作者hedonist891 (hedonist)
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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"
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1F：推 akida:这种讨论的气氛真是棒... 11/02 00:01
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4F：→ shenasu:啊... 11/02 00:40
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7F：推 buttercrab:说的很好呀～～不过有一点小提问 11/02 15:41
8F：→ buttercrab:炼铁用的焦炭 已经有碳元素了 人体碳有特别之处吗 11/02 15:42
9F：→ buttercrab:还是人体有其他元素的附加效果呢 11/02 15:43
嗯..
人体里面的元素如氧、氮应该在锻烧的时候就汽化离开熔炉了
至於可能有些微量金属，如果够小，是有可能再跟铁形成固态溶液
但就现今工业的角度来看，常用的还是Fe+C罗！
所以我觉得把人丢下去只是要改变碳含量而已。
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10F：推 Ertkkpoo:谢谢您的解惑 11/02 21:39
11F：推 dick87266:这就是专业 回想肥粒铁 麻田散铁 嗯 就让它继续睡吧 11/02 23:48
12F：推 kobewlps:专业推～ 11/03 02:14
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14F：→ tony77998:突然回忆了许多...... 11/03 15:18
15F：推 dallas22139:推专业 11/08 18:47
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