鉄鋼材料について

・欠陥
・転位
・ひずみ

の意味と違いをざっくりでよいので教えてください!

A 回答 (2件)

欠陥(格子欠陥)


点欠陥:原子間の空孔、異種原子、格子間原子、電荷の過不足がある原子。
線欠陥:転位 らせん転移と刃状転移がある、更にこの2種が混合している混合転位がある。
面欠陥:結晶粒界、双晶面、結晶表面も含まれる。

欠陥(材料強度)
ボイド:溶鋼から凝固時に生じる。
気孔:凝固時に空気やガスを巻き込んで生じる。
ボイドと気孔は似ているようで違うが、鉄鋼の製造現場的には区別することもあるししないこともある。
き裂:生じる原因は多数ある、熱応力や相変態により材料の内部応力の差で生じることがある。製品となった後も繰り返し荷重で何らかの起点からき裂が生じることもある。
介在物:不作為で生じた金属間化合物の介在物はき裂の原因となることがある。
偏析:凝固時に生じる合金成分の偏り、材料が不均一となり材料特性のばらつきの原因となる。また偏析を利用することも希にある。

ひずみ(strain)
材料が応力(sress)を受けた時、変形する尺度。初期状態に対する長さ変化で評価することが多い。
引っ張り試験を行うと応力-ひずみ曲線が得られ、鉄鋼材料では降伏点が現れる事が多い。

転位(disrocation)
結晶に含まれる線欠陥。
結晶の強度(変形特性)が理論値よりも低い応力で変形する(永久ひずみが残る)ことから、オロワンらにより考えられ、その後確かめられた。
転位の動きは学生の時に授業でビデオで観た記憶があります。
転位が動くことで金属材料は変形する。高強度化を行うことは転位を動きにくくすること。
結晶組織に析出物を析出させる、結晶格子内に異種原子をいれ格子を歪ませる等、高強度化の手法がある。
転位が極端に少ないものとしてウィスカーがあり、理論値に近い強度があるが鉄鋼では実現していないと思います。

ちょっと昔を思い出して書いてみました。古い知識なので現在では足りない部分もあると思います。
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この回答へのお礼

本当に丁寧に細かくありがとうございます!イメージが持てました!

お礼日時:2017/07/17 23:03

応力(stress)の間違いですね。


”人間がストレスを受ける”と言うのは良いと思うのですが、
”ストレス状態に陥る””ストレスが溜まる”と言うのは、材料強度的には応力stressとひずみstrainの意味がごっちゃになっている?、
と学生時代からの疑問ですね。
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また、駿台の解答にしても「プラスチック」と書いてある時点で好ましくないです。NaOHの保管に向いていないプラスチックはいくつもあります。
それと大学入試であれば、1の知識まで求められることはないと思います。高校では習わないからです。その一方で、ガラス『栓』がガラス『瓶』の口に固着するからダメであるというのは、中学校か、もしかすると小学校でも習うようなことかもしれません。なので、大学入試で答えるのであれば2で答えるのが適当だと思います。1を答えること自体は悪くないですか、2を答えなければ正解にはなりません。入試で求められているのは1ではなく2ですから。
それと、「プラスチックの容器に保存すべきである。」ではなく、#3にもありますし、#1でも書きましたように「ガラス瓶+ゴム栓はOKです」という認識での解答が求められていると思います。現に、あなたの高校の理科室の水酸化ナトリウム水溶液の容器も、ガラス瓶+ゴム栓になっているはずです。駿台の解答にしても「「Na2CO3が固着して栓が外れなくなるため」までは良いのですが、それ以下が適切とは思えません。

いずれにせよ、大学入試は基本的に高校までに習うことから出題されますし、習わない知識を求められることはありません。なので、実際のところを確認したいのであれば水酸化ナトリウムを使う実験とかの記述とか図とかを調べればわかりそうなものです。受験生が高校で習わないことにまで気を回すのは無駄が多いです。教科書は受験におけるルールブックですので、必要なことは全て書いてありますし、それに従うのは当然のことです。

それと、固体の水酸化ナトリウムであれば話が違ってきます。上で述べたのは水溶液の話です。固体はポリエチレンかポリプロピレンの瓶に入った状態で市販されることが多く、その瓶で保管します。

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http://www.saga-ed.jp/kenkyu/kenkyu_kiyo/image/05yakuhin.pdf

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よろしくお願いします

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他の14族元素と炭素の電気陰性度は、
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ケイ素Si 1.90
ゲルマニウムGe 2.01
錫Sn 1.96
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これに対して水素の電気陰性度は、
水素H 2.20
です。

14族では、炭素と鉛が水素よりも電気陰性度が大きく、水素化物、炭素ならメタンCH4では、
水素から電子を炭素に引きつけてくることができるので、-4の酸化数を取ることができます。
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14族の元素の中では、炭素が結合している水素から電子を取ることができるので、”-4から4までの酸化数を取ることが出来る”、という記述をしたのだと考えます。
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Q以前平衡定数について質問した際に平衡定数は無次元の定数であり、単位はないと教えていただきたのですが、

以前平衡定数について質問した際に平衡定数は無次元の定数であり、単位はないと教えていただきたのですが、先日、化学の模試を受けてその問題の中に電離定数の問題でよくわからない表記がありましたので質問させていただきます

画像におけるK2に関する式は単位が付いていますがこれは間違いと思っていいのでしょうか?

よろしくお願いします

Aベストアンサー

平衡定数の厳密解はでは、Kは無次元だと思いますよ。
1、質量作用の法則、平衡定数の発見
  1863年GuldbergとWaageが A+B ⇄ C+Dという反応において
  各物質の濃度を[A][B][C][D]とすると右向きの反応の速度は
  Vf=k1[A][B] 左向きの反応速度はVr=k2[C][D] となり
  平衡では両者の速度が等しいので
  Vf=Vr  からk1[A][B] =k2[C][D] であり、
  [C][D]/[A][B]=k1/k2=Kとし、 さらに一般化した。
  つまり、化学反応式の係数は、反応速度式の乗数と常に等しい
  とし、k1/k2=K は、常に成立すると考えた。
2、この考え方の限界
 ①化学反応式 A+B ⇄ C+D とした場合
  右向きの反応速度が必ず k1[A][B] になるとは限らない。

  反応速度式の形(乗数)は、化学反応式(量論式)の係数から一義的に決まるのではなく
  実測で求めるものである。
  *「反応速度式の形(乗数)は、化学反応式(量論式)の係数から
   一義的に決まり、k1/k2=K が常に成立するから、質量作用の法則が成立すると
   いう理由説明は、現在では採用されません。

3、質量作用の法則の発展
  その後、平衡定数Kが熱力学的な研究から厳密に定義された。
  化学ポテンシャル、標準生成自由エネルギー、自由エネルギーの概念の導入
  理想気体、理想溶液から実在気体、実在溶液への拡張のための
  フガシティー、活量の導入 などが寄与したと思います。

平衡定数は -ΔG°=RTlnK (ΔG°は、ギブスの標準反応自由エネルギー変化)で定義されています。
対数関数ですからKは無次元となります。
つまり、ΔG°の単位は、 J/mol  Rの単位は、 J/mol・K  Tの単位は、 K であり、
Kは無次元ということで、上式の左右の単位は合っています。

この熱力学的な定義により、Kは無次元であると No.3さんが答えられています。

この熱力学的な検討により、化学反応式の係数が平衡定数Kにおける各成分の乗数になることが
証明され、質量作用の法則が成立することが確かめられました。

つまり、k1/k2=K は、常に成立するわけではないが、常に化学反応式の係数が平衡定数Kにおける
各成分の乗数になるということです。

熱力学的な誘導式からのKは無次元です。
 今回の事例 {K=[C][D]/[A][B]} では、たまたま各成分の濃度に関する単位が約分され、無次元になります。
しかしながら、化学反応式の係数によっては、各成分の[ ]内が濃度として、例えばmol/Lの単位をつけると
 単位が約分されずにKに単位が生じてしまいます。

 熱力学的な厳密解ではKが無次元ならば、化学反応式の係数によってはKに単位が生じてしまう問題を
どのように考えれば良いのか?

色々な説明方法があり、数学的に詳しく証明される方もお見えだと思います。

しかし、厳密解における[ ]内の項目が単位を持った濃度ではなく、無次元の項目
(実際は 活量)だとすれば、化学反応式の係数がいかようでも、Kが無次元になって
問題がなくなります。

実際に、熱力学的な発展の中で、Kにおける各成分の項目は、厳密には濃度ではなく活量です。

低濃度の場合、活量と濃度はほとんど同じ数値になるので、近似的に活量の代わりに
濃度を用いることは、通常よく行われます。
あくまで、近似的ですが、活量の代わりに濃度そのものを代入するとKに単位が生じます。

反応速度式(k1、 k2)では通常、濃度をそのまま使います。
平衡定数Kは、厳密には活量であって、濃度ではない。近似的に濃度を使う場合が多いということです。

濃度と活量は、低濃度ならばほぼ同じであるが、高濃度になると差が開いてくる。
濃度によって変化してしまうのです。

どの位、濃度と活量に差が生じるのか? pHの場合の計算事例があります。
リン酸 のpH
モル濃度(mol/L)    活量計算 でのpH      濃度計算でのpH
   0.001        3.04            3.05
   0.01        2.23            2.25
    0.1         1.57            1.63
    0.5         1.16             1.25

  濃度が高くなるほど、差が開くことがわかります。

  質量作用の法則に基づいて
  A ⇄ B+C という平衡反応において
    K= [B][C]/[A]     となります。
このKは、熱力学的に化学ポテンシャルや自由エネルギーの概念から
誘導されたK (つまり、無次元)なのか?
各成分項目に 濃度を代入して、単位を持つKなのか?

 本来は、熱力学によって無次元項として誘導されたKだと思いますよ。
そして、それに近似として、濃度を使う。
また、多くの場合(特に低濃度の場合)、その近似は成立して
問題を起こさない。


蛇足 ;wikiの平衡定数の項目では、No.2(No.5)さんが示された
IUPACのページを引用して、
>平衡定数(へいこうていすう、英: equilibrium constant[1])は、化学反応の平衡状態を、
>物質の存在比で表したもの[2]。

存在比なので、無次元と言い切っていますね。

ただし、wikiから引用すると、日本語のwikiは、間違えだらけで信用できないと
しかられるので、あくまで蛇足です。

質問者さんが示された平衡定数は、本来は無次元項だと思います。
しかしながら、No.2(No.5)さんが示されたように、平衡定数には
色々な種類があり、近似的に濃度を代入した平衡定数も世の中では用いられている。

近似的に濃度の数値だけを用いて、単位は無次元という方が正しいように思いますが、
単位をつけて表示されることが慣例として行われているということだと思います。

質量作用の法則の出発点の影響でしょうか?

平衡定数の厳密解はでは、Kは無次元だと思いますよ。
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  Vf=k1[A][B] 左向きの反応速度はVr=k2[C][D] となり
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QCとCOの還元作用について質問です。 CとCOはFeの精錬のときなど、高温時に還元作用があるものと認

CとCOの還元作用について質問です。

CとCOはFeの精錬のときなど、高温時に還元作用があるものと認識しているのですが、これはあってるでしょうか?それとも常温時でも還元作用があるのでしょうか?

また、それぞれの半反応式ってどうなりますか?
自分で調べたりしたところ、

Cについて、
①C+2O(2-)→CO2+4e(-)
②C+O2→CO2

COについて、
③CO+O(2-)→CO2+2e(-)
④CO+1/2O2→CO2
⑤2CO→C+CO2

のようにいくつか出てきました。
そもそも②④⑤は確かに酸化数は変わっていますが、電子を出していないので半反応式として違和感がありました。

普通に考えるなら、
⑥C+2H2O→CO2+4H(+)+4e(-)
⑦CO+H2O→CO2+2H(+)+2e(-)
のようになりそうですが、CとCOの還元作用を水のあるところで行なっているイメージがないので、正しいのか疑問でした。

おそらく高温条件によって、O(2-)が存在しているのかなと思うのですが………


いっぺんに質問して申し訳ありませんが、どれか一つでもわかるものがあれば情報を与えていただけると幸いです!

CとCOの還元作用について質問です。

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①C+2O(2-)→CO2+4e(-)
②C+O2→CO2

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③CO+O(2-)→CO2+2e(-)
④CO+1/2O2→CO2
⑤2CO→C+CO2

のようにいくつか出てきました。
そもそも②④⑤は確かに酸化数は変わっていますが、電子を出していないので半反...続きを読む

Aベストアンサー

>CとCOはFeの精錬のときなど、高温時に還元作用があるものと認識
というのは合っています。
ただ、確かに製鋼で鉄鉱石や砂鉄から鉄を取り出すのは、酸化した鉄の還元反応なのですが、
冶金的には上記のような反応式やそれぞれの半反応式等の考え方はしないです。
例えば高炉なら、あくまで鉄と還元剤として働く一酸化炭素COとの反応として捉えて議論されます。
酸化還元反応では電子の授受が重要なことは判っているのですが、電子の授受は問題にせずにスラグや一酸化炭素との反応のみが問題とされます。

高炉での還元剤はCOですが、たたら製鉄ではCが還元剤となります。
たたら製鉄でも電子の授受を議論の中心に据えることはしません。

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1つのCーH結合ならば、その1/4となる訳ですね。
つまり、CH4(気)+z(kJ)=C(気)+4H(気)のZの値が知りたいのです。
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上と同じように④式に①式と②式を代入すれば求まります。
このYの値は、CーC結合を2本、CーH結合を8本切るための値です。
C-Hは、メタンの値を用いて8倍を引けば、残りは2本のC-C結合を切るためですから
その1/2が求めたい数値ですね。

メタン中のC-H結合エネルギーを知りたいわけですから、
メタン(CH4)を原子状のCと4つの水素原子に分解させるのに
必要なエネルギーを求める必要があります。
そのエネルギーが分かれば、4つのC-Hを切るわけですから、
1つのCーH結合ならば、その1/4となる訳ですね。
つまり、CH4(気)+z(kJ)=C(気)+4H(気)のZの値が知りたいのです。
③式に①式と②式を代入すると
C(気)-715kJ+2(2H(気)-437kJ)=CH4(気)+75kJ  となります。
よって、
C(気)+4H(気)=CH4(気)+75kJ +715kJ+2×437kJ
C(気)...続きを読む


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