作者tloveb (小路)
看板NTHU-MSE12
标题[转录]Re: [解题] 国中理化化学部份
时间Thu Jan 13 23:33:18 2011
※ [本文转录自 tutor 看板 #1CpkH0vE ]
作者: hedonist891 (hedonist) 看板: tutor
标题: Re: [解题] 国中理化化学部份
时间: Tue Nov 2 00:01:01 2010
※ 引述《Ertkkpoo (water)》之铭言：
: 1.年级：国二
: 2.科目：理化
: 3.章节：金属
: 4.题目：
: 古代人造剑都会需要一男一女当作牺牲品，请问这是为何？
: 1. 血液中有Fe离子可以让金属更有光泽
: 2. 人体中有钙可以让金属剑更硬
: 3. 人体中有碳可以让金属更硬
: 4. 灵魂可以让剑充满灵气
: 我是凭印象记的，可能没有很完整
: 答案为第3
: 5.想法：
: 我认为1.有光泽的应该是金属而非金属离子
: 2.我认为金属应该和人体的骨骼不同不能类推
: 3.我想到碳化钨的例子
: 但总觉得我的想法还是有很大漏洞，尤其是2.3，不知道有没有更好解释方法
: 谢谢大家
(修正一下文句@@ 之前的读起来不太顺)
答案是3无误
理由如下：
(以下是物理冶金的内容，可以直接看下行结论)
因为金属加入杂质硬度会上升，所以加C可以使铁硬度上升，但Ca太大不能加到铁里面
物理冶金是这样说的：
一般我们不会直接拿一个金属去做应用，常常是使其
与其他金属或非金属形成合金(alloy)，增加其硬度。
合金就是一种固态溶液？ 一般我们会觉得溶液不就是液态吗？
其实，C加到铁里面形成"固态"溶液，就好比糖加到水形成糖水(液态)
^^ ^^ ^^ ^^
溶质 溶剂 溶质 溶剂
而增加硬度的原因是金属中的差排(dislocation)更难移动
念过材料系的人一定对Fe3C的平衡相图不陌生，因为它是工业界常用的一种金属
^^^^
Fe加C
所以回到题目：
首先我们知道铸剑用的主要原料是铁
所以由上所述，我们人类会藉由加入杂质(impurity)来提升金属提升硬度
那答案剩下2.3
那为什麽2，加入Ca不行呢？
由於Ca原子跟C原子尺寸大小不同
根据Hume-Rothery rule：溶质原子的直径要小於59%溶剂原子的直径
(抱歉手上没有Ca的数据，但我猜测Ca不行是因为Ca稍大)
而C原子因为够小，所以可以卡在铁原子群的缝隙间，形成
填隙型固态溶液(interstitial solid solution)
而C原子进而阻止差排移动，则提升铁的硬度。
所以本题答案为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.
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
刚好这题跟本人所学(材料系)有关，所以特别翻一下书来解答
希望对你有帮助！
有错误请指证 :)
不过要跟国中生讲这个...可能有点难 XD"
※ 编辑: tloveb 来自: 140.114.202.76 (01/13 23:33)
1F：→ tloveb:好酷喔XDDDD 01/13 23:34
2F：→ Mchord:这题目好智障... 01/13 23:35
3F：→ mse9731109:人体中钙的形式应该是Ca2+为主 01/13 23:43
4F：→ yuchen1991:智哥看不下去出来提出补充了XD 01/13 23:48
5F：→ mse9731109:而且在炼铁时钙也会浮在铁水上变炉渣 01/13 23:49
6F：推 mse9731109:不过如果是钙原子或许可以做为取代型原子也说不定 01/13 23:54
7F：→ mse9731109:不过钙活性高，高温氧化的问题还是存在就是 01/13 23:55
8F：→ Mchord:那就选4吧 01/14 09:56
9F：推 jkily:根本无法证明是不是4，说不定是喔 01/14 10:39
10F：→ tloveb:这问题很简单阿! 明明就是4，人体所有的元素加加起来拿去 01/14 10:45
11F：→ tloveb:五金行卖顶多才3000多(可能还高估!) 01/14 10:45
12F：→ tloveb:生命是无价的! 会用活人献祭是因为灵魂!!!!! 灵魂是珍贵的! 01/14 10:46
13F：→ tloveb:智哥好认真回答=口= 我只是单纯觉得这样解国中理化很酷炫罢 01/14 10:47
※ 编辑: tloveb 来自: 140.114.202.76 (01/14 10:50)
14F：推 warden259:题目还指定要一男一女诶 怎麽想都是4 01/14 19:43
15F：→ mse9731109:如果这题出在社会科我就选4...... 01/15 00:36