ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR ÎNDRUMĂTORenviro.ubbcluj.ro/studenti/cursuri suport/Curs-Cristina Rosu.pdf · Calcule de elongație și duritate de tip Brinell pentru diverse

Caiet de lucrări practice de laborator conferentiar dr.ing. Cristina Roșu

Știința și Ingineria Materialelor cercetator dr. Gabriela Popița

1

Cristina ROȘU Gabriela POPIȚA

ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR

ÎNDRUMĂTOR

DE LUCRĂRI PRACTICE

Cluj-Napoca

2014



2

CUPRINS

I. INTRODUCERE 3 – 7

1.1. Protecția muncii în laborator 3

II. SEMINARII 8 – 48

2.1 Legatura chimică. Calcule de % de legătură ionică din legatura

chimica, pe bază de electronegativitate (S1) 8

2.2 Rețele cristaline. Calcule de densitate teoretică pentru metale (S2) 18

2.3 Proprietățile materialelor. Calcule de elongație și duritate de tip Brinell

pentru diverse materiale (S3) 34

III. LUCRĂRI PRACTICE DE LABORATOR 49 - 133

3.1 Determinarea densităţii unui material (L1) 49

3.2 Determinarea umidităţii unui material (L2) 61

3.3 Comportarea materialelor față de apă (L3) 74

3.4 Comportarea materialelor față de acizi (L4) 89

3.5 Comportarea materialelor față de baze (L5) 103

3.6 Recuperarea metalelor nobile (cupru) din ape industriale uzate (L6) 117

IV. Elaborarea unui ESEU referitor la caracterizarea materialului primit în

cadrul lucrărilor de laborator și a comportamentului acestuia în diverse medii

de reacție studiate

134 -135

V. Bibliografie 136

VI. Anexe 137 – 150



3

I. INTRODUCERE

1.1. PROTECȚIA MUNCII ÎN LABORATOR

Pentru prevenirea accidentelor din laborator este necesară respectarea de către

studenți a unor reguli de protecție a muncii:

- la intrarea în laborator studentul trebuie să cunoască principiile care stau la

baza experimentului și modul de lucru

- purtarea halatului de protecție este obligatoriu pe toată durata lucrărilor

practice de laborator. În anumite situații se vor utiliza ochelari de protecție și

mănuși.

- lucrarea practică va fi efectuată numai după ce studentului i-au fost verificate

cunoștințele și primește acceptul conducătorului de lucrări practice de laborator

- înainte de utilizarea oricărui reactiv (substanțe), studentul va citi atent

informațiile de pe etichetă

- se lucrează cu reactivi conform referatelor de laborator

- la terminarea lucrării studentul va cfurăța locul de muncă, va spăla vasele de

laborator cu care a lucrat, va așeza reactivii la locul lor și va verifica dacă apa

și gazul sunt închise și dacă aparatele electrice sunt scoase din priză.

- la finalul lucrărilor studentul va prezenta cadrului didactic rezultatele obținute.

Orice accident care survine în laborator trebuie imediat adus la cunoştinţă cadrului

didactic. Acesta va aprecia gravitatea accidentului şi va stabili măsurile de prim ajutor.

Arsurile cu substanțe chimice sunt cele mai periculoase, de aceea se va evita pe

cât posibil contactul cu pielea. Tehnica de prim ajutor constă în spălarea din abundență



4

cu a locului atins de substanță și apoi se anunță conducătorul de lucrări practice. Acesta

în funcție de natura chimică a reactivului va aplica soluție de neutralizare: soluție de

NaHCO3 în cazul arsurilor cu acizi sau soluție 4% H3BO3 în cazul arsurilor cu baze.

Intoxicațiile sunt cauzate în special de substanțele volatile sau gazoase.

Intoxicațiile în cadrul laboratorului de Stiința și Ingineria Materialelor pot fi cauzate de

inhalarea de vapori de acizi (HCl, H2SO4).

La dizolvarea acidului sulfuric concentrat se toarnă întotdeauna: acidul în apă.

Acidul azotic concentrat se va manipula numai sub nişă. Se evită prelingerea

acidului azotic şi a acidului sulfuric. Aceşti acizi îngreunează respiraţia prin vaporii pe

care îi degajă. În aceste cazuri se administrează inhalații cu NaHCO3, după care

studentul intoxicat va fi scos la aer proaspăt.

Pentru evitarea acestor situații se va lucra obligatoriu la nișă.

În continuare vor fi prezentate substanțele chimice din laboratoarele de Știința și

Ingineria Mediului, tipurile de evenimente ce pot apărea în timpul desfășurării

activităților de laborator, manevrarea și manipularea anumitor substanțe, tipuri de

accidente care pot surveni.

Nu se va gusta niciun fel de substanţă de laborator şi nu se vor folosi vasele de

laborator pentru mâncare sau băut.

În laborator nu se mănâncă, nu se bea și nu se fumează!!

Pentru a mirosi o substanţă, gazul sau vaporii săi trebuie apropiaţi de persoana

respectivă prin mişcarea mâinii cu foarte mare precauţie fără ca să se plece capul asupra

vasului respectiv.



5

Substanţele chimice din laboratorul de Știința și Ingineria Mediului (sala E.2.5)

sunt în general substanțe de natură anorganică, dar pot fi întâlnite și câteva substanțe

chimice de natură organică.

Substanţe anorganice :

Acidul clorhidric (HCl )- poate duce la intoxicaţii ce constau în iritarea puternică a

căilor respiratorii. Asupra pielii are acţiune corozivă şi iritantă. În cazuri de intoxicaţii

cronice acidul clorhidric provoacă dureri de cap, insomnii, distrugerea smalţului care

acoperă dinţii.

Acidul sulfuric (H2SO4) - este un coroziv foarte puternic și acţionează asupra pielii .

Ceaţa sau fumul de H2SO4 este iritantă pentru ochi și chiar sufocantă pentru căile

respiratorii superioare.

Compuşii cu Na şi K

Soda caustică (NaOH) şi potasa caustică (KOH) sunt iritante puternice ale pielii şi ale

mucoaselor provocând arsuri adânci care se vindecă greu.

Sulfatul de cupru (CuSO4)

Sulfatul de cupru (CuSO4) este nociv dacă este ingerat, astfel provoacă spasme, crampe,

diaree vărsături, colaps, sau chiar moarte. De asemenea provoacă iritații ale pielii și

iritări grave ale ochilor (conjunctivite, risc de opacizare a corneei).

Substanţe organice

Alcoolii

Alcoolul metilic este cel mai toxic, pătrunde în organism prin plămâni şi piele.

Intoxicaţia are acţiune narcotică, vatămă funcţiunile intestinale şi urinare şi provoacă

tulburări grave ale vederii şi moartea. În intoxicaţiile cronice sunt afectate căile

respiratorii şi sistemul nervos .



6

Alte tipuri de evenimente ce pot apărea în timpul desfășurării activităților de

laborator

Inflamarea

Se produce în urma creşterii locale a temperaturii datorită unei surse exterioare de

căldură. scânteie, flacără.

Aprinderea

Este un fenomen care are în cazul în care o substanţă combustibilă este în contact cu o

flacără .

Autoaprinderea

În cazul substanţelor combustibile constă în aprinderea prin ridicarea temperaturii fără

contactul substanţei cu o flacără. Substanţele care se autoaprind sunt: acetona, acidul

acetic, acidul oleic, alcoolul etilic, alcoolul metilic, benzenul, benzina, eterul etilic, etil –

benzenul, glicerina, nitrobenzenul, xilenul, toluenul, alcoolul amilic.

Explozia

Este un proces în care se produce brusc o cantitate mare de gaze sau vapori însoţită de o

degajare bruscă de energie.

Amestecurile explosive au o limită de explozie inferioară şi una superioară. Limitele

se exprimă în procente sau în g/m3, în raport cu volumul aerului cu care se formează

amestecul exploziv şi numai între aceste limite amestecul poate fi exploziv .

Limita inferioară = cantitatea minimă de substanţă care formează cu aerul un

amestec exploziv .

Limita superioară = cantitatea maximă de substanţă ce formează cu aerul un

amestec exploziv.



7

Manevrarea substanţelor inflamabile, combustibile şi explozive

Nu trebuie să se ţină alături sticle şi vase ale căror conţinut dă naştere la reacţii

violente sau la degajări de vapori toxici sau inflamabili, explozivi.

Dacă din întâmplare se varsă o cantitate oarecare de lichid inflamabil se sting

toate lămpile, se întrerupe încălzitul electric, se închid uşile şi se deschid ferestrele.

Lichidul vărsat se va şterge cu o cârpă din care se stoarce lichidul într-un balon cu dop.

Se va întrerupe aerisirea numai după dispariţia completă a vaporilor lichidului vărsat .

În cazul aprinderii unui lichid inflamabil trebuie să se procedeze astfel: se stinge

becul și se acoperă flacăra cu o pătură sau nisip. În paralel cu acestea se scot toate vasele

cu sustanţe periculoase şi inflamabile. Alcoolul şi alte substanţe inflamabile solubile în

apă se pot stinge cu stingătoarele cu spumă chimică de CO2 sau CCl4. Dacă se aprinde

îmbrăcămintea, să nu se alerge, focul se stinge prin învelire cu pături şi studentul ars se

aşează sub duş.

Manipularea sticlăriei

Vasele care prezintă crăpături sau zgârieturi nu se vor folosi decât pentru operaţii

nepericuloase .

In caz de accident în laborator studentul (sau colegul celui accidentat) este obligat

sa anunțe imediat cadrul didactic, iar acesta sa ia măsurile necesare.



8

II. SEMINARII

Rezolvarea problemelor conţinute în această secțiune presupune participarea și

înțelegerea cursului de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor.

2.1. Legătura chimică - calcule de % de legătură ionică pe bază de

electronegativitate ( S1 )

În reacțiile chimice atomii elementelor tind să-și realizeze pe ultimul strat

structura stabilă a gazului rar cel mai apropiat, ca urmare se produc interacții prin

intermediul electronilor, iar intre atomi se formează legături chimice.

Legăturile chimice se realizează:

prin cedare sau acceptare de electroni legături ionice,

prin punerea in comun a unuia sau a mai mulți electroni legături covalente,

prin donare-acceptare a unei perechi de electroni legături coordinative.

prin punerea in comun a unor electroni liberi legături metalice

Electronii care participă la realizarea legăturilor chimice sunt cei de pe ultimul strat și se

numesc electroni de valenţă.

Cele mai importante tipuri de legaturi chimice sunt:

legatura ionică (electrovalența) formată în urma unui transfer de electroni

(cedare-acceptare) și realizată între ioni ( cationi ↔ anioni ).

legatura covalentă (covalența) formată prin punerea în comun de electroni și se

realizează între atomi. Ea se notează convențional astfel :



9

A – B , dacă legătura este simplă prin punere în comun a unei perechi de

electroni

A = B , dacă legatura este dublă prin punere în comun a două perechi de electroni

A ≡ B, dacă legatura este triplă prin punere în comun de trei perechi de electroni.

Perechile de electroni care rămân proprii atomilor se numesc perechi neparticipante

la legatura chimică, influențând geometria moleculei și proprietățile chimice ale

acesteia.

legatura coordinativă, formată prin donare-acceptare de perechi de electroni și

care se întâlnește în toți compușii coordinativi (complecși), notați prescurtat MLn,

unde M este ionul/atomul central acceptor de perechi de electroni, L este ligandul

donor de perechi de electroni, iar n este numărul de coordinare (notat și NC, uzual

4 si 6).

legătura metalică, (după L. Pauling) este o legătură covalentă delocalizată pe

direcțiile în care se află atomii în reteaua cristalină.

Electronegativitatea, este o caracteristică a legăturii chimice și (după L. Pauling) se

poate defini ca fiind abilitatea unui atom de a atrage un electron.

Linus Pauling (laureat al premiului Nobel în chimie în 1954 și 1962) a introdus scala

electronegativității relative, unde cel mai electronegativ element este fluorul (X F = 4,1)

și cel mai puțin electronegativ element este franciu (XFr = 0,9), iar la gazele nobile nu s-

a putut determina aceasta proprietate.

Polaritatea legăturii covalente este determinată de diferența de

electronegativitate a atomilor care formează legătura. Astfel la valori mici ale diferenței

de electronegativitate se spune că legatura covalentă este nepolară.



10

Prin diferența de electronegativitate se poate calcula și procentul de legătură ionică

dintr-un compus chimic format din două elemente, utilizând următoarea formulă:

% 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑔ă𝑡𝑢𝑟ă 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑐ă = 1 − 𝑒−1 4 ∙ (𝑋𝐴−𝑋𝐵 )2 ∙ 100

unde:

XA și XB sunt electronegativitățile celor două elemente chimice (se găsesc în Anexa 3)

en este o funcție matematică (baza ln) și se extrage din tabele matematice, valoarea e =

2,718282

Exemplu:

Să se calculeze procentul de legătură ionică din următorii compuși: CsF (fluorură de

cesiu) și CsCl (clorură de cesiu). Să se interpreteze rezultatele.

Rezolvare:

Din Anexa 3 se iau valorile electronegativitatilor : XCs=0,7; XCl=3,0; XF=4,0

% 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑔ă𝑡𝑢𝑟ă 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑐ă 𝐶𝑠𝐹 = 1 − 𝑒−1 4 ∙ (4−0,7)2 ∙ 100 = 93,43 %

% 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑔ă𝑡𝑢𝑟ă 𝑖𝑜𝑛𝑖𝑐ă 𝐶𝑠𝐶𝑙 = 1 − 𝑒−1 4 ∙ (3−0,7)2 ∙ 100 = 73,35 %

Interpretare: Din rezultatele obținute rezultă că procentul de legătură ionică este mai

mare în fluorura de cesiu decât în clorura de cesiu, ceea ce înseamnă că CsF este un

compus mai ionic decât CsCl. Datorită faptului că procentul de legătură ionică în CsF

este foarte mare și apropiat de 100% putem deduce că este unul dintre cei mai ionici

compuși.



11

Teme seminar 1 - T1

101. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: HgSe și HgS.

a) caracterizați (pe scurt) cele două materiale.

b) calculați procentul de legatură ionică pentru cele două materiale.

c) comentați rezultatele obținute.

102. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: BaO și BaS.




103. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CaS și MnS.




104. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: MnO și MnS.




105. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CaO și BeO.




106. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NaF și NaBr.





12


107. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: ZnS și PbS.




108. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: AgCl și AgF.




109. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CaSe și ZnSe.




110. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: BeS și BeO.




111. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NiS și CaS.




112. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NiSe și CuSe.






13

113. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CuS și CuO.




114. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CdS și CdO.




115. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NaF și KF.




116. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: ZnO și CaO.




117. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: MgS și CaS.




118. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: LiF și NaF.






14

119. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: MgO și ZnO.




120. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CaS și CaO.




121. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NaCl și KCl.




122. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: LiF și LiCl.




123. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: PbS și CdS.




124. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CuO și HgS.






15

125. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: BaO și CdS.




126. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NiS și AgF.




127. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: ZnS și BeS.




128. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CaSe și CuSe.




129. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: NaBr și KF.




130. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: BaS și CuS.






16

131. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: HgO și MgS.




132. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: GaSe și PbO.




133. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CdSe și MgS.




134. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: KBr și HgO.




135. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: MgS și HgS.




136. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: HgSe și GaSe.






17

137. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CdTe și CuSe.




138. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: CaSe și CdSe.




139. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: GaSe și MgS.




140. Intr-un laborator de cercetare se studiază două materiale: KCl și GaSe.






18

2.2. Rețele cristaline - calcule de densitate teoretică pentru metale (S2)

Solidele cristaline se deosebesc între ele prin forma geometrică după care se

aranjează particulele în cristal. Locul ocupat de o particulă se numeste nod. Numărul

minim de noduri care reproduce forma geometrică după care se aranjează particulele în

cristal se numeste poliedru elementar (celula elementară).

Structura unei substanțe solide cristaline are la bază o celulă elementară, care se

repeta de n ori. Aranjarea atomilor, ionilor sau moleculelor este descrisă de o mulțime

de puncte numita rețea. Pentru caracterizarea formei poliedrului elementar, se folosesc

trei categorii de elemente de simetrie :

- Fețele plane: care marginesc poliedrul;

- muchiile: se formează la întretăierea fețelor;

- colțurile: se formeaza la întretăierea muchiilor;

Repetarea regulată în spațiu a acestor elemente ale formei poliedrice poartă numele de

simetria cristalului. Conform principiilor geometriei (A.J. Bravais) sunt posibile 32 de

combinații ale elementelor de simetrie în 7 sisteme cristalografice.

Două combinații din sistemul cristalografic cubic și anume: cub cu fețe centrate (C.F.C)

și cub centrat intern (C.C.I) vor fi utilizate în rezolvarea problemelor.

CUB CU FEȚE CENTRATE (C.F.C.)



19

CUB CENTRAT INTERN (C.C.I.)

Exemplu:

1. Să se calculeze densitatea teoretică a aluminiului știind că celula sa elementară are

formă de cub cu fețe centrate (C.F.C).

Rezolvare:

Densitatea teoretică a Al se calculează cu formula:

𝜌 = 𝑛 ∙ 𝐴

𝑉𝑐 ∙ 𝑁𝐴

unde: n = numărul de atomi /celulă; n = 4

A= numărul de masă (g/mol) (AAl=27 g/mol)

NA = numărul lui Avogadro (NA = 6,023·1023

atomi/mol)

Ratomică Al = 143 nm (se utilizează în cm, iar în acest scop se efectuează transformările

corespunzătoare)

Vc = a3 (cm

3 )



20

unde: Vc = volumul (cm3/celulă); a = latura cubului și se calculează în funcție de R din

figura de mai sus, aplicând Teorema lui Pitagora în triunghiuri dreptunghice.

În urma efectuării calculelor, densitatea teoretică a Al este următoarea:

𝜌 = 𝑛 ∙ 𝐴

𝑉𝑐 ∙ 𝑁𝐴=

4 ∙ 27

6,597 ∙ 10−23 ∙ 6,023 ∙ 1023= 2,718 𝑔/𝑐𝑚3

2. Să se calculeze densitatea teoretică a litiului știind că celula sa elementară are

formă de cub centrat intern (C.C.I.)

Rezolvare: Densitatea teoretică a Li se calculează cu formula:

𝜌 = 𝑛 ∙ 𝐴

𝑉𝑐 ∙ 𝑁𝐴

unde:

n = numărul de atomi /celulă; n = 2

A= numărul de masă (g/mol) (ALi=7 g/mol)

NA = numărul lui Avogadro (NA = 6,023 1023

atomi/mol)



21

Ratomică Cs = 152 nm (se utilizează în cm, iar în acest scop se efectuează transformările

corespunzătoare)

Vc = a3 ( cm

3 )

unde: Vc = volumul (cm3/celulă);

a = latura cubului și se calculează în funcție de R din figura de mai sus, aplicând

Teorema lui Pitagora în triunghiuri dreptunghice.

În urma efectuării calculelor, densitatea teoretică a litiului este 0,55 g/cm3.



22

Teme seminar 2 ( T2 )

201. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume

CROMUL (raza atomică Cr =0,185 nm)

a) caracterizați (pe scurt) acest material.

b) calculați densitatea TEORETICĂ a acestui material, stiind ca el cristalizează

în reteaua cubică centrată intern (CCI).

c) comentați rezultatul obținut (din ce tip de categorie de material metalic face

parte).


STRONȚIUL (raza atomică Sr = 0,245 nm).


b) calculați densitatea TEORETICĂ a acestui material, știind ca el cristalizează

în rețeaua cubică cu fețe centrate (CFC).

c) comentați rezultatul obținut (în ce tip de categorie de material metalic face

parte).

203. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume AURUL

(raza atomică Au = 0,179 nm).


b) calculați densitatea TEORETICĂ a acestui material, știind că el cristalizează



parte).



23


VANADIUL (raza atomică V= 0,192 nm)


b) calculați densitatea TEORETICĂ a acestui material, știind că el cristalizeaza

în rețeaua cubică centrată intern (CCI).


parte).


MANGANUL (raza atomică Mn = 0,179 nm)





parte).


CALCIU (raza atomică Ca = 0,223 nm).





parte).


PLUMBUL (raza atomică Pb = 0,181 nm).




24




parte).


NICHELUL (raza atomică Ni = 0,162 nm).





parte).


ARGINT (raza atomică Ag = 0,175 nm).





parte).


PALADIUL (raza atomică Pd = 0,179 nm).


b) calculați densitatea TEORETICĂ a acestui material, știind că el cristalizează




25


parte).


MAGNEZIUL (raza atomică Mg = 0,172 nm).





parte).

212. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume FIERUL

(raza atomică Fe = 0,172 nm)


b) calculați densitatea TEORETICĂ a acestui material, știind ca el cristalizeaza



parte).


MOLIBDENUL (raza atomică Mo = 0,201 nm)





parte).


WOLFRAMUL (raza atomică W = 0,202 nm)



26



în rețeaua cubică centrată intern (Body Cubic Centred, BCC).


parte).


NIOBIUL (raza atomică Nb = 0,208 nm)


b) calculați densitatea TEORETICA a acestui material, știind ca el cristalizează



parte).

216. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume BARIUL

(raza atomică Ba = 0,278 nm)



în reteaua cubica centrata intern (CCI).


parte).


RUBIDIUL (raza atomică Rb = 0,298 nm)






27


parte).


RHODIUL (raza atomică Rh = 0,183 nm).





parte).

219. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume IRIDIUL

(raza atomică Ir = 0,187 nm).





parte).


PLATINA (raza atomică Pt = 0,183 nm).





parte).


COBALT (raza atomică Co = 0,167 nm).



28





parte).

222. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume OSMIUL

(raza atomică Os = 0,192 nm).





parte).


TITANUL (raza atomică Ti = 0,200 nm).





parte).


RUTHENIU (raza atomică Ru = 0,189 nm).






29


parte).


ZIRCONIUL (raza atomică Zr = 0,216 nm).



în rețeaua cubică centrata intern (CCI).


parte).


TITANUL (raza atomică Ti = 0,200 nm).





parte).


POTASIU (raza atomică K = 0,277 nm).





parte).


GERMANIU (raza atomică Ge = 0,152 nm).



30





parte).

229. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume STANIU

(raza atomică Sn = 0,172 nm).





parte).

230. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume STIBIU

(raza atomică Sb = 0,153 nm).



în rețeaua cubică centrate intern (CCI).


parte).

231. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume BISMUT

(raza atomică Bi = 0,163 nm).






31


parte).


CADMIU (raza atomică Cd = 0,171 nm).





parte).

233. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume ZINC

(raza atomică Zn = 0,153 nm).





parte).

234. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume GALIU

(raza atomică Ga = 0,181 nm).





parte).

235. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume THALIU

(raza atomică Tl = 0,208 nm).



32





parte).

236. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume CUPRU

(raza atomică Cu = 0,157 nm).





parte).

237. Intr-un laborator de cercetare se studiază densitatea materialelor și anume CERIU

(raza atomică Ce = 0,270 nm).





parte).


EUROPIU (raza atomică Eu = 0,256 nm).






33


parte).


SAMARIU (raza atomică Sm = 0,259 nm).





parte).


PRASEODIMIU (raza atomică Pr = 0,267 nm).





parte).



34

2.3. Proprietățile materialelor. Calcule de elongație și duritatea de tip

Brinell pentru diverse materiale ( S3 )

Proprietățile mecanice caracterizează raspunsul unor eșantioane de material cu

forme și dimensiuni standardizate (epruvete) la solicitările simple. Unei proprietăți

mecanice îi este asociată întotdeauna o valoare numerică.

Deformația (ε) sau elongația se definește ca raportul dintre diferența (l-l0) și l0

conform relației: ε = ( l – l0 ) / l0 și se măsoară în m/m; uneori, în industrie, se folosește

și termenul de deformație procentuală sau procentaj de alungire, care se calculează

astfel:

% ε = ε x 100 = % alungire

Exemplu:

O probă de aluminiu pur se alungește de la 50 cm la 66,25 cm. Calculați deformația

(elongația) și % de alungire.

Rezolvare:

ε = (l-l0) / l0 = (66,25-50,00)x10-2

/ (50 x10-2

) = 0,325

% alungire = 0,325 x 100 = 32,5 %



35

Teme seminar 3 – T3e

301. O probă de metal pur se alungește de la 55 cm la 70,23 cm. Calculați deformația




303. O probă de metal pur se alungește de la 19,85 cm la 26,98 cm. Calculați deformația


















36

Duritatea poate fi definită prin rezistența opusă de către material asupra acțiunii de

pătrundere a unui corp mai dur din exterior. Materialele solide cristaline cu rețea

atomică, datorită legăturilor covalente au duritate mare. Cristalele ionice și metalele sunt

mai puțin dure, iar materialele cu rețele moleculare au duritate foarte mică, ca urmare a

legăturilor fizice slabe între molecule.

Duritatea materialelor este evaluată cu ajutorul unor scări de duritate, dintre care

cea mai utilizată este scara Moh’s – criteriul zgârierii (etalonată de la 1 la 10, fiecărui

grad de duritate îi corespunde un mineral etalon).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

talc gips calcit fluorit apatit ortoclas cuarț topaz corindon diamant

Duritatea unor materiale pe scara lui Moh’s

Metoda Brinell pentru calculul durității materialelor:

Se determină duritatea (HB) făcând raportul între sarcina aplicată (F) un anumit timp și

suprafața calotei sferice (S) a urmei remanente după îndepărtarea penetratorului;

HB = F/S [daN/mm3]



37

În cazul în care forța se măsoară în kgf (kilogram-forță), formula de calcul pentru

duritate este următoarea:

𝐵𝐻𝑁 = 2 ∙ 𝐹

𝜋𝐷 ∙ (𝐷 − 𝐷2 − 𝑑2)

Dacă forța se măsoară în N (Newton), formula de calcul pentru duritate este următoarea:

𝐻𝐵 = 0,102 ∙2 ∙ 𝐹

𝜋𝐷 ∙ (𝐷 − 𝐷2 − 𝑑2)

unde:

D este diametrul bilei de oțel (mm), în cazul experimentelor de laborator echipamentul

cu bila de oțel este standard iar diametrul bilei este de 10 mm;

d este urma lăsată de bila de oțel (mm)

π este o constantă matematică (3,14)

Exemplu:

Calculați duritatea prin metoda Brinell pentru Aluminiu, știind că s-a utilizat un

echipament cu bilă de oțel cu diametru de 10 mm și care lasă o urmă de 8 mm. Asupra

bilei se acționează cu o forță de 9,25 KN.

𝐻𝐵 = 0,102 ∙2 ∙ 𝐹

𝜋𝐷 ∙ (𝐷 − 𝐷2 − 𝑑2)=

2 ∙ 9250

𝜋 ∙ 10 ∙ (10 − 102 − 82= 15



38

Teme laborator 3 – T3d

301. Intr-un laborator de cercetare se studiază duritatea materialelor prin metoda

Brinell (BHN) și anume se fac determinări experimentale pe două eșantioane de

material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 500 kgf timp de 5

secunde și se obține un diametru interior de 7 mm.

b) pe celălalt eșantion de material se acționează cu o forță de 4,9 kN timp de 5


c) cele două eșantioane sunt din același tip de material sau nu? Argumentați

răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:





39




răspunsul.



material, astfel:


secunde și se obține un diametru interior de 6,5 mm.




răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:



40






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



41



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:







42


răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:





43




răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:



44






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



45



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 12 kN timp de 4 secunde

și se obține un diametru interior de 5 mm.





46


răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 17,3 kN timp de 8





răspunsul.



material, astfel:






răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 1563 kN timp de 7




47




răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 25 kN timp de 2 secunde și

se obține un diametru interior de 5 mm.




răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 19 kN timp de 4 secunde și





răspunsul.



material, astfel:



48

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 17,86 kN timp de 4 secunde

și se obține un diametru interior de 6 mm.




răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 12 kgf timp de 4 secunde și


b) pe celălalt eșantion de material se acționează cu o forță de 15 kgf timp de 6



răspunsul.



material, astfel:

a) pe un eșantion de material se acționează cu o forță de 17,3 kgf timp de 6 secunde și


b) pe celălalt eșantion de material se acționează cu o forță de 11,7 kgf timp de 10



răspunsul.



49

LUCRĂRI PRACTICE DE LABORATOR

4. 1. Determinarea densităţii unui material ( L1 )

CONSIDERAȚII TEORETICE

Densitatea este una dintre cele mai importante proprietăți fizice ale unui material. Ea se

definește prin raportul dintre masa materialului și volumul materialului, astfel:

ρ=m / V (g/cm3) sau (kg/m

3) ( ec.1 )

unde : m – masa materialului ( g sau kg )

V – volumul materialului ( cm3 sau m

3 )

Densitatea este utilă în clasificarea materialelor: materiale ușoare, medii și grele.

In laborator, fiecare student din echipa de lucru (2-3 studenti / echipa) va determina

INDIVIDUAL densitatea unui material necunoscut.

Principiul metodei : metoda lui Arhimede.

Se aplică legea lui Arhimede, care spune că volumul unui corp este egal cu volumul de

lichid dezlocuit de acel corp. Volumul lichidului se măsoară în acest caz cu ajutorul unui

cilindru gradat. Masa se determină prin cântărire (balanța tehnică cu două zecimale).

OBIECTIVELE LUCRĂRII PRACTICE:

1. Determinarea densităţii unui material solid;

2. Precizie și acuratețe calculul erorilor

3. Completarea Fișei de laborator (FL1 ) – date experimentale si prelucrarea lor

4. Rezolvarea a două probleme



50

Materiale și aparate:

Balanță tehnică de precizie ( două zecimale) model KERN-400

Balanță tehnică (o zecimală) model : ………………………

Material necunoscut, cod material : .....……………………..

Cilindru gradat de 100 cm3 sau 50 cm

3

Apa distilată

Pisetă

MOD DE LUCRU:

Se deschide balanța tehnică cu două zecimale model KERN-400;

Se așează pe talerul balanței cilindrul gradat; se cântărește și se notează masa lui cu

m1 (vezi fisa de lucru);

Materialul necunoscut se introduce în cilindrul gradat si se cântăresc împreună; se

notează masa lor cu m2 (vezi fisa de lucru);

Cilindrul gradat ce conține materialul, se umple cu apă distilată:

- până la gradația de 60 mL (cm3) (daca se utilizează cilindrul gradat de 100 cm

3),

sau

- până la gradația de 40 mL (cm3) (daca se utilizează cilindrul gradat de 50 cm

3)

Apoi cilindrul ce conține materialul și volumul ales de apă distilată se cântareste și se

notează masa lor cu m3 (este IMPORTANT ca apa distilată să acopere cu cel puțin 1

cm în sus materialul);

După efectuarea cântăririlor se închide balanța tehnică;

Se calculează densitatea materialului cu ajutorul ecuației 1.

Se repetă procedura de lucru utilizând balanța tehnică cu o zecimală, model

………..…...............................

Se calculează densitatea materialului cu ajutorul ecuației 1



51

Se compară cele două valori obținute

Notă: Fiecare student va efectua INDIVIDUAL determinarea densității doar cu

ajutorul unuia dintre cilindrii gradați (50 mL sau 100 mL) – in functie de forma

geometrica a materialului necunoscut.

PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE:

Se calculează masa materialului astfel : mmaterial = m2 – m1

Apoi se calculează masa apei cu formula : mapa = m3 - m2

Volumul de apă se calculează apoi cunoscând densitatea apei ρapă = 1 g/cm3

Vapa = mapa×ρapă

Volumul de material se calculează astfel : Vmaterial = 60 cm3 - Vapă sau

Vmaterial = 40 cm3 - Vapă

Densitatea materialului se calculează apoi conform ecuației 1.

ρmaterial = mmaterial / Vmaterial (g/cm3) sau (kg/m

3)

Rezultatele obținute se notează în Tabelul 1.

Tabel 1: Determinarea densităţii unui material

Tip

balanță

m1

(g)

m2

(g)

m3

(g)

mmaterial

(g)

Vapă

mL(cm3)

Vmaterial

mL(cm3)

ρmaterial

(g/cm3)

2 zecimale

1 zecimală

Se primesc ca si tema două probleme spre rezolvare.

Notă: FL1 = 7 p (efectuarea lucrării practice și a calculelor) + 3 p (rezolvarea celor două

probleme primite).

Calculele pentru lucrarea practică și rezolvarea celor două probleme se efectuează

pe o foaie separată ce se va preda împreună cu fișa de laborator.



52

FIȘA DE LABORATOR 1 ( FL1 )

Determinarea densităţii unui material

Data:

Nume și prenume student:_______________________________________________

Densitatea unui solid NECUNOSCUT cod material……………………………....

Material necunoscut primit: ……………………………................................................

A B

(balanță cu două

zecimale)

(balanță cu

o zecimală)

1. Masa cilindrului gradat (m1) g

2. Masa cilindru gradat cu material (m2) g

3. Masa cilindru gradat cu material și apă (m3) g

4. Masa material (mmaterial) g

5. Masa apă (mapă) g

6. Volumul de apă (Vapă) cm3

7. Volumul de material (Vmaterial) cm3

8. Densitatea materialului (ρ) g/cm3

CONCLUZII:……………………………………………………………………….........

……………………………………………………………………………... ( 7 puncte )

Rezolvați cele două probleme primite ( 3 puncte )

Nota FL1 = 7 p (efectuarea lucrării practice și a calculelor) + 3 p (rezolvarea celor două

probleme primite)

(problema cu complexitate ușoară - 1 punct; problema cu complexitate medie - 2 puncte)



53

Teme pentru lucrarea 1

1. O bucată de metal cântărește 44,86 g. Când metalul este imersat în cilindrul gradat

de 50 mL care este plin cu 25 mL apă distilată, nivelul se ridică la 28,5 mL.

Calculați densitatea metalului.

2.O bucată de metal cântărește 11,41 g. Când metalul este imersat în cilindrul gradat



3. Un student în timpul determinarii densității unui material umple cilindrul gradat

cu 9,6 mL de apă distilată, dar notează în caietul de laborator 10 mL. Cum va

afecta precizia determinării densității? Explicați.

4. Care dintre cele două mărimi implicate în calculul densității unui solid este mai

imprecisă: masa sau volumul? Explicați.

5. Un material cântăreste 49,28 g. Cand material este imersat în cilindrul gradat de

100 mL care este plin cu 50 mL apă distilată, nivelul se ridică la 55,71 mL.

Calculați densitatea materialului (dacă materialul este cunoscut și densitatea lui

teoretică este 9,1 g/cm3 care este eroarea determinării experimentale?).

6. Un student în timpul determinării densității unui material umple cilindrul gradat

cu 4,9 g de material necunoscut, dar notează în caietul de laborator 5 g. Cum va


7. O bucată de material cântărește 14,45 g. Când materialul este imersat în cilindrul

gradat de 50 mL care este plin cu 25 mL apă distilată, nivelul se ridică la 26,7 mL.

Calculați densitatea materialului.



54



afecta pre-cizia determinării densității? Explicați.



Calculati densitatea materialului.

10. Un material cântărește 29,26 g. Când materialul este imersat în cilindrul gradat de










cu 18,5 mL de apă distilată, dar notează în caietul de laborator 18,3 mL. Cum va











55




























56


cu 6,82 g de material necunoscut, dar notează în caietul de laborator 6,62 g. Cum

va afecta precizia determinării densității? Explicați.


gradat de 50 mL care este plin cu 25 mL apă distilată, nivelul se ridică la 28,75

mL. Calculați densitatea materialului.






mL. Calculati densitatea materialului.















57










mL. Calculați densitatea materialului.



afecta pre-cizia determinării densității? Explicați.








cu 11,11 g de material necunoscut, dar notează în caietul de laborator 11 g. Cum







58









cu 7,59 g de material necunoscut, dar notează în caietul de laborator 7,68 g. Cum



















59




























60



















61

3.2. Determinarea umidităţii unui material (termobalanță) (L2)


Umiditatea este una dintre cele mai importante proprietăți fizice ale unui material. Ea se

definește prin raportul dintre diferența de masă a materialului după o încălzire la o

temperatură de aprox. 1000C și masa inițială a materialului, astfel:

U(%) = [(minițial – mfinal) / minițial] x 100 (Ec. 2)

unde : mi – masa initială a materialului (la temperatura camerei)

mf – masa finală a materialului (după o încălzire la aprox. 1000C)

Umiditatea este utilă în clasificarea materialelor sau pentru stabilirea condițiilor optime

de stocare (deoarece apa reținută de un material poate să-l deterioreze):

Exemple : zahărul tos trebuie sa aibă o umiditate maximă de 0,15%

lemnul pentru construcții trebuie sa aibă o umiditate maximă de 20%

cafeaua boabe trebuie sa aibă o umiditate maximă de 1%.

In laborator, fiecare student din echipa de lucru va determina umiditatea unui material

necunoscut utilizând termobalanța model DENVER.

Principiul metodei: materialul necunoscut se usucă la o temperatură cunoscută și cu o

viteză de încălzire aleasă până la masă constantă şi apoi se cântăreşte. Diferenţa de masă

obţinută înainte şi după uscare, reprezintă umiditatea care se exprimă procentual.



62


1. Determinarea umidităţii unui material solid utilizând termobalanța;


3. Completarea Fișei de laborator (FL2 )

4. Rezolvarea a doua probleme primite spre rezolvare


Termobalanța de precizie (trei zecimale) model DENVER

Mojar și pistil (facultativ)

Material necunoscut (aprox. 3 g)

MOD DE LUCRU:

Se așează pe talerul termobalanței o tăviță de aluminiu; se notează masa ei cu m0

(facultativ) apoi se apasă tasta TARE (care anulează masa tăviței de Al);

Se cântărește o anumită cantitate de material (circa 0,2 – 0,5 g). Acesta se așează

uniform pe tava de aluminiu; se citește masa materialului și se notează cu mi (dacă

este nevoie se poate mărunți materialul cu ajutorul mojarului cu pistil, înainte de

cântărire)

Se setează temperatura de încălzire la 1050C, apoi se alege o viteză de încălzire

constantă de 50C/min.

Se citește masa materialului dupa terminarea programului de încălzire și se notează cu

mf

Se calculează umiditatea materialului, conform ecuației 2.



63

Se repetă experimentul setând viteza de încălzire la 10°C/min (pornind de la pasul 1 și

cântărind aceeași masă de material ca și la pasul 1)

PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE:

Calculăm umiditatea materialului, conform Ec.2.

Fiecare student va determina umiditatea materialului utilizând două viteze

DIFERITE de încălzire (50C/min și 10°C/min).


Se compară cele două rezultate obținute

Tabel 1. Determinarea umidității unui material

v1=5 0C/min

U1(%) v2=10

0C/min

U2(%) mi1 mf1 mi2 mf2

Se primesc ca si tema două probleme spre rezolvare


probleme primite)

(problema cu complexitate ușoară - 1 punct; problema cu complexitate medie 2 puncte)





64


Determinarea umidităţii unui material (termobalanță)

Data :

Nume și prenume student: _______________________________________________

Materialul necunoscut: Cod ____________________________________________

A. Viteza de încălzire: ……... 0C/min; timp min, Temp. de uscare: ……..

0C

B. Viteza de încălzire: ……... 0C/min; timp min, Temp. de uscare: ……..

0C

Umiditatea unui material A B

v1=5 0C/min v2=10

0C/min

1. Masa inițială material (mi) __________________________________________

2. Masa finală material (mf) __________________________________________

3. Umiditatea materialului (%) __________________________________________

CONCLUZII……………………………………………………………………...........…

………………………………………………………………………...........(7 puncte )

Rezolvați cele două probleme primite (3 puncte )



65


1. O bucată de material cântărește 4,126 g. După uscare (timp de o oră la 1050C)

materialul cântărește 3,798 g. Calculați umiditatea materialului și viteza de

încălzire.

2. Un student în timpul determinării umidității unui material notează în caietul de labo-

rator masa inițială a unui material ca fiind 1,2 g, ea fiind de 1,195 g, iar masa finală

ca fiind 1 g, când ea este 1,012 g. Cum va afecta precizia determinării umidității ?

Explicați.

3. Care dintre cele două mărimi implicate în calculul umidității unui solid este mai

imprecisă: masa inițiala sau masa finală? Explicați.

4. Un material cântărește 4,928 g. Când materialul este uscat cu o viteză de 50C/min

timp de 30 min. masa finală este 4,843g. Calculați umiditatea materialului. Daca se

repetă experimentul, dar viteza de încălzire este de 20C/min, timp de 60 min., masa

finală este 4, 815 g. Calculați umiditatea ? Explicați.

5. Cum este influențat calculul umidității unui material de către gradul de mărunțire a

materialului. Explicați.

6. O bucată de material cântărește 2,341 g. Dupa uscare (timp de 30 min. la 1050C)


încălzire.

7. Un student în timpul determinării umidității unui material notează în caietul de labo-

rator masa inițială a unui material ca fiind 1,5 g, ea fiind de 1,511 g, iar masa finală

ca fiind 1,3 g, când ea este 1,298 g. Cum va afecta precizia determinării umidității?

Explicați.



66


imprecisă: timpul de uscare sau viteza de încălzire ? Explicați.



repetă experimentul, dar viteza de încălzire este de 150C/min, timp de 10 min.,

masa finală este 3,528 g. Calculați umiditatea ? Explicați.

10. Cum este influențat calculul umidității unui material de către viteza de uscare a




încălzire.

12. Un student în timpul determinării umidității unui material notează în caietul de

laborator masa inițială a unui material ca fiind 3,5 g, ea fiind de 3,495 g, iar masa

finală ca fiind 3 g, când ea este 3,015 g. Cum va afecta precizia determinării

umidității ? Explicați.


timp de 30 min. masa finală este 7,142 g. Calculați umiditatea materialului. Daca se





încălzire.


precisă: timpul de uscare sau viteza de încălzire ? Explicați.



67



finală ca fiind 3,25 g, când ea este 3,265 g. Cum va afecta precizia determinării

umidității? Explicați.


precisă: masa inițială sau masa finală? Explicați.











încălzire.





22. Cum este influențat calculul umidității unui material de către timpul de uscare a






68





încălzire.







încălzire.





28. Cum influențează gradul de mărunțire a materialului calculul umidității unui

material. Explicați.



încălzire.







69





32. O bucată de material cântărește 7,351 g. După uscare (timp de 30 min. la 1050C)


încălzire.






timp de 15 min. masa finală este 2,133g. Calculați umiditatea materialului. Dacă se















70





încălzire.
















finală este 7,501 g. Calculați umiditatea ? Explicați.



încălzire.



71























încălzire.





72












timp de 30 min. masa finală este 5,83 g. Calculați umiditatea materialului. Dacă se


finală este 5,51 g. Calculați umiditatea ? Explicați.

54. O bucată de material cântărește 6,3 g. După uscare (timp de 30 min. la 1050C)


încălzire.











73









59. Un material cântărește 7,4 g. Când materialul este uscat cu o viteză de 50C/min timp

de 30 min. masa finală este 7,22g. Calculați umiditatea materialului. Daca se repetă

experimentul, dar viteza de încălzire este de 20C/min, timp de 60 min., masa finală

este 7,181 g. Calculați umiditatea ? Explicați.



încălzire.



74

3.3. Comportarea materialelor față de apă

(dulce și salină) (L3)


Coroziunea reprezintă totalitatea proceselor chimice şi electrochimice care au ca

rezultat degradarea suprafeţelor metalice.

În natură majoritatea metalelor există sub formă de combinaţii, cel mai des

întâlnite fiind oxizii, acest lucru atestă faptul că starea metalică este foarte instabilă din

punct de vedere termodinamic. În prezenţa agenţilor chimici şi electrochimici metalele

au tendinţa de a se coroda.

Coroziunea este un proces complex fiind determinat de foarte mulţi factori şi se

poate clasifica în coroziune chimică şi electrochimică în funcţie de mecanismul de

producere.

Coroziunea chimică reprezintă atacul asupra metalelor în mediu uscat din partea

unor agenţi chimici cum sunt unele gaze: dioxid de carbon, clor, oxigen, acid clorhidric

etc. Acest tip de coroziune se întâlneşte mai ales în industrie la instalaţii, fiind foarte

favorizat de temperatură. În cursul coroziunii reacţia dintre metal şi mediul înconjurător

nu are loc cu transport de sarcini electrice.

Dacă la suprafaţa de acţiune a agenţilor chimici mai apare şi umezeală care joacă

rolul de electrolit (practic toate acestea conduc la apariţia unor pile electrochimice la

suprafaţă) atunci coroziunea chimică se transformă în coroziune electrochimică.

În cursul coroziunii electrochimice în timpul reacţiei metalului cu mediul

înconjurător apare şi un transport de sarcini electrice. Dacă unul din elementele unei pile

electrochimice lipseşte atunci procesul de coroziune nu are loc.



75

Reacţia chimică (coroziunea chimică) este posibilă la toate materiile

prime/materialele folosite în industrie, în timp ce coroziunea electrochimică nu apare

decât la metale, deoarece numai ele posedă electroni liberi. Materialele sintetice nu

posedă această structură, ele fiind degradate de obicei numai chimic.

Prin introducerea metalului în apă sau în mediul cu proprietăţi electrolitice, pe

suprafaţa metalului apar elemente galvanice, în care impurităţile din metal funcţionează

ca microcatozi cu descărcare de hidrogen pe suprafaţa lor, în timp ce metalul

funcţionează ca anod și se dizolvă.

În practică, este importantă cunoaşterea vitezelor reale cu care se desfăşoară

procesul de coroziune. Dacă procesul de coroziune are o viteză de desfăşurare foarte

mică se poate considera că materialul este rezistent la coroziune. Coroziunea se poate

aprecia cantitativ prin calcularea vitezei de coroziune.

Viteza de coroziune (vcor) reprezintă variaţia masei probei (Δm), ca rezultat al

coroziunii, pe unitatea de suprafaţă (S) în unitatea de timp (t):

vcor = Δm/(S·t) (1)

Δm=|mf−mi| (2)

și care se exprimă de regulă în g/m2·h.

Este cel mai utilizat mod de exprimare al coroziunii, putând reprezenta creşterea

în greutate a probei, prin formarea de produşi de coroziune (oxidarea metalelor) care

rămân aderenţi la metal sau poate simboliza scăderea în greutate, atunci când produşii de

coroziune pot fi îndepărtaţi de pe suprafaţă.

Rezistenţa la coroziune se exprimă prin scări convenţionale conform tabelului 1.



76

Tabelul 1 Scara convenţională a rezistenţei la coroziune a materialelor

Grupa de rezistență Pierderi de

masă (g/m2h)

Coeficientul

de

stabilitate

I. Perfect stabile 0.007 1

II. Foarte stabile 0.007-0.035 2

0.035-0.07 3

III. Stabile, bine utilizabile 0.07-0.35 4

0.35-0.7 5

IV. Oarecum rezistente 0.7-3.5 6

3.5-7.0 7

V. Foarte puțin rezistente 7.0-35 8

35-70 9

I. Nerezistente Peste 70 10

Conductivitatea electrică este o măsură a activității ionice a unei soluții și

reprezintă capacitatea sa de a transmite curentul electric. Conductivitatea crește atunci

când concentrația de ioni crește.

In laborator, fiecare student din echipa de lucru va determina individual

pierderile/depunerile de masă (coroziune chimică și electrochimică) a materialelor

imersate un timp îndelungat (timp de o săptămână) în probe de ape dulci sau sărate

(saline).


1 Determinarea pierderilor de masă (coroziune chimică și electrochimică) a

materialelor imersate un timp îndelungat în probe de ape dulci sau sărate (saline)


3. Completarea Fișei de laborator (FL3 )

4. Rezolvarea a doua probleme primite ca si tema



77


Balanța tehnică de precizie (două zecimale) model ……………................

Material necunoscut (cod laborator …………....................)

Cilindru gradat de 100 cm3

Pahare Berzelius de 150 - 200 cm3 sau pahare de unică folosință :

A) proba de apă dulce și B) proba de apă salină

Etichete autocolante

Mod de lucru:

1. Se măsoară 75 cm3 probă de apă dulce cu următoarele caracteristici fizico-chimice

INIȚIALE: pHi = …………,

ECi = ………….μS/cm conductivitate ionică electrică

2. Se transvazează proba total în paharul notat cu A;

3. Se deschide balanța tehnică;

4. Se așează pe talerul balanței materialul primit; se cântărește și se notează masa lui

cu mi = ……g

5. Se așează materialul în paharul A, astfel încât un capăt este prins de marginea

paharului cu un cârlig (agrafa de birou);

6. Se lasă timp de o săptămână pe etajera / dulapul din laborator;

7. Dupa o săptămână, materialul se extrage din paharul A, se lasă 10 min. la uscat pe

hârtie de filtru, apoi se cântărește, notându-se masa finală cu mf = ………g

8. Se calculează masa de material pierdut / depus cu formula :

mmaterial pierdut = | mf – mi | în grame;



78

9. Se repetă procedura de lucru pentru situația în care se utilizează proba de apă

salină, pornind de la pasul 1.

10. Se măsoară caracteristicile fizico-chimice FINALE ale apei,

pHf = ………….,

ECf = ………….μS/cm conductivitate ionică electrică

11. Se calculează / estimează suprafața materialului primit (în m2)

12. Se calculează / estimează timpul experimentului (în h)


Tabel 2. Comportarea materialelor față de apă (dulce și salină)

Proba de

apă

Caracteristici

fizico-chimice

INIȚIALE mi

(g)

mf

(g)

mmaterial pierdut =

|mf – mi| (g)

Caracteristici

fizico-chimice

FINALE

Viteza de

coroziune

pHi ECi

(μS/cm) pHf

ECf

(μS/cm)

vcor

(g/m2h)

Dulce

...............

Salină

...............


probleme primite)






79


Comportarea materialelor față de apă (dulce și salină)

Data: ...............................................................

Nume si prenume student: _____________________________________________

Comportarea materialului față de probe de ape dulci și saline....................................

Cod material......................................................................................................................

Apă dulce

.....................

Apă salină

......................

1. 1. Caracteristicile fizico-chimice ape INIȚIALE

pHi

conductivitate ionică electrică ECi (μS/cm)

2. 2. Caracteristicile fizico-chimice ape FINALE

pHf

conductivitate ionică electrică ECf (μS/cm)

3. Masa initială material (mi) g

4. Masa finală material (mf ) g

5. Masa material pierdută/depusă (m pierdută/depusă) g

6. Viteza de coroziune vcor (g/m2h)

CONCLUZII: ……………………………………………………………………….....

……………………………………………………………………............. ( 7 puncte )

Rezolvați cele două probleme primite ( 3 puncte )



80


1. O bucată de material metalic este imersat timp de 7 zile într-o soluție de apă

industrială salină, care are salinitatea inițială de 5‰ și care ajunge la 1‰. Explicați

de ce scade salinitatea apei.

2. Un student în timpul determinării comportării unui material față de apă umple cilin-

drul gradat cu 49,7 mL de apă industrială, dar notează în caietul de laborator 50

mL. Cum va afecta precizia determinării ? Explicați.

3. O bucata de sârmă de alamă este imersată timp de 5 zile într-o soluție de apă

industrială dulce de conductivitate ionică electrică inițială de 120 μS/cm și care

ajunge la 200 μS/cm. Explicați de ce crește conductivitatea ionică electrică.

4. Un student în timpul determinării comportării unui material umple cilindrul gradat cu

75,4 mL de apă salină, dar notează în caietul de laborator 75 mL. Cum va afecta

precizia determinării ? Explicați.

5. Un student în timpul determinării comportării unui material utilizează două ețantioane

de mase diferite: mi1 = 1,67 g si mi2 = 1,86 g. După 5 zile cele două esantioane se

cântaresc și se obține: mf1 = 1,23 g și mf2 = 1,41 g. Care este masa de material

pierdută și care este precizia determinării?

6. O bucată de material este imersat timp de 3 zile îintr-o soluție de apă industrială uzată

salină cu pH inițial de 7,8 și care ajunge la 6,3. Explicați de ce scade pH-ul.

7. Un student în timpul determinării comportării unui material față de apă umple

cilindrul gradat cu 98,7 mL de apă industrială dulce, dar notează în caietul de

laborator 100 mL. Cum va afecta precizia determinării ? Explicați.

8. Un student în timpul determinării comportării unui material utilizează două eșantioane

de mase diferite: mi1 = 1,81 g și mi2 = 1,56 g. După 5 zile de electroliză internă pe



81

cei doi electrozi se depune metalul nobil, iar prin cântărire se obține: mf1 = 1,56 g si

mf2 = 1,31 g. Care este masa de material pierdută și care este precizia determinării?

9. O bucată de material ceramic este imersată timp de 7 zile într-o soluție de apă

industrială uzată salină de salinitate inițială de 10‰, care ajunge la 2‰. Explicați


10. Un student în timpul determinării comportării unui material fata de apă utilizează

două eșantioane de mase diferite: mi1 = 2,67 g și mi2 = 2,96 g. După 6 zile cele

două eșantioane au masa: mf1 = 2,25 g și mf2 = 2,55 g. Care este masa de material

pierdută și care este precizia determinării?


industrială salină, care are salinitatea inițială de 5,3‰ și care ajunge la 2‰.

Explicați de ce scade salinitatea apei.







14. Un student în timpul determinării comportării unui material umple cilindrul gradat

cu 55,2 mL de apă salină, dar notează în caietul de laborator 55 mL. Cum va afecta


15. Un student în timpul determinării comportării unui material utilizează două

ețantioane de mase diferite: mi1 = 2,35 g si mi2 = 2,66 g. După 5 zile cele două

esantioane se cântaresc și se obține: mf1 = 2,21 g și mf2 = 2,32 g. Care este masa de

material pierdută și care este precizia determinării ?



82

16. O bucată de material este imersat timp de 3 zile îintr-o soluție de apă industrială

uzată salină cu pH inițial de 6,9 și care ajunge la 6,1. Explicați de ce scade pH-ul.





eșantioane de mase diferite: mi1 = 6,11 g și mi2 = 6,52 g. După 5 zile de electroliză

internă pe cei doi electrozi se depune metalul nobil, iar prin cântărire se obține: mf1

= 6,06 g si mf2 = 6,33 g. Care este masa de material pierdută și care este precizia

determinării ?


industrială uzată salină de salinitate inițială de 6‰, care ajunge la 1‰. Explicați de

ce scade salinitatea apei.




pierdută și care este precizia determinării ?


industrială salină, care are salinitatea inițială de 11‰ și care ajunge la 5‰.







83











26. O bucată de material este imersat timp de 3 zile îintr-o soluție de apă industrială

uzată salină cu pH inițial de 8,8 și care ajunge la 7,3. Explicați de ce scade pH-ul.








determinării ?


industrială uzată salină de salinitate inițială de 6‰, care ajunge la 2‰. Explicați de

ce scade salinitatea apei.





84




industrială salină, care are salinitatea inițială de 6‰ și care ajunge la 3,5‰.















36. O bucată de material este imersat timp de 3 zile într-o soluție de apă industrială uzată









85



determinării ?


industrială uzată salină de salinitate inițială de 11‰, care ajunge la 5‰. Explicați






















86












determinării ?


industrială uzată salină de salinitate inițială de 9‰, care ajunge la 1,2‰. Explicați














87




















determinării ?


industrială uzată salină de salinitate inițială de 13‰, care ajunge la 7,3‰. Explicați






88




salină cu pH inițial de 9,4 și care va ajunge la 8,6. Explicați de ce scade pH-ul.








determinării ?

64. O bucată de material este imersat timp de 3 zile într-o soluție de apă industrială

uzată dulce cu pH inițial de 8,9 și care ajunge la 7,7. Explicați de ce scade pH-ul.


cilindrul gradat cu 60,7 mL de apă industrială salina, dar notează în caietul de




89

3.4. Comportarea materialelor față de acizi

(anorganici și organici) ( FL4 )










producere.














90
















Δm=|mf−mi| (2)

și care se exprimă de regulă în g/m2h.





Rezistenţa la coroziune se exprimă prin scări convenţionale conform tabelului 1



91



masă (g/m2h)

Coeficientul

de

stabilitate



0.035-0.07 3

III. Stabile, bine utilizabile 0.07-0.35 4

0.35-0.7 5


3.5-7.0 7


35-70 9

II. Nerezistente Peste 70 10







(saline).

Obiective:

1. Determinarea pierderilor/depunerilor de masă (coroziune chimică și electro-

chimică) a materialelor imersate un timp îndelungat în probe de ape acide.


3. Completarea unei Fișe de laborator ( FL4 )

4. Rezolvarea a doua probleme primite ca si tema



92

Materiale si aparate:

Balanța tehnică de precizie (două zecimale) model …………………

Material necunoscut (cod material ……………………..)


Pahare Berzelius de 150-200 cm3 sau pahare de unică folosință

Soluții apoase de acizi: soluție 5% H2SO4 și soluție 5% acid oxalic (H2C2O4)


Mod de lucru :

1. Se măsoară 50 cm3 soluție de apoasă de acid ……...…. cu următoarele

caracteristici inițiale fizico-chimice inițiale:

pHi = ……..,

ECi = ………. μS/cm, conductivitate ionică electrică

2. Se transvazează soluția apoasă de acid total în paharul notat cu A;

3. Se deschide balanta tehnică;


cu mi = ……g

5. Se așează materialul în paharul A, astfel încât un capăt este prins de marginea

paharului cu un cârlig (sau agrafă de birou);

6. Se lasă timp de o săptămână (7 zile) pe etajera / dulapul din laborator;

7. După o săptămână, materialul se extrage din paharul A, se lasă 10 min. la uscat pe

hârtie de filtru, apoi se cântărește, notându-se masa finală mf = ………g

8. Se calculează masa de material pierdut/depus cu formula:

m pierdut/depus = | mi – mf | (g)



93

9. Se repetă procedura de lucru pentru situația în care se utilizează o soluție apoasă de

acid organic (soluție 5% acid oxalic) – paharul notat cu B, pornind de la pasul 1.

10. Se măsoară caracteristicile fizico-chimice finale ale soluției acide: pHf și ECf.




Tabel 2. Comportarea materialelor față de acizi (organici și anorganici)

Soluție apoasă

de acid

Caracterictici

fizico-chimice

INIȚIALE mi

(g)

mf

(g)

mmaterial pierdut

=

|mf – mi| (g)

Caracterictici

fizico-chimice

FINALE

Viteza de

coroziune

pHi ECi

(μS/cm) pHf

ECf

(μS/cm)

vcor

(g/m2h)

A

(5% H2SO4)

B

(5% H2C2O4)


probleme primite)






94


Comportarea materialelor față de acizii anorganici și organici

Data:

Nume și prenume student: _________________________________________

Comportarea materialului față de soluții apoase de acizi anorganici / organici

Cod material.......................................................................................................

Acid anorganic

.........................

Acid organic

.......................

5. 1. Caracteristicile fizico-chimice INIȚIALE

pHi


6. 2. Caracteristicile fizico-chimice FINALE

pHf


3. Masa initială material (mi) g


5. Masa material pierdută/depusă (m pierdută/depusă)


CONCLUZII: ……………………………………………………………………………

…………………………………………………………………….................(7 puncte )

Rezolvați două probleme primite ca si tema ( 3 puncte )



95


1. O bucată de aluminiu 98% este imersată timp de 7 zile într-o soluție apoasă 5% HNO3

și care ajunge la 1% HNO3. Explicați de ce scade concentrația de HNO3.

2. Un student în timpul determinării comportării unui material față de acizi umple cilin-

drul gradat cu 49,6 mL de acid oxalic soluție 8%, dar notează în caietul de laborator

50 mL. Cum va afecta precizia determinării ? Explicați.

3. O bucată de sârma de cupru este imersată timp de 5 zile într-o soluție de 2% H2SO4 și

care ajunge la 1%. Explicați de ce scade concentrația de H2SO4.

4. Un student în timpul determinării comportării unui material față de acizi umple

cilindrul gradat cu 79,4 mL de HCl sol. 3%, dar notează în caietul de laborator 80


5. Un student în timpul determinării comportării unui material față de acizi utilizează


două eșantioane cântaresc: mf1 = 1,34 g și mf2 = 1,47 g. Care este masa de material


6. O bucată de material este imersată timp de 3 zile într-o soluție apoasă de acid

clorhidric cu pH inițial de 3,7 și care ajunge după cele 3 zile la un pH de 6,3.

Explicați de ce crește pH-ul.


cilindrul gradat cu 50,7 mL de acid, dar notează în caietul de laborator 50 mL. Cum

va afecta precizia determinării ? Explicați.


două eșantioane de mase diferite: mi1 = 1,63 g și mi2 = 1,51 g. După 5 zile de



96

electroliză internă cele două eșantioane se cântăresc și se obține: mf1 = 1,51 g și mf2

= 1,40 g. Care este masa de material pierdută și care este precizia determinării

9. O bucată de material este imersată timp de 7 zile într-o soluție de HNO3 uzată de

concentrație inițiala de 10 % și care ajunge în final la 6%. Explicați de ce scade

concentrația acidului.


două eșantioane de mase diferite: mi1 = 3,47 g și mi2 = 3,76 g. După 6 zile cele două

esantioane au masa: mf1 = 3,25 g și mf2 = 3,55 g. Care este masa de material


11. O bucată de aluminiu 98% este imersată timp de 7 zile într-o soluție apoasă 3%

HNO3 și care ajunge la 1% HNO3. Explicați de ce scade concentrația de HNO3.


cilindrul gradat cu 59,6 mL de acid oxalic soluție 6%, dar notează în caietul de


13. O bucată de sârma de cupru este imersată timp de 5 zile într-o soluție de 1% H2SO4

și care ajunge la 0,5%. Explicați de ce scade concentrația de H2SO4.










97










= 4,30 g. Care este masa de material pierdută și care este precizia determinării?


concentrație inițiala de 6% și care ajunge în final la 5%. Explicați de ce scade







HNO3 și care ajunge la 2,1% HNO3. Explicați de ce scade concentrația de HNO3.




23. O bucată de sârma de cupru este imersată timp de 7 zile într-o soluție de 5,5% H2SO4

și care ajunge la 3%. Explicați de ce scade concentrația de H2SO4.



98



















concentrație inițiala de 8 % și care ajunge în final la 5,4%. Explicați de ce scade








99







și care ajunge la 3%. Explicați de ce scade concentrația de H2SO4.




















100


concentrație inițiala de 8% și care ajunge în final la 3,3%. Explicați de ce scade






41. O bucată de aluminiu 98% este imersată timp de 6 zile într-o soluție apoasă 4,3%

HNO3 și care ajunge la 2,25% HNO3. Explicați de ce scade concentrația de HNO3.


















101



























102
























103

3.5. Comportarea materialelor față de baze

(anorganice și organice) ( L5 )










producere.














104
















Δm=|mf−mi| (2)

și care se exprimă de regulă în g/m2h.





Rezistenţa la coroziune se exprimă prin scări convenţionale conform tabelului 1.



105



masă (g/m2h)

Coeficientul

de stabilitate



0.035-0.07 3

III. Stabile, bine

utilizabile

0.07-0.35 4

0.35-0.7 5


3.5-7.0 7


35-70 9

I. Nerezistente Peste 70 10







(saline).

Obiective:

1. Determinarea pierderilor/depunerilor de masă (coroziune chimică și

electrochimică) a materialelor imersate un timp îndelungat în probe de ape

bazice.


3. Completarea unei Fișe de laborator (FL5 )




106


Balanța tehnică de precizie ( două zecimale) model……………….......................

Material necunoscut (cod material ……………………..)


Pahare Berzelius de 150 - 200 cm3 sau pahare de unică folosință

Soluții apoase de baze: soluție 5% de NaOH și soluție 2% de etilen glicol


Mod de lucru :

1. Se măsoară 50 cm3 soluție apoasă de bază anorganică. ……….cu urmatoarele

caracteristici fizico-chimice inițiale:

pHi = ……..,

ECi = ……. μS/cm, conductivitate ionică electrică

2. Se transvazează total soluția apoasă bazică în paharul notat cu A;

3. Se deschide balanta tehnică;


cu mi = ……g

5. Se așează în paharul A, astfel încât un capăt este prins de marginea paharului cu un

cârlig (sau agrafă de birou);

6. Se lasă timp de o săptămână (7 zile) pe etajera / dulapul din laborator;

7. Dupa o săptămână, materialul se extrage din paharul A, se lasă 10 min. la uscat pe

hârtie de filtru, apoi se cântăreste, notându-se masa finală mf = ………g

8. Se calculează masa de material pierdut / depus cu formula:

m pierdut / depus = | mi – mf | (g);



107

9. Se repeta procedura de lucru pentru situația în care se utilizează o soluție apoasă de

bază organică (soluție 2% etilen glicol) – paharul notat cu B, pornind de la pasul 1.

10. Se măsoară caracteristicile fizico-chimice finale ale soluției bazice: pHf și ECf.




Tabel 2. Comportarea materialelor față de baze (organice și anorganice)

Soluție

apoasă de

bază

Caracterictici

fizico-chimice

INIȚIALE mi

(g)

mf

(g)

mmaterial pierdut

=|mf – mi|

(g)

Caracterictici

fizico-chimice

FINALE

Viteza de

coroziune

pHi ECi

(μS/cm) pHf

ECf

(μS/cm)

vcor

(g/m2h)

A

(5% de

NaOH)

B

(2% de

etilen

glicol)

Nota FL 5 = 7 p (efectuarea lucrării practice și a calculelor) + 3 p (rezolvarea celor două

probleme primite






108


Comportarea materialelor față de baze anorganice și organice

Data:

Nume si prenume student ___________________________________________

Comportarea materialului față de soluții apoase baze anorganice / organice

Cod material..................................................................

Bază

anorganică

..........................

Bază

organică

......................

5. 1. Caracteristicile fizico-chimice INIȚIALE

pHi


6. 2. Caracteristicile fizico-chimice FINALE

pHf


3. Masa inițială material (mi) g


5. Masa material pierdută/depusă (m pierdută/depusă) g


CONCLUZII: …………………………………………...........................................

…………………………………………………………………………....... (7 puncte)

Rezolvati cele două probleme primite ca si tema (3 puncte)



109


1. O bucată de staniu 98% este imersată timp de 7 zile într-o soluție apoasă 5% de

NaOH și care ajunge la o concentrație de 1% NaOH. Explicați de ce scade

concentrația soluției de NaOH ?

2. Un student, în timpul determinării comportării unui material față de baze, umple

cilindrul gradat cu 49,8 mL de KOH soluție 8%, dar notează în caietul de laborator


3. O bucată de sârmă de aluminiu este imersată timp de 5 zile într-o soluție de 2% NaOH

și care ajunge la 1%. Explicați de ce scade concentrația de NaOH.


cilindrul gradat cu 99,4 mL de NH4OH sol. 3%, dar notează în caietul de laborator


5. Un student, în timpul determinării comportării unui material față de baze utilizează

două esantioane de mase diferite: mi1 = 1,73 g și mi2 = 1,87 g. După 5 zile cele două

eșantioane cântaresc: mf1 = 1,34 g și mf2 = 1,47 g. Care este masa de material


6. O bucată de material este imersată timp de 3 zile într-o soluție apoasă de amoniac cu

pH inițial de 9,7 și care ajunge după cele 3 zile la un pH de 7,3. Explicați de ce

scade pH-ul soluției de bază.


cilindrul gradat cu 50,6 mL de bază, dar notează în caietul de laborator 50 mL.

Cum va afecta precizia determinării ? Explicați.


două esantioane de mase diferite: mi1 = 1,62 g și mi2 = 1,50 g. După 5 zile de



110



9. O bucată de material este imersată timp de 7 zile într-o soluție uzată de alcool

isopropilic de concentrație inițială de 7% și care ajunge în final la 3%. Explicați de

ce scade concentrația alcoolului.



eșantioane au masa: mf1 = 3,25 g și mf2 = 3,55 g. Care este masa de material








13. O bucată de sârmă de aluminiu este imersată timp de 5 zile într-o soluție de 5%

NaOH și care ajunge la 2,5%. Explicați de ce scade concentrația de NaOH.










111












isopropilic de concentrație inițială de 5% și care ajunge în final la 3%. Explicați de

ce scade concentrația alcoolului.






NaOH și care ajunge la o concentrație de 5,5% NaOH. Explicați de ce scade






NaOH și care ajunge la 2%. Explicați de ce scade concentrația de NaOH.



112












cilindrul gradat cu 48,6 mL de bază, dar notează în caietul de laborator 48,5 mL.





= 4,40 g. Care este masa de material pierdută și care este precizia determinării ?


isopropilic de concentrație inițială de 10% și care ajunge în final la 7%. Explicați

de ce scade concentrația alcoolului.







113




























114


isopropilic de concentrație inițială de 4,5% și care ajunge în final la 3%. Explicați


























115









isopropilic de concentrație inițială de 10% și care ajunge în final la 8,3%. Explicați






51. O bucată de staniu 98% este imersată timp de 7 zile într-o soluție apoasă 4,8% de






53. O bucată de sârmă de aluminiu este imersată timp de 5 zile într-o soluție de 7,5%

NaOH și care ajunge la 5,5%. Explicați de ce scade concentrația de NaOH.






116
















isopropilic de concentrație inițială de 5,5% și care ajunge în final la 3%. Explicați








117

3.6. Recuperarea metalelor nobile (cupru)

din ape industriale uzate ( L6 )


Sistemul neutru din punct de vedere electric la interfaţa metal/soluţie de electrolit

(soluţia unei săruri solubile a metalului utilizat), se numește electrod. La interfața dintre

metal şi electrolit apare o diferenţă de potenţial care se numeşte potenţial de electrod (ε).

Acest potenţial depinde de mai mulţi factori: natura metalului; natura soluţiei de

electrolit și de concentraţia soluţiei de electrolit.

În funcţie de reacţiile care se petrec la electrozi aceştia se pot clasifica în:

- electrozi reversibili;

- electrozi ireversibili.

Electrozii reversibili sunt caracterizaţi de reacţii de echilibru la interfaţa metal /

soluţie de electrolit (soluţia unei săruri solubile a metalului utilizat).

Apariţia potenţialului de electrod (de echilibru) se explică prin tendinţa spontană a

metalelor de a transmite ioni în soluţie şi a ionilor metalici din soluţie de a se depune pe

metal. Metalele care trimit ioni pozitivi în soluţie se încarcă negativ, iar cele pe care se

depun ionii metalici pozitivi din soluţie se încarcă pozitiv. Acest principiu face ca în

lipsa unui curent electric furnizat de o sursă de curent externă metalul să se depună

pe electrod.

La cei doi electrozi au loc semireacţii de oxidare sau reducere, adică cu transfer de

electroni. Fiecare metal este caracterizat de un anumit potenţial de descărcare la

electrod, care se numeşte potenţial redox standard. Mărimea acestuia este o măsură a

tendinţei de reducere a ionilor metalici (deci a capacităţii de a fi oxidant).



118

Dacă se ordonează metalele în funcţie de acest potenţial de reducere (redox) se

obţine seria activităţii chimice sau seria Volta- Beketov.

Seria de activitate constituie o clasificare a metalelor după capacitatea lor de a

deplasa ionul unui alt metal din soluţie.

Fiecare dintre ionii metalelor situaţi în stânga metalului considerat din această

serie poate fi dezlocuit în soluţie de metalul considerat.

Deşi nu este metal, hidrogenul apare în această serie drept etalon, pentru abilitatea

hidracizilor HX de a dizolva metalele situate în dreapta hidrogenului în serie.

In laborator, fiecare student din echipa de lucru va determina individual eficiența

de recuperare a unui metal nobil (Cu) din probe de ape industriale uzate de concentrație

inițială (C initial %) cunoscută.

Principiul metodei: electroliza internă și seria de activitate a metalelor.



119

Obiective:

1. Determinarea eficientei de recuperare a unui metal nobil (Cu) din probe

de ape industriale uzate ;

2. Precizie și acurateșe erori

3. Fișa de laborator ( FL 6 )



Balanța tehnică de precizie ( două zecimale) model …………………

Electrod de electroliză internă sârmă de alamă (pentru recuperarea Cu)


Pahare Berzelius de 150 - 200 cm3 sau pahare de unică folosință

Ape industriale uzate : pe bază de ioni de cupru : solutie 1 % CuSO4

solutie 3 % CuSO4

solutie 5 % CuSO4

solutie 7 % CuSO4


Notă: Fiecare student va folosi doar una din soluțiile cu concentrațiile următoare: 1%,

3%, 5% sau 7%.

Mod de lucru :

1. Se măsoară 75 cm3 soluție de apă industrială uzată de concentrație C inițială…… %

2. Se transvazează total soluția de apă industrială în paharul etichetat;

3. Se deschide balanța tehnică, model…………………………...................................



120

4. Se așează pe talerul balanței o bucată de sârmă de …...............; se notează masa ei cu

mi ;

5. Se așează sârma în pahar astfel încât un capăt este prins de marginea paharului cu un

cârlig (sau agrafă de birou);

6. Se lasă timp de o săptămână (7 zile) pe etajeră / dulapul din laborator;

7. Dupa o săptămână, sârma se extrage din pahar, se lasă 10 min. la uscat pe hârtie de

filtru, apoi se cântăreste, notându-se masa finală: mf ;

8. Se calculează masa de metal nobil depus cu formula:

mmetal depus = mf – mi ;

9. Se calculează cantitatea de material (metal nobil depus), după o săptămână (7 zile)

de electroliză internă și concentrația finală a soluției de apă industrială, Cfinală %.

Ci (%) = (mdi / ms) × 100

Cf (%) = (mdf / ms) × 100

unde: mdi= masa inițială de substanță dizolvată (CuSO4) (g)

ms = masa soluției (g)

mdf= masa finală de substanță dizolvată ( se va calcula în funcție de mdi și de

mmetal depus (g)

Exemplu de calcul pentru o concentrație inițială de 10% CuSO4 și 2,25 g de Cu depus

Date cunoscute:

mi (masa inițială de material)

mf (masa finală de material)

mCu depus= 2,25 g (presupunere)

ci (concentrația inițială) = 10% CuSO4

ρs=1,1070 g/cm3 pentru o soluție de 10% CuSO4



121

Vs=100 mL soluție de 10% CuSO4

Se cere calcularea concentrației finale (cf de CuSO4)

Rezolvare:

Concentrația procentuală are următoarea formulă:

𝑐𝑖 =𝑚𝑑𝑖

𝑚𝑠𝑖∙ 100

unde:

- mdi este cantitatea de CuSO4 dizolvată la prepararea soluției de 10% CuSO4

- - msi este masa soluției de 10% CuSO4

Știind că densitatea soluției de CuSO4 are formula următoare:

𝜌𝑠 =𝑚𝑠𝑖𝑉𝑠

calculăm msi astfel:

𝜌𝑠 =𝑚𝑠𝑖𝑉𝑠

→ 𝑚𝑠𝑖 = 𝜌𝑠 ∙ 𝑉𝑠 = 110,70 𝑔

Din înlocuirea în formula concentrației procentuale obținem mdi:

𝑐𝑖 =𝑚𝑑𝑖

𝑚𝑠𝑖∙ 100 =

𝑚𝑑𝑖

𝜌𝑠 ∙ 𝑉𝑠→ 𝑚𝑑𝑖 =

𝑐𝑖 ∙ 𝜌𝑠 ∙ 𝑉𝑠100

= 11,07 𝑔

Ținând cont că soluția se prepară prin amestecarea unei anumite cantități de CuSO4 (în

acest caz mdi= 11,07 g) cu o anumită cantitate de apă (mapă inițială), putem calcula această

cantitate de apă utilizată, astfel:

𝑚𝑎𝑝ă 𝑖𝑛𝑖 ț𝑖𝑎𝑙ă = 𝑚𝑠𝑖 −𝑚𝑑𝑖 = 99,61 𝑔



122

Printr-un artificiu de calcul putem afla ce cantitate de CuSO4 s-a consumat pentru

depunerea a 2,25 g Cu, aplicând regula de trei simplă, astfel:

ACu = 63,54 …………………….…MCuSO4 = ACu+AS+4·AO = 111,6

2,25 (g) ………………………………..…mCuSO4 consumat (g CuSO4)

mCuSO 4 consumat g =MCuSO 4 · 2,25(g)

ACu= 3,951 g CuSO4consumat

(cantitate de substanță consumată din soluția inițială de CuSO4 pentru depunerea a 2,25g

de Cu),

unde:

ACu este masa atomică a cuprului = 63,54 (din Tabelul Periodic al Elementelor)

MCuSO4 se calculează ca fiind suma maselor atomice a elementelor din care este format

substanța astfel:

MCuSO4 = ACu+AS+4·AO = 111,6 ( AS=32,07 si AO=15,99 )

Acum se poate calcula masa de CuSO4 dizolvată în soluția finală mdf (cantitatea

de CuSO4 dizolvată existentă în soluția finală):

mdf = mdi − mCuSO 4 consumat = 7,119 g

Masa soluției finale msf se poate afla ca fiind suma dintre mdf și masa finală de

apă existent în soluția de CuSO4 mapă finală.(considerând că s-a evaporat 20% din apa

existent în soluție, într-un interval de 7 zile):

msf = mdf + mapă finală = 86,807 g



123

Din formula concentrației procentuale se calculează concentrația finală a soluției,

astfel:

𝑐𝑓 =𝑚𝑑𝑓

𝑚𝑠𝑓∙ 100 = 8,20 %

Se poate observa o scădere a concentrației finale față de concentrația inițială, datorată

depunerii a 2,25 de grame de Cu pe materialul supus electrolizei libere.


Tabel 1. Recuperarea metalelor nobile din ape uzate industriale

Soluție de

Cinițială (%) mi (g) mf (g)

mmetal depus =

mf – mi (g)

Soluție de

C finală %.

Se rezolvă două probleme primite ca si tema.

Nota FL 6 = 7 p (efectuarea lucrării practice și a calculelor) + 3 p (rezolvarea celor două

probleme primite)

(problema cu complexitate ușoară - 1 punct; problema cu complexitate medie 2 puncte)





124


Recuperarea metalelor nobile (CUPRU)

Data :

Nume și prenume student : _______________________________________________

Recuperarea Cu din ape industriale uzate de concentrație C inițială …….........%

1. Masa de electrod (sârmă) ( mi )g_______________________________________

2. Masa de electrod cu metal depus după o săptămână ( mf )g___________________

3. Masa de metal nobil depus ( mmetal nobil ) g _______________________________

4. Concentrația finală a apei uzate (Cfinală %) ______________________________

CONCLUZII:

………………………………………………………………………….........................

………………………………………………………………………….....( 7 puncte )

Rezolvați cele două probleme primite ca si tema ( 3 puncte )



125


1. O bucată de sârmă de alamă este imersată timp de 3 zile într-o soluție de apă

industrială uzată de argint de concentrație inițială de 2% CuSO4, care ajunge în

final la o concentrație de 1,2% CuSO4. Calculați masa de cupru depusă.

2. Un student, în timpul determinării recuperării unui metal nobil, umple cilindrul gradat

cu 49,7 mL de apă industrială uzată, dar notează în caietul de laborator 50 mL.



industrială uzată de cupru de concentrație inițială de 10% CuSO4, care ajunge în

final la o concentrație de 2% CuSO4. Calculați masa de cupru depusă.




5. Un student, în timpul determinării recuperării unui metal nobil, utilizează doi electrozi

de mase diferite: mi1 = 1,23g si mi2 = 1,41g. După 5 zile de electroliză internă pe cei

doi electrozi se depune metalul nobil, iar prin cântărire se obține: mf1 = 1,67 g și mf2

=1,86 g. Care este masa de metal nobil depusă și care este precizia determinării ?









126

8. Un student, în timpul determinării recuperării unui metal nobil, utilizează doi electrozi

de mase diferite: mi1 = 1,56g și mi2 = 1,31g. După 3 zile de electroliză internă pe cei

doi electrozi se depune metalul nobil, iar prin cântărire se obține: mf1 = 1,81 g și mf2

= 1,56 g. Care este masa de metal nobil depusă și care este precizia determinării ?



final la o concentrație de 2% CuSO4, Calculați masa de cupru depusă.

10. Un student, în timpul determinării recuperării unui metal nobil, utilizează doi

electrozi de mase diferite: mi1 = 2,15g și mi2 = 2,44g. După 7 zile de electroliză


= 2,67g și mf2 = 2,96g. Care este masa de metal nobil depusă și care este precizia

determinării ?




12. Un student, în timpul determinării recuperării unui metal nobil, umple cilindrul

gradat cu 39,7 mL de apă industrială uzată, dar notează în caietul de laborator 40










127


electrozi de mase diferite: mi1 = 2,23 g si mi2 = 2,41 g. După 5 zile de electroliză


= 2,66 g și mf2 = 2,87 g. Care este masa de metal nobil depusă și care este precizia

determinării ?








electrozi de mase diferite: mi1 = 3,55 g și mi2 = 3,38 g. După 3 zile de electroliză



determinării ?



final la o concentrație de 6,3% CuSO4, Calculați masa de cupru depusă.





determinării ?



128

















determinării ?


industrială uzată de cupru de concentrație inițială de 7,9% CuSO4, care ajunge în









129



determinării ?








determinării ?


industrială uzată de argint de concentrație inițială de 2,1% CuSO4, care ajunge în















130



determinării ?











determinării ?








determinării ?






131













= 10,67 g și mf2 = 10,86 g. Care este masa de metal nobil depusă și care este

precizia determinării ?










= 10,44 g și mf2 = 10,22 g. Care este masa de metal nobil depusă și care este

precizia determinării ?



132








determinării ?

















determinării ?



133











determinării ?



final la o concentrație de 4% CuSO4, Calculați masa de cupru depusă.





determinării ?



134

IV: Elaborarea unui eseu referitor la caracterizarea materialului

primit în cadrul lucrărilor de laborator și a comportamentului

acestuia în diverse medii studiate

Eseul va fi elaborat cu ajutorul rezultatelor obținute la lucrările de laborator. Va fi

redactat pe calculator, în Word, cu caractere Times New Roman de 12, la 1,5 rânduri.

Marginile paginii vor fi de 2,5 cm.

Eseul va avea între 5-10 pagini (minim 5 pagini) și structura unui articol științific

Indicațiile pentru redactare sunt următoarele:

Titlul eseului va fi scris cu Times New Roman caractere 14, Bold. Sub titlu se vor trece

Prenumele și numele autorului (Times New Roman caractere 12, Italic). Afilierea (în

acest caz Facultatea de Știința și Ingineria Mediului, adresa facultății, secția și grupa) va

fi trecută sub prenume și nume cu aceleași caractere. După titlu, prenume, nume și

afiliere urmează:

1. Abstractul (Rezumatul): reprezintă un rezumat a întregii lucrări. Nu conține

indici bibliografici. Conține o parte introductivă despre materialul primit (3-4

propoziții), urmată de câteva rezultate relevante obținute și o concluzie scurtă.

Abstractul nu poate avea o lungime mai mare de jumătate de pagină.

2. Cuvintele cheie: maxim 5 cuvinte cheie care să reflecte esențialul eseului

3. Introducerea: va conține obiectivul eseului și informații despre materialul folosit

la lucrările de laborator: compoziție, fabricare, istoric, etc.

4. Partea Experimentală: va conține informații despre metodele experimentale

folosite la caracterizarea și comportarea în diverse medii a materialului folosit.

5. Rezultate și discuții: în această secțiune se vor trece rezultatele obținute pentru

fiecare metodă folosită și se va discuta comportamentul materialului în diferitele

medii.



135

6. Concluziile: se vor formula concluziile finale desprinse în urma rezultatelor și

discuțiilor.

7. Bibliografie: indicii bibliografici se vor trece în ordinea alfabetică. Bibliografia

va conține cel puțin 5 indici bibliografici.

Exemplu pentru articole și cărți: Jun Kyu Lee, Woo Young Yoon,Bok Ki Kim, 2013,

Electrochemical Behaviors of Diamond-Like-Carbon-Coated Silicon Monoxide–

Graphite Composite Anode for Li-Ion Battery, Journal of Electrochemical Society,

Volume 160, Issue 9, Pages A1348-A1352.

Exemplu pentru informații luate de pe internet: Ceramic materials, Wikipedia, on-

line la: https://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_materials, accesat în data de 05/07/2013,

orele 11:16.

IMPORTANT! Citarea în text a bibliografiei se face în dreptul fiecărei propoziții sau

paragraf luat din sursa bibliografică și se exprimă într-o manieră proprie (adică nu se

preia exact cum este scris în sursa bibliografică).

Citarea se face astfel:

Exemplu : (Ionescu et al, 2007), dacă există mai mult de 2 autori

(Ionescu & Popescu, 2007) dacă există doar 2 autori

(Ionescu, 2007) dacă există un singur autor

(*Wikipedia, 2013) dacă informația a fost extrasă în 2013

ESEUL va fi listat față-verso, capsat și prezentat în folie, sau în folder de plastic și

semnat.

https://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_materials



136

V. BIBLIOGRAFIE

1. C. Rosu, 2007 : Indrumator de lucrari practice de chimia mediului, Ed.

Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca, p. 172.

2. C. Roşu, 2014 : Ştiinţa şi Ingineria Materialelor (elemente teoretice şi

aplicaţii practice), suport de curs, format electronic,

www.enviro.ubbcluj.ro, Cluj-Napoca, p. 200

3. H. Nascu, L. Marta, E.M. Pica, V. Popescu, M. Unguresan, L. Jantschi,

2002 : Chimie. Indrumator de lucrari practice, Ed. U.T.Pres, Cluj-

Napoca, p.250

4. H. Nascu, V. Popescu, L. Bolundut, 2008 : Chimie. Indrumator de

lucrari practice, Ed. U.T.Pres, Cluj-Napoca, p.200

5. N. Popescu, 1977 : Studiul materialelor, Ed. Didactica si Pedagogica,

Cluj-Napoca, p. 196.

http://www.enviro.ubbcluj.ro/



137

VI. ANEXE

Anexa 1. Concentrația soluțiilor apoase de CuSO4, în funcție de densitate la 20°C

Concentrația Densitatea (g/cm3)

0,50 1,0033

1,00 1,0085

1,50 1,0137

2,00 1,0190

2,50 1,0243

3,00 1,0296

3,50 1,0349

4,00 1,0403

4,50 1,0457

5,00 1,0511

5,50 1,0565

6,00 1,0620

6,50 1,0675

7,00 1,0730

7,50 1,0786

8,00 1,0842

8,50 1,0898

9,00 1,0955

9,50 1,1012

10,00 1,1070

11,00 1,1186

12,00 1,1304

13,00 1,1424

14,00 1,1545

15,00 1,1669

16,00 1,1796

17,00 1,1926

18,00 1,2059



138



139

Anexa 2. Tabelul periodic al elementelor(A și Z)

Numărul atomic Z

Sursa: http://www.eutopedia.info/page.php?flid=626261&otherLevel=811646

Numărul de masă A

Sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Periodic_table_discovery_periods.png

http://www.eutopedia.info/page.php?flid=626261&otherLevel=811646

http://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Periodic_table_discovery_periods.png



140

Anexa 3.

Electronegativitatea elementelor

Denumirea elementului

chimic

Simbolul

elementului

chimic

Electronegativitatea

HIDROGEN H 2,2

LITIU Li 1,0

BERILIU Be 1,5

BOR B 2,0

CARBON C 2,5

AZOT N 3,0

OXIGEN O 3,5

FLUOR F 4,0

SODIU Na 0,9

MAGNEZIU Mg 1,2

ALUMINIU Al 1,5

SILICIU Si 1,8

FOSFOR P 2,1

SULF S 2,5

CLOR Cl 3,0

POTASIU K 0,8

CALCIU Ca 1,0

SCANDIU Sc 1,3

TITAN Ti 1,5

VANADIU V 1,6

CROM Cr 1,5

MANGAN Mn 1,5

FIER Fe 1,8

COBALT Co 1,9

NICHEL Ni 1,8

CUPRU Cu 1,9

ZINC Zn 1,8

GALIU Ga 1,6

GERMANIU Ge 1,8

ARSEN As 2,0



141

SELENIU Se 2,4

BROM Br 2,8

RUBIDIU Rb 0,8

STRONȚIU Sr 1,0

YTRIU Y 1,9

ZIRCONIU Zr 1,4

NIOBIU Nb 1,6

MOLIBDEN Mo 1,8

TECHNEȚIU Tc 1,9

RUTENIU Ru 2,2

RHODIU Rh 2,2

PALADIU Pd 2,2

ARGINT Ag 1,9

CADMIU Cd 1,7

INDIU In 1,7

STANIU Sn 1,8

STIBIU Sb 1,9

TELUR Te 2,1

IOD I 2,5

CESIU Cs 0,7

BARIU Ba 0,9

FRANCIU Fr 0,7

RADIU Ra 0,9

HAFNIU Hf 1,3

TANTAL Ta 1,5

WOLFRAM W 1,7

RENIU Re 1,9

OSMIU Os 2,2

IRIDIU Ir 2,2

PLATINĂ Pt 2,2

AUR Au 2,4

MERCUR Hg 1,9

TALIU Tl 1,8

PLUMB Pb 1,9

BISMUT Bi 1,9

POLONIU Po 2,0

ASTATIN At 2,2



142

Anexa 4 : Retele cristaline pentru elementele din tabelul periodic



143

Anexa 5 : Electronegativitatea elementelor (L. Pauling)



144

Anexa 6 : Razele atomice ale elementelor



145

Anexa 7 : Configuratia electronica a ultimului strat pentru elemente



146

Anexa 8 : Densitatea elementelor ( g/cm3 )



147

Anexa 9 : Duritatea (de tip Mohs) pentru metale



148

Anexa 10 : Volumul corpurilor geometrice

Piramida

Volumul piramidei:

𝑽 =𝑨 ∙ 𝒉

𝟑

Trunchiul de piramidă

Volumul trunchiului de piramidă:

𝑽 =𝒉

𝟑∙ (𝑨 + 𝒂 + 𝑨 ∙ 𝒂 )



149

Con

Volumul conului:

𝑽 =𝝅 ∙ 𝒉

𝟑∙ (𝑹𝟐 + 𝒓𝟐)

Trunchiul de con

Volumul trunchiului de con

𝑽 =𝝅 ∙ 𝒉

𝟑∙ (𝑹𝟐 + 𝒓𝟐 + 𝑹 ∙ 𝒓)

http://ro.wikipedia.org/wiki/Con



150

Cilindru

Volumul cilindrului:

𝑽 = π ∙ 𝒓𝟐 ∙ 𝒉

Paralelipiped

Volumul paralelipipedului

𝑽 = 𝑳 ∙ 𝒍 ∙ 𝒉



151

Sfera

Volumul sferei

𝑽 =𝟒 ∙ 𝝅 ∙ 𝒓𝟑

𝟑

unde:

V=volumul

A=aria bazei mari; a=aria bazei mici

h=înălțimea (sau distanța între cele două baze)

r=raza

L=lungimea

l=lățimea

Sursa: http://www.mateonline.net/geometrie.htm

http://www.mateonline.net/geometrie.htm

Documents

ȘTIINȚA ȘI INGINERIA MATERIALELOR ÎNDRUMĂTORenviro.ubbcluj.ro/studenti/cursuri suport/Curs-Cristina Rosu.pdf · Calcule de elongație și duritate de tip Brinell pentru diverse