Дополнение к классификации металлов. Статистика

Савинов Сергей Николаевич – младший научный сотрудник ООО «Лаборатория метеотехнологий».

Аннотация: В статье рассматриваю металлы по физическим свойствам – плотность, температура плавления, электропроводность, твердость, производится анализ статистики их распределения по предложенной классификации металлов.

Ключевые слова: классификация металлов, физические свойства, статистика свойств металлов.

Производится анализ статистики металлов по их физическим свойствам, целью которой является уточнение особенностей распределения металлов по предложенной 4-типовой классификации [1].

Таблица 1. Свойства металлов.

 

Металл

Плотность, p

Температура плавления, Т

Удельное сопротивление, e (Ом.мм2\м)

Твердость, H (по Боттону/по Бринеллю*)

Тип

1

Al

2,7

658

0,0262

821/24

tAl

2

Be

1,8

1278

0,041

/61

tFe-p

3

Bi

9,8

271

1,19

/7,38

tPb

4

W

18,7

3370

0,049

/200-400

tPt-e

5

Fe

7,86

1535

0,0978

1375/50-80

tFe

6

Au

19,3

1063

0,022

979/18

tPt-e

7

Ir

22,43

2350

0,06

984/170

tPt-e

8

Cd

8,6

321

0,0714

760/16-21

tPb-e

9

Co

8,8

1480

0,0554

1450/102

tFe

10

Mg

1,74

650

0,0427

726/30

tAl

11

Mn

7,4

1250

0,0441

1456

tFe

12

Cu

8,95

1083

0,0174

1360/37

tFe

13

Mo

10,2

2620

0,0477

-/155

tFe-H

14

Na

0,47

99,5

0,046

400

tAl-H

15

Ni

8,8

1451

0,073

1410

tFe

16

Sn

7,3

232

0,114

651

tPb

17

Os

22,45

2500

0,095

/200

tPt-e

18

Pt

21,2

1771

0,105

1107

tPt

19

Hg

14,1

-38,9

0,958

 

tPb

20

Pb

11,4

327

0,206

570

tPb

21

Ag

10,5

960

0,016

990

tPt-p

22

Ta

16,6

3027

0,146

/50

tPt

23

Cr

7,1

2000

0,026

/750

tFe

24

Zn

7,1

420

0,059

1077/30

tAl-p

25

Pd

12,16

1555

0,0977

1200/52

tFe-H

26

Tl

11,8

304

0,005

565/

tPb-e

27

Ca

1,55

850

0,034

405/0,167

tAl-H

28

K

0,86

63,6

0,065

230/0,5

tAl-H

29

Li

0,53

186

0,09

/0,6

tAl-H

30

Ti

4,5

1670

0,58

/160

-

31

V

6,11

1900

0,182

/64

tFe-e

32

In

7,31

430

0,08

/0,9

tPb-e

33

Ba

3,61

800

0,5

/4,2

tPb-p

34

Sb

6,69

630

0,405

/0,3

tPb-H

35

Tm

9,3

1545

0,7

/65

tFe-e

36

Tb

8,2

1356

1,2

/60

tFe-e

37

Ce

6,8

800

0,753

/25

tPb

38

Pr

6,7

935

0,68

/40

tPb-H

39

Nd

7,0

1024

0,64

/35

tPt-p

40

La

6,1

920

0,615

/40

tPb-H

41

Yb

6,97

824

0,27

/25

tPb

42

U

19

1132

2,9

/150

tPt-H

43

Ga

5,91

29,7

0,136

/6,1

tPb

* - в классификации твердость по Бринеллю: низкая <20, средняя 20-50, высокая >50.

Для анализа статистически использована выборка в объеме 43 металлов (таблица 1).

Небольшая выборка (43 металла) и 36-вариантное распределение приводит к тому, что случайное распределение почти равно единице выборки, что приводит к высокой погрешности.

В рассматриваемой классификации учитывается четыре физических свойства разделенные по категориям – температура плавления – 2 категории, удельное сопротивление (электропроводность) – 2 категории, плотность – 3 категории, твердость – 3 категории. Общее число возможных комбинаций данных категорий свойств составляет 36 вариантов (таблица 2). Если рассматривается предложенная система классификации, включающая 4 типа, то соответственно, к ней относятся 4 варианта из 36 (в таблице 2 обозначены в левой части клетки), составляющие основные типы. Из общего количества комбинации свойств, совпадающие с основными типами по 3 свойствам из 4-х, составляют 24 варианта, при анализе статистики они являются несоответствующими рассматриваемой классификации, при рассмотрении химических элементов они могут оцениваться как близкие к основным типам. Оставшиеся 8 вариантов (в таблице 2 обозначены как «=») не соответствуют основным типам по 2 свойствам из 4-х, они расценены как несоответствующие основным типам классификации и близким к ним вариантами, в анализе статистики это контрольная группа для выявления случайного распределения металлов по свойствам. В таблице общего количества 36 вариантов комбинаций свойств архитектура распределения 24 вариантов близких к основным типам и архитектура распределения 8 вариантов не соответствующих классификации по 2 признакам из 2-х – являются характерными для данного варианта симметрии классификации.

Из 43 металлов – 17 металлов относятся к 4 основным типам классификации по всем 4 свойствам, 25 металлов относятся к близким вариантам (24 варианта), только 1 металл не соответствует классификации по 2 признакам и находится в контрольной группе из 8 вариантов. 

Составляя по этим категориям четыре типа комбинаций возможны четыре варианта симметрии классификаций (схема 1), из которых предложенная соответствует а). В проекции на четырехугольник представляющий четыре типа классификации вариации четырех свойств могут быть представлены осями – ось плотности (p), температуре плавления (T), твердости (H) и удельного сопротивления (e).

В распределении металлов по 36 общим вариантам (таблица 3) выделяются среди остальных вариантов два варианта соответствующие типу железа – 6 металлов и типу свинца – 7 металлов (для этих типов вероятность в 5 раз превышает случайное распределение 43 элементов по 36 вариантам), это подтверждает действительность двух вариантов а) и б) (схема 1) симметрии классификации из четырех.

В контрольной группе (8 вариантов) имеется только 1 металл, вероятность в ней снижена в 9,5 раз относительно случайного распределения (таблица 3). Поскольку архитектура этой группы во множестве вариантов характерна для данной симметрии классификации, то это косвенно подтверждает предлагаемый вариант симметрии классификации (схема 1, а).

Для вариантов близких к основным типам (24 варианта) вероятность распределения в среднем по 24 вариантам близка к случайному распределению, но имеются колебания от 0 до 4 металлов по вариантам.

Отклонение от основных типов

В данном рассмотрении варианты комбинации свойств близкие к основным типам описаны как «тип с отклонением по одному свойству» (обозначены, например, tPb-H – металл близкий к типу свинца, но не соответствующий типу по твердости). Среди вариантов близких к типам наиболее выражены: тип алюминия с отклонением по твердости, тип свинца с отклонением по электропроводности, тип платины с отклонением по электропроводности, тип железа с отклонением по электропроводности – по этим типам вероятность превышает в среднем в 2,9 раза случайное распределение.

Среди 25 металлов близких к основным типам наибольшее отклонения обнаруживаются по свойству электропроводности (10 металлов), по свойству твердости (10 металлов), более редкое отклонение по свойству плотности (5 металлов).

Отклонения по температуре плавления не обнаружены совсем. Поскольку архитектура этих вариантов соответствует отношению температурной оси к остальным трем свойствам, то это является косвенным подтверждением действительности одного варианта симметрии классификации (схема 1, а), соответствующей рассматриваемой классификации.

Количество металлов близких к основным типам по типам распределяются относительно равномерно по 5-7 металлов на тип.

Слабая выраженность полюсов оси плотности

При высоком количестве металлов, соответствующих типам железа и свинца, по другим двум типам этой классификации отмечается низкое количество металлов – по 2 металла в типе платины и типе алюминия. Это количество не только близко к случайному распределению, превышая его только в 1,67 раза, но в некоторых случаях даже уступает в 2 раза количеству металлов близких к этим типам. Отклонение по плотности выполняется на низком уровне, при наличии этой оси в симметрии, проявляющаяся слабым отклонением металлов по этому свойству, однако максимум и минимум – полюсы оси слабо различаются, что приводит к снижению количества металлов в типах платины и алюминия. Это свойство приводит к слабой различимости двух типов симметрии классификации (а) и (б) (схема 1).

Таблица 2. Общее количество вариантов комбинаций физических свойств.

Плотность/

температура плавления

Удельное сопротивление / твердость

 

<0,1/<800

>0,1/<800

<0,1/800-1300

>0,1/800-1300

<0,1/>1300

>0,1/>1300

<5/<1000

tAl-H

tPb-p

tAl (2)

tAl-e

tAl-H

=

<5/>1000

=

=

tAl-T

tPt-p

tFe-p

=

5-15/<1000

tPb-e

tPb (7)

tAl-p

tPb-H

tFe-T

tPb-H (3)

5-15/>1000

tFe-H

tPb-T

tFe-H

tPt-p

tFe (6)

tFe-e

>15/<1000

=

tPb-p

tAl-p

tPt-T

=

=

>15/>1000

=

tPt-H

tPt-e

tPt (2)

tFe-p

tPt-H

1

Схема 1. Варианты симметрии классификации.

Таблица 3. Статистика металлов по основным типам и близким к основным типам.

 

Основные типы

-H

-e

-p

Близких типов

Общее количество

tAl

2

4

0

1

5

7

tPb

7

3

3

1

7

15

tPt

2

1

4

2

7

9

tFe

6

2

3

1

6

12

Итого:

17

10

10

5

25

42

Список литературы

  1. Савинов С.Н. Классификация металлов, основанная на их физических свойствах / С.Н. Савинов // Научный аспект. – 2019. – №2. – Т.12. – С.1477-1480. – URL: https://na-journal.ru/2-2019-estestvennye-nauki/1735-klassifikaciya-metallov-osnovannaya-na-ih-fizicheskih-svoistvah.
  2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 9-е изд. / 2006 // М.
  3. Шмитт-Томас К.Г. Справочник. Металловедение для машингостроения / 1995 // М.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail