Дополнение к классификации металлов. Статистика

Отклонение от основных типов

Слабая выраженность полюсов оси плотности

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.

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.

Основные типы

Близких типов

Общее количество

Итого:

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

Схема 1. Варианты симметрии классификации.

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

Список литературы

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.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 9-е изд. / 2006 // М.
Шмитт-Томас К.Г. Справочник. Металловедение для машингостроения / 1995 // М.

Интересная статья? Поделись ей с другими: