Stopy metali

1. Co to są stopy metali?

Polska nazwa „stop” pochodzi od najstarszej ze znanych metod jego otrzymywania w odpowiednich procesach hutniczych. Polegała na stapianiu ze sobą odpowiednich pierwiastków chemicznych (głównie metali), a następnie schładzaniu otrzymanej masy. Obecnie są już i inne sposoby otrzymywania stopów, ale nazwa omawianego materiału nie uległa zmianie.

Stop metalistopStop metali to materiał utworzony przez połączenie metalu z innym pierwiastkiem (bądź pierwiastkami), zwykle metalem. Możesz spotkać się również ze stwierdzeniem, że stop metali to tworzywo o właściwościach metalicznych.

W skład stopu mogą wchodzić nie tylko metale, ale także niemetale (najczęściej węgiel). W przypadku, gdy stop ma zostać wytworzony z metalu (bądź metali) i niemetalu (bądź niemetali), dany metal musi w tym stopie stanowić zdecydowaną większość (musi być jego głównym składnikiem).

W większości znanych stopów jesteśmy w stanie wskazać ich składnik główny – jest nim metal, którego zawartość procentowa (w procentach masowych) jest największa. Pozostałe pierwiastki chemiczne, które wchodzą w skład stopu, nazywane są dodatkami stopowymi.

W poniższej galerii zdjęć opisano pokrótce skład oraz wybrane zastosowania niektórych z wykorzystywanych w życiu codziennym stopów. Zapoznaj się z nimi, za pomocą strzałek umieszczonych po bokach grafiki, a następnie wykonaj polecenie $1$.

R18uoJ8Xj4Zim

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę, w górnej części opisaną: Nazwa stopu: brąz. W ramce ukazano zdjęcie dwóch monet wykonanych z brązu. Zamieszczony z ich prawej strony tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): miedź $90$ procent, cyna $10$ procent. Zastosowanie: do wytwarzania blach, prętów, drutów, rur oraz odlewania pomników, dzwonów, medali i przedmiotów użytkowych.

R1216RDJCrRgn

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę opisaną u góry: Nazwa stopu: mosiądz. Wewnątrz ukazano zdjęcie dwóch odważników. Zamieszczony z ich prawej strony tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): miedź $70$ procent, cynk $30$ procent. Zastosowanie: do wytwarzania armatury, śrub okrętowych, amunicji, okuć budowlanych (w szczególności klamek), elementów maszyn, samochodów, okrętów; ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych. Zwróć uwagę, że mosiądz to stop imitujący wyglądem złoto.

R1IyxpzAWFRz2

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę, u góry opisaną: Nazwa stopu: stal. Wewnątrz ukazano zdjęcie srebrnego garnka z dwoma uchwytami i pokrywką, stojącego na płycie kuchennej. Zamieszczony z jego prawej strony tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): żelazo $70$ procent, węgiel od dwóch do czterech procent oraz chrom, nikiel i inne. Zastosowanie: do wytwarzania cystern mleczarskich, narzędzi chirurgicznych, sztućców, naczyń i garnków, okuć żeglarskich, części silników w samolotach i rakietach, wind, klimatyzatorów, pieców żaroodpornych i balustrad.

RwJNqnOt99XT9

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę, u góry opisaną: Nazwa stopu: żeliwo. Wewnątrz ukazano zdjęcie czarnego kominka z drzwiczkami, wypełnionego węglem. Zamieszczony z jego prawej strony tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): żelazo $96$ procent, węgiel cztery procent (czasem z dodatkiem krzemu, manganu, fosforu lub siarki). Zastosowanie: do wytwarzania schodów, balkonów, ogrodzeń, bram, kominków, grzejników, lamp, mebli ogrodowych.

R1MmKhNEno8JF

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę, u góry opisaną: Nazwa stopu: stop Wooda. Wewnątrz ukazano zdjęcie odłamków stopu lutowniczego w probówce. Zamieszczony obok tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): bizmut $50$ procent, ołów $25$ procent, cyna $\mathrm{12,5}$ procent i kadm $\mathrm{12,5}$ procent. Zastosowanie: w jubilerstwie do lutowania, w bezpiecznikach przeciwpożarowych, jako element topikowy, którego stopienie przerywa obwód elektryczny i uruchamia alarm, jako materiał osłon zabezpieczających przed promieniowaniem rentgenowskim.

RIBoGBysy6OET

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę, u góry opisaną: Nazwa stopu: duraluminium. Wewnątrz ukazano zdjęcie lecącego nad chmurami pasażerskiego samolotu odrzutowego. Zamieszczony obok tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): glin $96$ procent oraz miedź, magnez, krzem lub żelazo. Zastosowanie: do wytwarzania elementów konstrukcji rowerów, samochodów, samolotów i statków kosmicznych, puszek do napojów.

RObjaUk0pCUbv

Ilustracja przedstawia niebieską ramkę, u góry opisaną: Nazwa stopu: miedzionikiel. Wewnątrz ukazano zdjęcie dwóch monet wykonanych z miedzioniklu. Zamieszczony obok tekst głosi: Skład stopu (średnie wartości): miedź $85$ procent, nikiel $15$ procent. Zastosowanie: do wyrobu monet; produkcja prętów, blach i rur.

Indeks górny Przybliżony skład procentowy (w procentach masowych) oraz wybrane zastosowania niektórych ze stopów metali Indeks górny koniec^{Przybliżony skład procentowy (w procentach masowych) oraz wybrane zastosowania niektórych ze stopów metali}

Żelazo, dzięki swoim właściwościom, jest jednym z najbardziej użytecznych metali. Jednak ze względu na to, że jego czysta odmiana łatwiej ulega procesom korozji, częściej wykorzystuje się jego stopy. Jest między innymi głównym składnikiem powszechnie stosowanej stalistalstali, którą otrzymuje się z surówki (wytwarzanej w wielkim piecu z rudy żelaza) oraz którą uszlachetnia się metalami – manganem, niklem czy chromem. Stop ten jest wykorzystywany głównie w konstrukcji mostów, drapaczy chmur, statków, platform morskich, samochodów, pociągów, pokryć dachów czy w produkcji puszek do konserw. Do wytwarzania elementów konstrukcji samolotów bądź puszek do napojów używany jest inny stop – duraluminiumduraluminiumduraluminium. Jego głównym składnikiem jest glin.

Ciekawostka

Stop w kolorze rdzy Stop ten otrzymano po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych w czasie wielkiego kryzysu ($\text{1929–1933}$). Jest to materiał ceniony ze względu na szczególne właściwości, dzięki którym nie wymaga częstej konserwacji. Corten (czyt. korten), czyli gatunek stali, został opatentowany w $1933 \text{r}.$ Nazwa materiału powstała z określenia jego właściwości corrosion resistant (czyt. korożion resistant), co oznacza „odporny na korozję”, i high tensile strength (czyt. haj tensajl strent), czyli „wytrzymały na rozciąganie”. Do jego produkcji użyto między innymi chromu, miedzi, krzemu i fosforu. Pod wpływem czynników atmosferycznych, pokrywa się on cienką powłoką ochronną o brązowej barwie, przypominającą rdzę, co sprawia, że opisana stal nie ulega korozji, jest wytrzymała i odporna na naprężenia.

Obecnie ze stali kortenowskiej wykonuje się ogrodzenia, elewacje budynków oraz różnego rodzaju rzeźby i elementy dekoracyjne.

Rmopl2sIQu0eq

Zdjęcie przedstawia budynek biurowy o nieregularnym kształcie, wyglądający jak powstały z ułożenia wielkich pudeł jednego na drugim, w nie do końca równą, wysoką kolumnę. Fasada budynku ma ognistorudy kolor, mocno kontrastujący z niebieskim niebem w tle.

Dla zainteresowanych

Przeanalizuj poniższą oś czasu, na której uwzględniono trzy z epok. Na podstawie wiadomości zdobytych na lekcjach historii oraz korzystając z dostępnych źródeł informacji (np. internetu, encyklopedii lub czasopism naukowych), sporządź krótką notatkę na temat wykorzystywanych w tych epokach metali oraz ich stopów. Wymień nazwy przedmiotów, jakie można znaleźć z uwzględnionych w Twojej notatce metali lub ich stopów, charakterystycznych dla danej epoki.

RoaMBgQwam6pc

Ilustracja przedstawia przykłady wyrobów z trzech historycznych epok wyróżnianych w dziejach człowieka: epoki kamienia, epoki brązu i epoki żelaza. Pierwszy od lewej strony blok zdjęć wyróżniony zielonym tłem, podpisany: epoka kamienia zawiera sześć zdjęć. Przedstawiają one gładkie kamienne szydło lub naszyjnik, oglądane z daleka Stonehenge, ciosany kamienny grot strzały lub oszczepu, oglądany z daleka kurhan, nóż z kryształowym ostrzem oraz fragment malowideł naskalnych z jaskini Lascaux w Akwitanii. Drugi blok zdjęć wyróżniony pomarańczowym tłem i podpisany: epoka brązu zawiera pięć zdjęć przedstawiających przedmioty muzealne: miecz, tarczę, naszyjnik lub bransoletę i dwie misy. Trzeci blok zdjęć wyróżniony turkusowym tłem i podpisany: epoka żelaza zawiera pięć zdjęć przedstawiających przedmioty muzealne i z wykopalisk: obcęgi, łopatę, zdobiony grzebień, zdobioną misę i naszyjnik.

2. Jak się otrzymuje stopy metali i jakie są ich właściwości?

Jak już wspomniano, jedną z metod otrzymywania stopów jest stapianie odpowiedniego metalu z innymi pierwiastkami chemicznymi (głównie innymi metalami, ale często również niemetalami), a następnie chłodzenie otrzymanej masy.

Jak myślisz, w jakim celu produkuje się stopy? Czy różnią się właściwościami od czystych metali? Próbując odpowiedzieć na to pytanie, zapoznaj się z poniższym materiałem filmowym, w którym zaprezentowano otrzymywanie tak zwanego stopu Wooda.

R1eOYcFwv7QAI

Film pod tytułem "Laboratoryjne otrzymywanie stopu Wooda"

Film pod tytułem "Laboratoryjne otrzymywanie stopu Wooda"

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1eOYcFwv7QAI

Film pod tytułem "Laboratoryjne otrzymywanie stopu Wooda"

W wyniku stopienia dwóch lub większej liczby różnych metali (a często również metali i niemetali) otrzymuje się tworzywa zwane stopami. Zarówno metale, jak i otrzymane z nich stopy, mają metaliczny połysk. Mogą różnić się barwą od metali, z których zostały wytworzone.

Porównywanie właściwości stopu z właściwościami jego składników

Doświadczenie 1

RH5yUmhy6275S

Uwaga: Doświadczenie wykonaj pod nadzorem osoby dorosłej, z zachowaniem wszelkich środków bezpieczeństwa. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, przeprowadź symulację obrazującą przebieg drugiej jego części. Symulacja znajduje się bezpośrednio pod instrukcją wykonania doświadczenia. Problem badawczy: Czy stopy mają takie same właściwości jak metale, z których zostały utworzone?. Hipoteza: Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją. Hipoteza 1: Stop ma takie same właściwości jak tworzące go metale. Hipoteza 2: Stop różni się właściwościami od tworzących go metali. (Wybierz: Hipoteza 1, Hipoteza 2). Co będzie potrzebne: Część I doświadczenia: metale: cyna, ołów, stop cyny z ołowiem (cyna do lutowania), krążek z blachy stalowej, palnik gazowy, okulary ochronne, tablice chemiczne. Część II doświadczenia: płytki wykonane z metali: cynku i miedzi, płytka wykonana z mosiądzu. Instrukcja: Część I doświadczenia: 1. Odczytaj w tablicach chemicznych następujące informacje w jakiej temperaturze topi się stop cyny z ołowiem (cyna do lutowania), jakie są temperatury topnienia czystych metali: cyny i ołowiu. 2. Na stalowy krążek o średnicy około 12 cm połóż w odpowiedniej odległości małe próbki cyny, ołowiu i ich stopu (cyny lutowniczej). 3. Środek krążka ogrzewaj płomieniem palnika i obserwuj zachodzące zmiany. Część II doświadczenia: 4. Porównaj twardość miedzi, cynku i mosiądzu. W tym celu: 5. Powierzchnię płytki mosiężnej spróbuj zarysować narożem płytki cynkowej i miedzianej. 6. Płytkę mosiężną spróbuj zarysować powierzchnię płytki cynkowej i miedzianej.

RInNjyzteFQ1u1

Twardość stopów

Twardość stopów

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Przeprowadzono doświadczenie chemiczne, które miało na celu zbadanie właściwości metali i ich stopów.

Problem badawczy:

Czy stopy mają takie same właściwości jak metale, z których zostały utworzone?

Hipoteza:

Stopy różnią się właściwościami od tworzących go metali.

Co było potrzebne:

• płytki wykonane z metali: cynku i miedzi,

• płytka wykonana z mosiądzu.

Przebieg doświadczenia:

Porównaj twardość miedzi, cynku i mosiądzu. W tym celu:

• powierzchnię płytki mosiężnej spróbuj zarysować narożem płytki cynkowej i miedzianej,

• płytką mosiężną spróbuj zarysować powierzchnię płytki cynkowej i miedzianej.

Obserwacje:

Obserwacja powierzchni miedzi, cynku i mosiądzu, w czasie prób zarysowywania pozwoliła ustalić, że płytka mosiężna zarysowuje płytkę cynkową i miedzianą. Jednak ani płytka miedziana, ani płytka wykonana z cynku nie zarysowują powierzchni płytki mosiężnej.

Wnioski:

Na podstawie prób zarysowania powierzchni płytek stwierdzono, że mosiądz (stop miedzi z cynkiem) charakteryzuje się większą twardością (odpornością na zarysowania) niż czyste metale – miedź i cynk.

Można zatem stwierdzić, że badany w doświadczeniu stop (mosiądz) charakteryzuje się innymi właściwościami fizycznymi niż metale, z których został wykonany.

Stop najczęściej ma odmienne właściwości od jego elementów składowych. W niektórych przypadkach, nawet niewielka ilość dodatków stopowych wpływa znacząco na właściwości fizykochemiczne określonego stopu. Zazwyczaj stopy wykorzystywane przez człowieka są bardziej odporne na działanie powietrza i wody, a także twardsze oraz bardziej wytrzymałe mechanicznie niż czyste metale. Charakteryzują się również innymi temperaturami topnienia niż metale, z których zostały wykonane.

Ciekawostka

Lutowanie bezołowiowe, pomimo zdrowotnych korzyści płynących z braku ołowiu w lucie, może być problematyczne. Na powierzchniach niektórych metali i ich stopów, w tym bezołowiowych stopów cyny, mogą bowiem powstawać cienkie, włosowate struktury – w przypadku cyny nazywane wąsami cynowymi.

R1LdLuEh1q7ow

Ilustracja przedstawia mikroskopowe zdjęcie powierzchni lutu cynowego, która jest nieregularna i z której wystają pojedyncze długie i krótkie fragmenty – wąsy cynowe.

Struktury te dobrze przewodzą prąd elektryczny i mogą osiągać długość od kilku do kilkudziesięciu milimetrów. W przypadku gdy wąsy cynowe tworzą się między położonymi stosunkowo blisko siebie elementami obwodów elektrycznych, mogą je ze sobą zwierać. To z kolei prowadzi do awarii urządzenia. Dla przykładu, w latach $90. \text{XX}$ wieku, wąsy cynowe powstałe w przekaźnikach elektromagnetycznych, doprowadziły do kilku awarii satelitów komercyjnych (Galaxy $\text{IV}$). Co ciekawe, opisane zjawisko nie występuje w przypadku lutowania stopami cyny z ołowiem. W Unii Europejskiej obowiązuje jednak zakaz wykorzystywania ołowiu w produktach elektronicznych. Obecnie, aby zapobiec powstawaniu wąsów cynowych lub spowolnić ich powstawanie, stosuje się różne metody. Jedną z nich jest stosowanie tak zwanych powłok pośredniczących pomiędzy cyną i miedzią (metalem lutowanym). Powłokę taką mogą stanowić np. nikiel lub srebro.

1

Polecenie 4

Na poniższym filmie zilustrowano przebieg doświadczenia, w którym do zlewki z gorącą wodą (o temperaturze około $71{}^{\circ }\text{C}$) wprowadzono łyżeczkę wykonaną ze stopu Wooda.

Zapoznaj się z poniższym materiałem filmowym i na jego podstawie spróbuj odpowiedzieć na pytanie, czy właściwości stopu wpływają na jego zastosowanie.

R58HCfwtJX3lx

Na filmie ukazano, jak zachowuje się łyżeczka wykonana ze stopu Wooda w kontakcie z gorącą wodą.

Na filmie ukazano, jak zachowuje się łyżeczka wykonana ze stopu Wooda w kontakcie z gorącą wodą.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R58HCfwtJX3lx

Na filmie ukazano, jak zachowuje się łyżeczka wykonana ze stopu Wooda w kontakcie z gorącą wodą.

R1b4IkAeECVZ4

Obserwacje: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Zastanów się, czy stop Wooda może zostać wykorzystany do produkcji zastawy stołowej? Dlaczego?

Pokaż odpowiedź

Czy Twoja odpowiedź jest podobna do zamieszczonej poniżej?

Na podstawie analizowanego materiału filmowego, można stwierdzić, że stop Wooda, choć wyglądem przypomina nieco stal nierdzewną, nie może zostać wykorzystywany do produkcji zastawy stołowej. Ma niską temperaturę topnienia, dużo niższą od temperatury wrzenia wody.

O tym, do jakich celów można wykorzystać określony stop metali, będą decydowały jego właściwości fizykochemiczne.

W wyniku stapiania odpowiednich metali (a często również metali i niemetali), można uzyskać materiały o określonych właściwościach, innych niż czyste składniki, z których zostały utworzone. Najczęściej stopy metali produkuje się w celu otrzymania materiałów o zwiększonej wytrzymałości.

Ciekawostka

Stop z pamięcią kształtu: niklowo‑tytanowy
Stop o nazwie nitinol jest materiałem „inteligentnym”. Charakteryzuje się unikalnymi właściwościami – pamięcią kształtu. Nazwa nitinol pochodzi od jego składu: $\text{Ni}$ (nikiel), $\text{Ti}$ (tytan) oraz miejsca odkrycia: Naval Ordnance Laboratory (czyt. nejwel ordnenc laboratri), tj. laboratorium badawcze Marynarki Wojennej USA. Stop ten został odkryty w $1959 \text{r}.$ przez Williama Buehlera (czyt. łiliama błalera) i Fryderyka Wanga (czyt. łanga).

Odkrycie samych właściwości pamięci kształtu sięga $1932 \text{r}.$, kiedy to szwedzki chemik Arne Ölander (czyt. arn olander) zaobserwował ten efekt w stopie złota z kadmem. Materiały z pamięcią kształtu mają zdolność do odwzorowania nadanej im pierwotnie formy oraz jej odtworzenia pod wpływem np. zmiany temperatury lub pola magnetycznego.

Mimo trudności z przetwarzaniem i obróbką, nitinol znalazł praktyczne zastosowanie już w latach $70.$, np. do produkcji drutów i sprężyn (także w biustonoszach), jako składnik mechanizmu zabawek, w medycynie (szczególnie w dentystyce i ortopedii do zabezpieczenia ścięgien, więzadeł i innych miękkich tkanek w kościach) oraz jako biomateriał. Wśród materiałów z pamięcią kształtu, ponad $90\mathrm{\%}$ komercyjnych stanowią te, które są wykonane z nitinolu. Jeśli nosisz aparat korekcyjny na zębach, być może jest zrobiony właśnie z tego stopu. W poniższym materiale filmowym zaprezentowano doświadczenie, które pokazuje „zdolność” nitinolu do zapamiętywania kształtu. Zapoznaj się z zawartymi w nim informacjami.

R10FR0XUW4XzP

Na filmie przedstawiono zachowanie wyprostowanego drucika nitinolowego w kontakcie z ciepłą wodą.

Na filmie przedstawiono zachowanie wyprostowanego drucika nitinolowego w kontakcie z ciepłą wodą.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R10FR0XUW4XzP

Na filmie przedstawiono zachowanie wyprostowanego drucika nitinolowego w kontakcie z ciepłą wodą.

3. Co stopy metali mają wspólnego z muzyką?

Słuchając koncertu organowego, warto zastanowić się, z czego zbudowane są najważniejsze elementy organów, czyli piszczałki. Najczęściej jest to stop cyny i ołowiu. Blacha do budowy piszczałek może mieć różną zawartość cyny, a procentowy udział tego pierwiastka w stopie określa tak zwana próba cyny. Przyjmuje ona wartości od $1$ do $16$. Zawartość cyny w kolejnych próbach można wyliczyć, mnożąc $6,25\mathrm{\%}$ przez „numer” próby (przykładowo próba $1$ zawiera $6,25\mathrm{\%}$ masowych cyny; próba $2$ – $12,50\mathrm{\%}$ cyny, próba $3$ – $18,75\mathrm{\%}$ cyny itd.). Próba $16$ oznacza brak domieszki ołowiu – w skład takiego materiału wchodzi wyłącznie cyna
($100\mathrm{\%}$). Jest ona jednak używana bardzo rzadko i ma głównie walory dekoracyjne.

Im większa zawartość cyny, tym stop ma mniejszą gęstość i jest jaśniejszy. Natomiast im więcej ołowiu, tym gęstość stopu jest większa, a barwa – ciemniejsza.

RnaHRkyLHuiMI

Zdjęcie przedstawia kościelne organy pokazane od dołu, od ich podstawy, aż po szczyt, ze sklepieniem kościoła w tle. Potężne, srebrne, metalowe piszczały z otworami na mniej więcej jednej czwartej ich wysokości wznoszą się w górę otoczone innymi elementami konstrukcji wykonanymi z brązowego drewna.

W dolnej części piszczałek organów ścianki są często grubsze niż na górze. Dzięki temu wytrzymują duży nacisk korpusu piszczałki na jej dolną część, co zapobiega jej deformacji (spłaszczeniu). Czasem duże piszczałki są wykonywane z cynku – lżejszego i tańszego od ołowiu, jednak wydają wtedy dźwięki gorszej jakości oraz mają matową, pozbawioną połysku powierzchnię, ponieważ cynk na powietrzu ulega pasywacji.
Instrumenty dęte blaszane, takie jak puzon czy trąbka, najczęściej są wykonane z mosiądzumosiądzmosiądzu, czyli stopu miedzi i cynku, rzadziej z metali szlachetnych.
Flety altowe mogą być produkowane z tak zwanego złotego mosiądzu (z dużą zawartością miedzi), dzięki czemu są lżejsze od tradycyjnych instrumentów i mają optymalne brzmienie.

R1Rf5KOr6Wzgj

Ilustracja składa się z czterech zdjęć przedstawiających instrumenty wykonane z mosiądzu, ponumerowane od lewej strony. Numer $1$ to puzon, numer $2$ to trąbka, a numer $3$ to saksofon. Numer $4$ to flet altowy wykonany z mosiądzu złotego. Puzon to instrument dęty, zbudowany z dwóch długich metalowych rurek w kształcie litery U, które połączone są ze sobą, tworząc literę S. Jedna z nich zakończona jest ustnikiem, w który się dmucha. Druga znacznie się rozszerza, tworząc czarę głosową. Trąbka to podłużny złoty instrument zakończony czarą głosową. Po przeciwnej stronie znajduje się ustnik, w który się dmucha. Trąbka posiada trzy wentyle, które naciska się podczas gry w celu uzyskania odpowiedniego dźwięku. Flet to podłużny instrument posiadający klapy, które w czasie gry zatyka się palcami w celu uzyskania odpowiedniego dźwięku. Flet również posiada część, w którą się dmucha. Saksofon składa się z metalowej rury w kształcie fajki, wyposażony jest w klapy i stroik w który się dmucha.

Ze stopów metali korzystają także producenci gitar, którzy ciągle poszukują nowych sposobów, aby struny tych instrumentów były trwalsze i miały coraz lepsze walory dźwiękowe. Większość obecnie wytwarzanych strun do gitar elektrycznych zrobiona jest ze stali niklowej, zapewniającej dobrą jakość dźwięku. Struny do gitar produkuje się również ze stali nierdzewnej – są one wówczas bardzo mocne, wytrzymałe i twarde.

Ciekawostka

Dlaczego struny gitar są powlekane tworzywami sztucznymi? Dawniej produkowano je z przetworzonych jelit zwierząt. Obecnie w gitarach klasycznych najczęściej stosuje się struny nylonowe, a w pozostałych typach – stalowe lub wykonane z brązubrązbrązu. Podczas grania, struny pokryte brudem, potem i tłuszczem narażone są na korozję. Dlatego zabezpiecza się je przed zanieczyszczeniami, pokrywając powłokami z tworzyw sztucznych.

RkYoQder4hqsC

Ilustracja przedstawia budowę struny gitarowej składająca się, licząc od lewej strony, z jednej grafiki komputerowej i dwóch zdjęć. Na grafice komputerowej przedstawiono budowę struny w przekroju: grubszy rdzeń stalowy owinięty bardzo cienkim drutem z brązu. Zdjęcie środkowe przedstawia w zbliżeniu prawdziwą strunę gitarową w ujęciu bocznym. Pomiędzy sąsiadującymi ze sobą paskami brązowego uzwojenia widać zanieczyszczenia z ludzkiego naskórka i brudu. Trzecie, ułożone z prawej strony zdjęcie przedstawia fragment struny w taki sam sposób, jak zdjęcie drugie, ale struna jest czysta i wydaje się gładsza, ponieważ naniesiono na nią powłokę zabezpieczającą z tworzywa sztucznego.

Podsumowanie

• Właściwości stopu zależą od jego składu i sposobu jego otrzymywania.

• Stopy metali otrzymuje się między innymi w wyniku zmieszania dwu lub więcej metali (a czasem również metalu bądź metali i stosunkowo niewielkiej ilości niemetali), po stopieniu ich ze sobą i schłodzeniu otrzymanej masy.

• Stopy różnią się od metali wchodzących w ich skład właściwościami, takimi jak: twardość, wytrzymałość mechaniczna, ciągliwość czy temperatura topnienia (na ogół niższa w przypadku stopu). Stopy metali są odporniejsze na korozję od czystych metali.

• Stopy metali zachowują niektóre z właściwości czystych metali – należy do nich między innymi charakterystyczny połysk.

• Stal to stop żelaza z domieszką węgla, który zapewnia większą twardość i wytrzymałość stopu oraz obniża jego kowalność i ciągliwość.

• Mosiądz to stop miedzi i cynku (do $40\mathrm{\%}$) oraz dodatków stopowych, takich jak np.: ołowiu, glinu, cyny, manganu, żelaza, chromu oraz krzemu.

Słownik

Ćwiczenia

Pokaż ćwiczenia:

1

Ćwiczenie 1

RYx7gQXNc7vGD1

zadanie interaktywne

zadanie interaktywne

Uzupełnij luki w tekście. Wybierz właściwe wyrazy spośród podanych.

złota, porównywalne, takie same, identyczne, mieszanie, ochłodzenie, ochłodzenie, odmienne, pierwiastków, ogrzanie, niemetali, mieszanie, metali, stopienie, sączenie, sączenie

Stop metali to mieszanina jednorodna .......................... (np. brąz, mosiądz) lub metalu z dodatkiem metali i niemetali (np. stal).
Uzyskuje się go przez .......................... składników mieszaniny i ich ...........................
Stop ma .......................... właściwości od tworzących go składników, czasem nawet niewielkie ilości dodatków wpływają znacząco na właściwości stopu.

R1OqXAKPk9fLI1

Ćwiczenie 2

Łączenie par. Przyporządkuj podane metale i stopy do odpowiednich kategorii.. magnez. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. brąz. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. miedź. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. żeliwo. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. cynk. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. duraluminium. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. mosiądz. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP

Łączenie par. Przyporządkuj podane metale i stopy do odpowiednich kategorii.. magnez. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. brąz. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. miedź. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. żeliwo. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. cynk. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. duraluminium. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP. mosiądz. Możliwe odpowiedzi: METAL, STOP

2

Ćwiczenie 3

R1tAgiAP3ClYk1

Dobierz w pary nazwy stopów metali z ilustracjami, które przedstawiają ich zastosowanie.

Dobierz w pary nazwy stopów metali z ilustracjami, które przedstawiają ich zastosowanie.

2

Ćwiczenie 3

R1DxTn1vYwcUw

Dobierz w pary nazwy stopów metali z przedmiotami, do budowy których się je wykorzystuje. Amalgamat srebra - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Żeliwo - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Brąz - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Duraluminium - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Stal - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Mosiądz - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne.

Dobierz w pary nazwy stopów metali z przedmiotami, do budowy których się je wykorzystuje. Amalgamat srebra - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Żeliwo - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Brąz - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Duraluminium - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Stal - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne. Mosiądz - 1. kominki, 2. samoloty, 3. instrumenty dęte, 4. rzeźby, 5. mosty, 6. plomby dentystyczne.

RPEEMLy3hDzgC2

Ćwiczenie 4

Opisz wymienione poniżej metale i stopy, wybierając odpowiednie określenia ich właściwości.

Opisz wymienione poniżej metale i stopy, wybierając odpowiednie określenia ich właściwości.

Ćwiczenie 5

RMN3fjXiBArpG2

Dobierz w pary nazwy stopów metali z ich charakterystycznymi cechami, które wpłynęły na ich zastosowanie. duża wytrzymałość Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza odporność na korozję Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza niska temperatura topnienia Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza miękki, później twardnieje Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza łatwość w obróbce Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza

Dobierz w pary nazwy stopów metali z ich charakterystycznymi cechami, które wpłynęły na ich zastosowanie. duża wytrzymałość Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza odporność na korozję Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza niska temperatura topnienia Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza miękki, później twardnieje Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza łatwość w obróbce Możliwe odpowiedzi: 1. brąz, 2. stal nierdzewna, 3. amalgamat srebra, 4. stal węglowa, 5. cyna lutownicza

Rq9Pn4GXUzmAX

Stal węglowa - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Stal nierdzewna - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Cyna lutownicza - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Amalgamat srebra - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Brąz - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia.

Stal węglowa - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Stal nierdzewna - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Cyna lutownicza - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Amalgamat srebra - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia. Brąz - 1. duża wytrzymałość, 2. miękki, później twardnieje, 3. odporność na korozję, 4. łatwość w obróbce, 5. niska temperatura topnienia.

2

Ćwiczenie 6

RNnY8UgGHhyPz1

zadanie interaktywne

zadanie interaktywne

Wstaw w odpowiednie miejsca tabeli po dwa główne składniki poszczególnych stopów metali.

miedź, rtęć, srebro, cyna, żelazo, chrom

brąz
stal nierdzewna
amalgamat

3

Ćwiczenie 7

Stal węglowa, pomimo dużej wytrzymałości mechanicznej, jest podatna na korozję. Uczeń wykonał doświadczenie zilustrowane na poniższym schemacie.

R27dfwGpOexFh

Schemat przedstawiający dwie zlewki. Obie napełnione są wodą z solą kuchenną do około 3/5 wysokości zlewki. W pierwszej zlewce zanurzono stalowy gwóźdź, natomiast w drugiej stalowy gwóźdź szczelnie owinięty drucikiem wykonanym z cynku.

Stal węglowa, pomimo dużej wytrzymałości mechanicznej, jest podatna na korozję. Uczeń wykonał doświadczenie, które polegało na umieszczeniu w dwóch zlewkach, zawierających wodę z solą kuchenną, stalowych gwoździ. Gwóźdź znajdujący się w drugiej zlewce został dodatkowo szczelnie owinięty drucikiem wykonanym z cynku.

Po kilku dniach uczeń zaobserwował, że na gwoździu w zlewce nr $1$ pojawił się brunatnoczerwony nalot. Podobnych zmian nie zaobserwował w zlewce nr $2$.

RDK7fSxyshAFi

Przeanalizuj wykonane przez ucznia doświadczenie. Następnie, spośród zapisanych poniżej stwierdzeń wybierz te, które mogą stanowić wniosek bądź wnioski, do przeprowadzonego przez ucznia doświadczenia. Możliwe odpowiedzi: 1. Gwóźdź w zlewce numer 1 zaczął pokrywać się rdzą., 2. Gwóźdź w zlewce numer 2 zaczął pokrywać się rdzą., 3. Powłoka cynkowa przyspiesza proces korozji stali., 4. Powłoka cynkowa opóźnia proces korozji stali., 5. Sól kuchenna (chlorek sodu) przyspiesza proces korozji stali., 6. Sól kuchenna (chlorek sodu) opóźnia proces korozji stali.

3

Ćwiczenie 8

O jakim stopie mowa w poniższym tekście? Zaznacz poprawną odpowiedź.

It is a non‑ferrous metal alloy. It is malleable and has a relatively low melting point. Its main ingredient is copper. It is not attracted to a magnet (it does not have ferromagnetic properties). It is resistant to corrosion. It has anti‑bacterial properties. It is used, inter alia, in the production of musical instruments and door handles.

Rpf5uTDGr43t8

Możliwe odpowiedzi: 1. stee, 2. brass, 3. duralumin, 4. cast iron, 5. amalgam

Glossary

Glossary

steel

steel

R1Lr3JWpTbOEf

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

stal

brass

brass

Rq6l64YxtqO8C

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

mosiądz

cast iron

cast iron

RODoPlZS1OcuC

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

żeliwo

amalgam

amalgam

RDA71VqtDQkl9

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

amalgamat

duralumin

duralumin

RVx76ShVlN6ac

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

duraluminium

non‑ferrous

non‑ferrous

R14ptglftrwbb

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

nieżelazny

malleable

malleable

RV9vbffovscGN

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

ciągliwy, kowalny

melting point

melting point

R18wXssTrKRXE

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

temperatura topnienia

magnet

magnet

RfcIskAbRJfMf

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

magnes

resistant to corrosion

resistant to corrosion

R1OevAL2GZvCu

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dźwiękowe

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/b/P123M0Dlb

Nagranie dźwiękowe

odporny na korozję

Bibliografia

Encyklopedia PWN.

Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Chemia. Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Kielce $2020$.

Jaworowska M., Czym grożą wąsy cynowe i jak ich unikać, „ElektronikaB2B” $03.10.2014$, online: https://elektronikab2b.pl/biznes/24063-czym-groza-wasy-cynowe-i-jak-ich-unikac, dostęp: $14.04.2022$.