作者tloveb (小路)
看板NTHU-MSE12
標題[轉錄]Re: [解題] 國中理化化學部份
時間Thu Jan 13 23:33:18 2011
※ [本文轉錄自 tutor 看板 #1CpkH0vE ]
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)
1F：→ tloveb:好酷喔XDDDD 01/13 23:34
2F：→ Mchord:這題目好智障... 01/13 23:35
3F：→ mse9731109:人體中鈣的形式應該是Ca2+為主 01/13 23:43
4F：→ yuchen1991:智哥看不下去出來提出補充了XD 01/13 23:48
5F：→ mse9731109:而且在煉鐵時鈣也會浮在鐵水上變爐渣 01/13 23:49
6F：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 01/13 23:54
7F：→ mse9731109:不過鈣活性高，高溫氧化的問題還是存在就是 01/13 23:55
8F：→ Mchord:那就選4吧 01/14 09:56
9F：推 jkily:根本無法證明是不是4，說不定是喔 01/14 10:39
10F：→ 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 01/14 10:45
11F：→ tloveb:五金行賣頂多才3000多(可能還高估!) 01/14 10:45
12F：→ tloveb:生命是無價的! 會用活人獻祭是因為靈魂!!!!! 靈魂是珍貴的! 01/14 10:46
13F：→ 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 01/14 10:47
※ 編輯: tloveb 來自: 140.114.202.76 (01/14 10:50)
14F：推 warden259:題目還指定要一男一女诶 怎麼想都是4 01/14 19:43
15F：→ mse9731109:如果這題出在社會科我就選4...... 01/15 00:36