Материал: Курс общей химии. Спиридонов Б.А

Явление ферромагнетизма обусловлено тем, что внутри ферромагнетиков ниже температуры, называемой точкой Кюри, имеются небольшие кристаллические области, называемые доменами, в них спины неспаренных электронов оказываются ориентированными взаимно параллельно. Это значит, что в пределах домена существует спонтанная намагничиваемость. Обычно направленность магнитных полей доменов самая разнообразная. Поэтому, чтобы намагнитить все тело, необходимо воздействовать на него внешним магнитным полем. Действие этого поля сводится к повороту магнитных моментов доменов в направлении внешнего поля и к увеличению тех доменов, магнитные моменты которых составляют наименьший угол с направлением магнитного поля и к уменьшению других доменов. Магнитное насыщение будет достигнуто тогда, когда магнитные моменты всех доменов окажутся ориентированы в направлении поля. Это связанно с изменением линейных размеров тела (с магнитострикцией). Выше точки Кюри ферромагнитные свойства тела исчезают. Явление гистерезиса тесно связанно с характером доменного строения ферромагнетиков.

Магнитные материалы с малой коэрцитивной силой Нс и с большой магнитной проницаемостью называют магнитомягкими, а с большой коэрцитивной силой и меньшей проницаемостью - магнитотвердыми. В первых потери на гистерезисе малы, поэтому их используют в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов и в измерительных приборах, когда необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. К магнитомягким материалам относится железо типа «Армко», но оно обладает низким сопротивлением, что повышает потери на вихревые токи. Этот недостаток частично устраняется введением в железо кремния (4 %). У такого электротехнического железа R составляет до 0,6 мкОм · м,

0 = 450, max = 8000, Нс = 48 А / м, точка Кюри 690 °С. Оно широко применяется в электромашиностроении и в трансформаторах.

359

Ферриты - сложные оксидные материалы, обладающие свойствами, близкими к ферромагнетикам. Имеют доменную структуру и очень большое удельное сопротивление, благодаря чему потеря энергии в них при высокой частоте не велика. Так как они имеют достаточно хорошие магнитные свойства, то они получили широкое применение в радиоэлектронике. Ферриты - это двойные или тройные оксиды железа и двухзарядных металлов. Простейший природный феррит - магнитный железняк Fe3O4. Ферромагнитные ферриты МnО · Fе2О3, NiО ·

Fе2О3, CuО · Fе2О3

Магнитные свойства ферритов зависят от расположения Me и Fe3+ - ионов между О2- - ионами. Если у феррита структура благородной шпинели MgO · Аl2О3, то у него нет ферромагнитных свойств. Если при образовании феррита получается структура, обращенной шпинели, что зависит от соотношения размеров и рода ионов, то Ме2+ - ионы и половина Fe3+ - ионов находятся в октаэдрических пустотах, а другая половина Fe3+ - ионов - в тетраэдрических пустотах. В таких случаях феррит имеет ферромагнитные свойства. Общая формула одного из распространенных никель-цинковых ферритов имеет вид х (NiO · Fe2O3) · y (ZnO · Fe2O3). К ферритовым магнитным материалам относятся ферриты со структурой граната в основном феррит-гранат иттрия. Феррит - шпинели используют в виде поликристаллической керамики, которая изготавливается из оксидов по керамической технологии, в форме монолитных сердечников; феррит - гранаты выращивают из расплава в виде монокристаллов.

Ферриты - полупроводники, ширина запрещенной зоны 0,1 - 0,6 Эв, удельное сопротивление 10° - 105 Ом·цсм. Процентный состав и технология изготовления ферритов играет существенную роль в получении магнитных свойств материала.

Изготовление ферритов сводится к следующему. Тонко измельчают и перемешивают обожженные оксиды соответст-

360

вующих металлов или карбонаты, или другие соли. К смеси добавляют пластификатор (обычно раствор поливинилового спирта). Полученную массу прессуют в нужных формах и обжигают при 1100 - 1400 °С. Масса спекается и образуются твердые растворы ферритов. Обжигают в окислительной среде или в атмосфере аргона.

Ферриты тверды и хрупки. Их можно только шлифовать и полировать, обработка резанием не удается. Коэрцетивная сила Нс у них изменяется от 12 до 320 А / м, точка Кюри - до 400 - 500 °С, индукция насыщение 0,2 - 0,4 Тл. У марганцевоцинковых ферритов гистерезисные петли узкие (Нс небольшая); никель-цинковые ферриты в зависимости от состава и способа получения имеют различную начальную магнитную проницаемость более широкую гистерезисную петлю. Магний - марганцевые ферриты имеют почти квадратную гистерезисную петлю, что важно для изготовления запоминающих устройств в счетно-решающих машинах. Ферриты используют для изготовления контурных катушек, сердечников импульсных трансформаторов, трансформаторов развертки телевизионных приемников, магнитных экранов, резонаторов, накопителей в вычислительных машинах и для других целей.

В качестве магнитострикционньгх материалов используют никель и сплавы на его основе, а также железо - кобальтовые и железо - алюминиевые сплавы. Их используют в поликристаллической форме и изготавливают по обычной технологии, прокатывая в виде полос толщиной 0,1 - 0,3 мм для уменьшения потерь на вихревые токи.

Электромеханические преобразователи из магнитных материалов, в частности электроакустические преобразователи, находят широкое применение в ультразвуковой технике, гидроакустике и акустоэлектронике для изучения и приема акустических волн. Свойства материала непосредственно связанные с преобразованием энергии характеризуются коэффициентом магнитомеханической связи «К», магнитострикционной постоянной «а» и постоянной чувствительности «л».

361

Для материалов на основе никеля коэффициент магнито-

механической связи изменяется в пределах 0,2 - 0,5, «а» - в

пределах 0,8 - 2,5 · 107 H / м2 · Т, «л» - 0,2 - 0,5 · 10-9 Т м2 / H.

Глава 12. ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ

ИАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

Впрактической деятельности специалистов часто возникает необходимость идентификации (обнаружения) того или иного вещества, а также количественной оценки (измерения) его содержания. Такая потребность может появляться у человека и в его повседневной жизни. Так, многие семьи, имеющие садовые, огородные и дачные участки, заинтересованы в анализе почвы, воды и химикатов. В последние годы возрос интерес к идентификации и анализу тяжелых металлов и некоторых токсичных соединений, находящихся в окружающей среде.

Химические идентификация (качественный анализ) и измерения (количественный анализ) являются предметом специальной химической науки - аналитической химии. В настоящей главе будут рассмотрены некоторые общие принципы химической идентификации и количественного анализа веществ на основе изученных ранее закономерностей химических процессов и свойств неорганических и органических веществ.

12.1.Химическая идентификация вещества

Общие понятия. Химическая идентификация (обнаружение) - это установление вида и состояния фаз, молекул, атомов, ионов и других составных частей вещества на основе сопоставления экспериментальных и соответствующих справочных данных для известных веществ Идентификация является целью качественного анализа. При идентификации обыч-

но определяется комплекс свойств веществ: цвет, фазовое состояние, плотность, вязкость, температуры плавления, кипения и фазового перехода, растворимость, электродный потенциал, энергия ионизации и (или) др. Для облегчения идентификации

362