作者hedonist891 (hedonist)
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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"
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1F：推 akida:這種討論的氣氛真是棒... 11/02 00:01
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7F：推 buttercrab:說的很好呀～～不過有一點小提問 11/02 15:41
8F：→ buttercrab:煉鐵用的焦炭 已經有碳元素了 人體碳有特別之處嗎 11/02 15:42
9F：→ buttercrab:還是人體有其他元素的附加效果呢 11/02 15:43
嗯..
人體裡面的元素如氧、氮應該在鍛燒的時候就汽化離開熔爐了
至於可能有些微量金屬，如果夠小，是有可能再跟鐵形成固態溶液
但就現今工業的角度來看，常用的還是Fe+C囉！
所以我覺得把人丟下去只是要改變碳含量而已。
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10F：推 Ertkkpoo:謝謝您的解惑 11/02 21:39
11F：推 dick87266:這就是專業 回想肥粒鐵 麻田散鐵 嗯 就讓它繼續睡吧 11/02 23:48
12F：推 kobewlps:專業推～ 11/03 02:14
13F：推 Eva0413:這題大家解的都很酷呀 11/03 09:46
14F：→ tony77998:突然回憶了許多...... 11/03 15:18
15F：推 dallas22139:推專業 11/08 18:47
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