известняки гидротермальных растворов, подземных или поверхностных вод. Типы месторождений Ископаемые минеральные отложения (магнезиальные и калийно-магнезиальные соли) Морская вода Рассолы (рапа соляных озёр) Природные карбонаты (доломит и магнезит) Главные месторождения находятся на территории США, Норвегии, Китая, России

• • • Обычный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния Mg. Cl 2 (бишофит), натрия Na. Cl и калия KCl. В расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния: Mg. Cl 2 (электролиз) = Mg + Cl 2. Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в неё добавляют новые порции магнийсодержащего сырья. Так как полученный таким способом магний содержит сравнительно много (около 0, 1 %) примесей, при необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью используют электролитическоерафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок — флюсов, которые «отнимают» примеси от магния или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99, 999 % и выше. Разработан и другой способ получения магния — термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кремний или кокс: Mg. O + C = Mg + CO Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит Ca. CO 3·Mg. CO 3, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции: Ca. CO 3·Mg. CO 3 = Ca. O + Mg. O + 2 CO 2, 2 Mg. O + Ca. O + Si = Ca. Si. O 3 + 2 Mg. Преимущество термического способа состоит в том, что он позволяет получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырьё, но и морскую воду.

• Магний — металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, пространственная группа P 63/mmc, параметры решётки a = 0, 32029 нм, c = 0, 52000 нм, Z = 2. При обычных условиях поверхность магния покрыта прочной защитной плёнкой оксида магния Mg. O, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600 °C, после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием оксида и нитрида магния Mg 3 N 2. Плотность магния при 20 °C — 1, 737 г/см³, температура плавления металла tпл = 651 °C, температура кипения — tкип = 1103 °C, теплопроводность при 20 °C — 156 Вт/(м·К). • Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддаётся обработке резанием. • Применяется для восстановления металлического титана из тетрахлорида титана. Используется для получения лёгких и сверхлёгких сплавов (самолётостроение, производство автомобилей), а также для изготовления осветительных и зажигательных ракет. • [править]Сплавы • Сплавы на основе магния являются важным конструкционным материалом в авиационной и автомобильной промышленности благодаря их лёгкости и прочности. Цены на магний в слитках в 2006 году составили в среднем 3 долл/кг. В 2012 году цены на магний составляют порядка 2, 8 -2, 9 долл. /кг.

Корпуса старых самолетов и крылатых ракет долгое время служили источником магния (вернее, его сплавов) для юных химиков