[轉錄]Re: [解題] 國中理化化學部份

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作者: hedonist891 (hedonist) 看板: tutor
標題: Re: [解題] 國中理化化學部份
時間: Tue Nov  2 00:01:01 2010

※ 引述《Ertkkpoo (water)》之銘言：
: 1.年級：國二
: 2.科目：理化
: 3.章節：金屬
: 4.題目：
: 古代人造劍都會需要一男一女當作犧牲品，請問這是為何？
: 1. 血液中有Fe離子可以讓金屬更有光澤
: 2. 人體中有鈣可以讓金屬劍更硬
: 3. 人體中有碳可以讓金屬更硬
: 4. 靈魂可以讓劍充滿靈氣
: 我是憑印象記的，可能沒有很完整
: 答案為第3
: 5.想法：
: 我認為1.有光澤的應該是金屬而非金屬離子
: 2.我認為金屬應該和人體的骨骼不同不能類推
: 3.我想到碳化鎢的例子
: 但總覺得我的想法還是有很大漏洞，尤其是2.3，不知道有沒有更好解釋方法
: 謝謝大家
(修正一下文句@@ 之前的讀起來不太順)

答案是3無誤

理由如下：

(以下是物理冶金的內容，可以直接看下行結論)

因為金屬加入雜質硬度會上升，所以加C可以使鐵硬度上升，但Ca太大不能加到鐵裡面

物理冶金是這樣說的：

一般我們不會直接拿一個金屬去做應用，常常是使其

與其他金屬或非金屬形成合金(alloy)，增加其硬度。

合金就是一種固態溶液？ 一般我們會覺得溶液不就是液態嗎？

其實，C加到鐵裡面形成"固態"溶液，就好比糖加到水形成糖水(液態)
     ^^    ^^                          ^^    ^^
    溶質  溶劑                        溶質  溶劑

而增加硬度的原因是金屬中的差排(dislocation)更難移動

念過材料系的人一定對Fe3C的平衡相圖不陌生，因為它是工業界常用的一種金屬
                    ^^^^
                   Fe加C

所以回到題目：

首先我們知道鑄劍用的主要原料是鐵

所以由上所述，我們人類會藉由加入雜質(impurity)來提升金屬提升硬度

那答案剩下2.3

那為什麼2，加入Ca不行呢？

由於Ca原子跟C原子尺寸大小不同

根據Hume-Rothery rule：溶質原子的直徑要小於59%溶劑原子的直徑

(抱歉手上沒有Ca的數據，但我猜測Ca不行是因為Ca稍大)

而C原子因為夠小，所以可以卡在鐵原子群的縫隙間，形成

填隙型固態溶液(interstitial solid solution)

而C原子進而阻止差排移動，則提升鐵的硬度。

所以本題答案為3

Ref: Physical Metallurgy Principles, 4ed, Reed-Hill

Ch9. Solid Solution Ch13. Interstital Diffusion

*ps: p262, Sec 9.3提到

The four most important interstitial solute atoms are carbon, nitrogen,

oxygen, and hydrogen, all of which are small in size.
                      ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

剛好這題跟本人所學(材料系)有關，所以特別翻一下書來解答

希望對你有幫助！

有錯誤請指證 :)

不過要跟國中生講這個...可能有點難 XD"
※ 編輯: tloveb          來自: 140.114.202.76       (01/13 23:33)
→ tloveb:好酷喔XDDDD
→ Mchord:這題目好智障...
→ mse9731109:人體中鈣的形式應該是Ca2+為主
→ yuchen1991:智哥看不下去出來提出補充了XD
→ mse9731109:而且在煉鐵時鈣也會浮在鐵水上變爐渣
推 mse9731109:不過如果是鈣原子或許可以做為取代型原子也說不定
→ mse9731109:不過鈣活性高，高溫氧化的問題還是存在就是
→ Mchord:那就選4吧
推 jkily:根本無法證明是不是4，說不定是喔
→ tloveb:這問題很簡單阿! 明明就是4，人體所有的元素加加起來拿去
→ tloveb:五金行賣頂多才3000多(可能還高估!)
→ tloveb:生命是無價的! 會用活人獻祭是因為靈魂!!!!! 靈魂是珍貴的!
→ tloveb:智哥好認真回答=口= 我只是單純覺得這樣解國中理化很酷炫罷
※ 編輯: tloveb          來自: 140.114.202.76       (01/14 10:50)
推 warden259:題目還指定要一男一女诶　怎麼想都是4
→ mse9731109:如果這題出在社會科我就選4......