Металлы обладают рядом оригинальных свойств, которые присущи только этим материалам. Существует температура плавления металлов, при которой кристаллическая решетка разрушается. Вещество сохраняет объем, но уже нельзя говорить о постоянстве формы.
В чистом виде отдельные металлы встречают крайне редко. На практике применяют сплавы. У них есть определенные отличия от чистых веществ.
При образовании сложных соединений происходит объединение кристаллических решеток между собой. Поэтому у сплавов свойства могут заметно отличаться от составляющих элементов.
Температура плавления уже не остается постоянной величиной, она зависит от концентрации входящих в сплав ингредиентов.
Понятие о шкале температур
Некоторые неметаллические предметы тоже обладают похожими свойствами. Самым распространённым является вода. Относительно свойств жидкости, занимающей господствующее положение на Земле, была разработана шкала температур. Реперными точками признаны температура изменения агрегатных состояний воды:
- Превращения из жидкости в твердое вещество и наоборот приняты за ноль градусов.
- Кипения (парообразования внутри жидкости) при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) принята за 100 ⁰С.
Внимание! Кроме шкалы Цельсия на практике измеряют температуру в градусах Фаренгейта и по абсолютной шкале Кельвина. Но при исследовании свойств металлических предметов другие шкалы используют довольно редко.
Кристаллические решетки металла
В идеальном виде принято считать, что металлам свойственна кубическая решетка (в реальном веществе могут быть изъяны). Между молекулами имеются равные расстояния по горизонтали и вертикали.
Твердое вещество характеризуется постоянством:
- формы, предмет сохраняет линейные размеры в разных условиях;
- объема, предмет не изменяет занимаемое количество вещества;
- массы, количество вещества, выраженное в граммах (килограммах, тоннах);
- плотности, в единице объема содержится постоянная масса.
При переходе в жидкое состояние, достигнув определенной температуры, кристаллические решетки разрушаются. Теперь нельзя говорить о постоянстве формы. Жидкость будет принимать ту форму, в какую ее зальют.
Когда происходит испарение, то постоянным остается только масса вещества. Газ займет весь объем, который будет ему предоставлен. Здесь нельзя утверждать, что плотность постоянная величина.
Когда соединяются жидкости, то возможны варианты:
- Жидкости полностью растворяются одна в другой, так себя ведут вода и спирт. Во всем объеме концентрация веществ будет одинаковой.
- Жидкости расслаиваются по плотности, соединение происходит только на границе раздела. Только временно можно получать механическую смесь. Перемешав разные по свойствам жидкости. Примером является масло и вода.
Металлы образуют сплавы в жидком состоянии. Чтобы получить сплав, каждый из компонентов должен быть в жидком состоянии. У сплавов возможны явления полного растворения одного в другом.
Не исключаются варианты, когда сплав будет получен только в результате интенсивного перемешивания.
Качество сплава в этом случае не гарантируется, поэтому стараются не смешивать компоненты, которые не позволяют получать стабильные сплавы.
Образующиеся растворимые друг в друге вещества при застывании образуют кристаллические решетки нового типа. Определяют:
- Гелиоцентрированные кристаллические решетки, их еще называют объёмно-центрированными. В середине находится молекула одного вещества, а вокруг располагаются еще четыре молекулы другого. Принято называть подобные решетки рыхлыми, так как в них связь между молекулами металлов слабее.
- Гранецентрированные кристаллические решетки образуют соединения, в которых молекулы компонента располагаются на гранях. Металловеды называют подобные кристаллические сплавы плотными. В реальности плотность сплава может быть выше, чем у каждого из входящих в состав компонентов (алхимики средних веков искали варианты сплавов, при которых плотность будет соответствовать плотности золота).
Санпин какая температура должна быть в офисе
Температура плавления металлов
Разные вещества имеют различную температуру плавления. Принято делить металлы на:
- Легкоплавкие – их достаточно нагревать до 600 ⁰С, чтобы получать вещество в жидком виде.
- Среднеплавкие металлы расплавляются в диапазоне температур 600…1600 ⁰С.
- Тугоплавкими называют металлы, которые могут расплавляться при температуре более 1600 ⁰С.
В таблице по возрастанию показаны легкоплавкие металлы. Здесь видно, что самым необычным металлом является ртуть (Hg). В обычных условиях она находится в жидком состоянии. Этот металл имеет самую низкую температуру плавления.
Таблица 1, температуры плавления и кипения легкоплавких металлов:
Таблица 2, температуры плавления и кипения среднеплавких металлов:
Таблица 3, температуры плавления и кипения тугоплавких металлов:
Чтобы вести процесс плавки используют разные устройства. Например, для выплавки чугуна применяют доменные печи. Для плавки цветных металлов производят внутренний нагрев с помощью токов высокой частоты.
В изложницах, изготовленных из неметаллических материалов, находятся цветные металлы в твердом состоянии. Вокруг них создают переменное магнитное поле СВЧ. В результате кристаллические решетки начинают расшатываться. Молекулы вещества приходят в движение, что вызывает разогрев внутри всей массы.
При необходимости плавки небольшого количества легкоплавких металлов используют муфельные печи. В них температура поднимается до 1000…1200 ⁰С, что достаточно для плавки цветных металлов.
Черные металлы расплавляют в конвекторах, мартенах и индукционных печах. Процесс идет с добавлением легирующих компонентов, улучшающих качество металла.
Сложнее всего проводить работу с тугоплавкими металлами. Проблема в том, что нужно использовать материалы, имеющие температуру более высокую, чем температура плавления самого металла.
В настоящее время авиационная промышленность рассматривает использование в качестве конструкционного материала Титан (Ti). При высокой скорости полета в атмосфере происходит разогрев обшивки.
Поэтому нужна замена алюминию и его сплавам (AL).
Максимальная температура плавления этого довольного легкого металла привлекает конструкторов. Поэтому технологи разрабатывают технологические процессы и оборудование, чтобы производить детали из титана и его сплавов.
Сплавы металлов
Чтобы проектировать изделия из сплавов, сначала изучают их свойства. Для изучения в небольших емкостях расплавляют изучаемые металлы в разном соотношении между собой. По итогам строят графики.
Нижняя ось представляет концентрацию компонента А с компонентом В. По вертикали рассматривают температуру. Здесь отмечают значения максимальной температуры, когда весь металл находится в расплавленном состоянии.
При охлаждении один из компонентов начинает образовывать кристаллы. В жидком состоянии находится эвтектика – идеальное соединение металлов в сплаве.
Металловеды выделяют особое соотношение компонентов, при котором температура плавления минимальная. Когда составляют сплавы, то стараются подбирать количество используемых веществ, чтобы получать именно эвтектоидный сплав. Его механические свойства наилучшие из возможных. Кристаллические решетки образуют идеальные гранецентрированные положения атомов.
Изучают процесс кристаллизации путем исследования твердения образцов при охлаждении. Строят специальные графики, где наблюдают, как изменяется скорость охлаждения. Для разных сплавов имеются готовые диаграммы. Отмечая точки начала и конца кристаллизации, определяют состав сплава.
Сплав Вуда
В 1860 г. американский зубной техник Барнабас Вуд искал оптимальные соотношения компонентов, чтобы изготавливать зубы для клиентов при минимальных температурах плавления. Им был найден сплав, который имеет температуру плавления всего 60,2…68,5 ⁰С. Даже в горячей воде металл легко расплавляется. В него входят:
- олово — 12,5…12,7 %;
- свинец — 24,5…25,0 %;
- висмут — 49,5…50,3 %;
- кадмий — 12,5…12,7 %.
Сплав интересен своей низкой температурой, но практического применения так и не нашел. Внимание! Кадмий и свинец – это тяжелые металлы, контакт с ними не рекомендован. У многих людей могут происходить отравления при контакте с кадмием.
Сплавы для пайки
На практике многие сталкиваются с плавлением при пайке деталей. Если поверхности соединяемых материалов очищены от загрязнений и окислов, то их нетрудно спаять припоями. Принято делить припои на твердые и мягкие. Мягкие получили наибольшее распространение:
- ПОС-15 — 278…282 °C;
- ПОС-25 — 258…262 °C;
- ПОС-33 — 245…249 °C;
- ПОС-40 — 236…241 °C;
- ПОС-61 — 181…185 °C;
- ПОС-90 — 217…222 °C.
Их выпускают для предприятий, изготавливающих разные радиотехнические приборы.
Твердые припои на основе цинка, меди, серебра и висмута имеют более высокую температуру плавления:
- ПСр-10 — 825…835 °С;
- ПСр-12 — 780…790 °С;
- ПСр-25 — 760…770 °С;
- ПСр-45 — 715…721 °С;
- ПСр-65 — 738…743 °С;
- ПСр-70 — 778…783 °С;
- ПМЦ-36 — 823…828 °С;
- ПМЦ-42 — 830…837 °С;
- ПМЦ-51 — 867…884 °С.
Использование твердых припоев позволяет получать прочные соединения.
Внимание! Ср означает, что в составе припоя использовано серебро. Такие сплавы обладают минимальным электрическим сопротивлением.
Температура плавления неметаллов
Неметаллические материалы могут быть представлены в твердом и жидком виде. Неорганические вещества представлены в табл. 4.
Таблица 4, температура плавления неорганических неметаллов:
На практике для пользователей наибольший интерес представляют органические материалы: полиэтилен, полипропилен, воск, парафин и другие. Температура плавления некоторых веществ показана в табл. 5.
Таблица 5, температура плавления полимерных материалов:
Внимание! Под температурой стеклования понимают состояние, когда материал становится хрупким.
Видео: температура плавления известных металлов.
Заключение
- Температура плавления зависит от природы самого вещества. Чаще всего – это постоянная величина.
- На практике используют не чистые металлы, а их сплавы. Обычно они имеют свойства гораздо лучше, чем чистый металл.
Re by Blog Post ter
Металлы с самыми низким температурами плавления: топ-10
Привычным стереотипом является, что металл – это обязательно нечто тяжёлое, прочное, блестящее. Из металлов делают инструменты и механизмы, оружие и украшения. Металлы используют для защиты от непогоды и хранения пищи. Даже в язык проник стереотип — фраза «возьми какую-нибудь железяку» имеет вполне конкретный и ёмкий смысл.
Однако, твёрдые, прочные и жаростойкие далеко не все металлы. И вещества, такие как натрий, галлий, ртуть — находят необычные применения.
Сегодня, поговорим о десяти металлах с самыми низкими температурами плавления.
Олово (231°C)
Химический элемент, занимающий в периодической таблице юбилейное, пятидесятое место известен человечеству с древнейших времён.
Первые капли олова (латинское наименование Stannum) первобытные люди заметили в своих кострах ещё за 4 тысячи лет до нашей эры. Немудрено — ведь олово плавится при температуре всего при 231°C.
При этом дерево ещё только-только начинает обугливаться и робко гореть.
После застывания «слёзы», которыми плакал в огне красивый тяжёлый камень кассидерит, сохраняли форму, в которой им довелось застыть. Так появились первые металлические предметы кухонного быта.
Когда же удалось вытопить из зелёного малахита рыжую медь, оказалось, что смесь меди с оловом гораздо прочнее любого из металлов по отдельности. Тут-то цивилизация и начала бурно развиваться. Оружие, доспехи, посуда, инструменты — всё делали из прочной и красивой бронзы.
При какой температуре плавится
Металлические элементы, какими бы они ни были — плавятся почти один в один. Этот процесс происходит при нагреве. Оно может быть, как внешнее, так и внутреннее.
Первое проходит в печи, а для второго используют резистивный нагрев, пропуская электричество либо индукционный нагрев. Воздействие выходит практически схожее. При нагреве, увеличивается амплитуда колебаний молекул.
Образуются структурные дефекты решётки, которые сопровождаются обрывом межатомных связей. Под процессом разрушения решётки и скоплением подобных дефектов и подразумевается плавление.
У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:
- Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
- Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
- Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.
Плавление железа
Температура плавления железа достаточно высока. Для технически чистого элемента требуется температура +1539 °C. В этом веществе имеется примесь — сера, а извлечь ее допустимо лишь в жидком виде.
Интересное: Как варить чугун
Без примесей чистый материал можно получить при электролизе солей металла.
Плавление чугуна
Чугун – это лучший металл для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий показатель усадки дают возможность эффективнее пользоваться им при литье. Далее рассмотрим показатели температуры кипения чугуна в градусах Цельсия:
- Серый — температурный режим может достигать отметки 1260 градусов. При заливке в формы температура может подниматься до 1400.
- Белый — температура достигает отметки 1350 градусов. В формы заливается при показателе 1450.
Важно! Показатели плавления такого металла, как чугун – на 400 градусов ниже, по сравнению со сталью. Это значительно снижает затраты энергии при обработке.
Плавление стали
Плавления стали при температуре 1400 °C
Сталь — это сплав железа с примесью углерода. Её главная польза — прочность, поскольку это вещество способно на протяжении длительного времени сохранять свой объем и форму. Связано это с тем, что частицы находятся в положении равновесия. Таким образом силы притяжения и отталкивания между частицами равны.
Справка! Сталь плавится при 1400 °C.
Плавление алюминия и меди
Температура плавления алюминия равна 660 градусам, это означает то, что расплавить его можно в домашних условиях.
Чистой меди – 1083 градусов, а для медных сплавов составляет от 930 до 1140 градусов.
Литий (180°C)
Этот удивительный металл, открыли только в начале XIX века. Литий (Lithium, элемент №3) довольно легкоплавкий — жидкий метал температуры всего 180°C можно помешивать даже деревянной ложечкой.
Литий отличается очень малой плотностью — вдвое легче воды! Металл относится к группе щелочных и довольно активен химически (поэтому его так долго не могли открыть).
В современном мире литий широко используется для создания удивительных сплавов — твёрдых, лёгких и жаропрочных. Без лития не обходится ни одна современная электронная штучка. Ведь литий является ключевым компонентом компактных и ёмких аккумуляторов. А ещё, именно литий придаёт замечательный алый цвет фейерверкам.
Важность рассматриваемого показателя
Температура плавления материалов учитывается практически во всех сферах их применения.
Примером можно назвать то, что на момент рождения авиации не могли использовать обычный алюминий, так как он быстро нагревался из-за трения и терял свои линейные размеры.
Появление дюралюминия существенно изменило мир авиации. После его открытия все дирижабли и самолеты стали изготавливать при обширном применении этого сплава.
Нагреву подвергаются и многие другие ответственные детали различных механизмов. Примером назовем ведущие валы различных механизмов, звездочки и шестерни, которые из-за непосредственного контакта также теряют свою твердость, что приводит к повышенному износу.
Существует довольно большое количество справочников, в которых указывается температура плавления для всех металлов и иных сплавов. При рассмотрении этого показателя следует учитывать химический состав. Даже незначительное изменение концентрации одного из элементов приведет к повышению или понижению температуры перестроения кристаллической решетки.
Индий (157°C)
В конце XIX века химикам удалось открыть и выделить в чистом виде элемент, занявший в периодической таблице клетку №49. Индий (Indium) — довольно тяжёлый (почти как железо) металл, плавящийся при 157°C.
Этот материал поразительно мягок и пластичен. Мягче этого металла только тальк! Невероятное свойство сделало индий незаменимым в радиоэлектронике. Тонкие индиевые полоски, нанесённые на стекло, хорошо проводят электрический ток — но при этом совершенно прозрачны. Так делают уже привычные нам плоские экраны на основе «жидких кристаллов» (LCD).
Сплавы для пайки
На практике многие сталкиваются с плавлением при пайке деталей. Если поверхности соединяемых материалов очищены от загрязнений и окислов, то их нетрудно спаять припоями. Принято делить припои на твердые и мягкие. Мягкие получили наибольшее распространение:
- ПОС-15 — 278…282 °C;
- ПОС-25 — 258…262 °C;
- ПОС-33 — 245…249 °C;
- ПОС-40 — 236…241 °C;
- ПОС-61 — 181…185 °C;
- ПОС-90 — 217…222 °C.
Их выпускают для предприятий, изготавливающих разные радиотехнические приборы.
Твердые припои на основе цинка, меди, серебра и висмута имеют более высокую температуру плавления:
- ПСр-10 — 825…835 °С;
- ПСр-12 — 780…790 °С;
- ПСр-25 — 760…770 °С;
- ПСр-45 — 715…721 °С;
- ПСр-65 — 738…743 °С;
- ПСр-70 — 778…783 °С;
- ПМЦ-36 — 823…828 °С;
- ПМЦ-42 — 830…837 °С;
- ПМЦ-51 — 867…884 °С.
Использование твердых припоев позволяет получать прочные соединения.
Внимание! Ср означает, что в составе припоя использовано серебро. Такие сплавы обладают минимальным электрическим сопротивлением.
Натрий (97,8°C)
Натрий (Natrium, 11-й элемент) может расплавиться даже в кипятке — 97,8°C. Но мы бы не советовали позволить даже маленькому кусочку натрия упасть в воду (хотя бы и ледяную). Щелочной металл натрий очень активен химически и немедленно реагирует, отделяя от молекул воды водород и превращаясь в сильнейшую щелочь.
При этом выделяется много тепла, которое тут же поджигает освободившийся водород. Взрыв и пожар! Такие материалы как натрий хранят в керосине, что исключает их контакт с водой и влагой воздуха.
Как очень активный элемент, натрий в том или ином виде присутствует вокруг нас в огромных количествах. Взять хотя бы хлорид натрия — обычная поваренная соль.
Что такое температура плавления
Каждый металл имеет неповторимые свойства, и в этот список входит температура плавления. При плавке металл уходит из одного состояния в другое, а именно из твёрдого превращается в жидкое.
Чтобы сплавить металл, нужно приблизить к нему тепло и нагреть до необходимой температуры – этот процесс и называется температурой плавления. В момент, когда температура доходит до нужной отметки, он ещё может пребывать в твёрдом состоянии.
Если продолжать воздействие – металл или сплав начнет плавиться.
Интересное: Контроль неразрушающий соединения сварные методы ультразвуковые
Плавление и кипение – это не одно и то же. Точкой перехода вещества из твердого состояния в жидкое, зачастую называют температуру плавления металла. В расплавленном состоянии у молекул нет определенного расположения, но притяжение сдерживает их рядом, в жидком виде кристаллическое тело оставляет объем, но форма теряется.
При кипении объем теряется, молекулы между собой очень слабо взаимодействуют, движутся хаотично в разных направлениях, совершают отрыв от поверхности. Температура кипения – это процесс, при котором давление металлического пара приравнивается к давлению внешней среды.
Для того, чтобы упростить разницу между критическими точками нагрева мы подготовили для вас простую таблицу:
| Свойство | Температура плавки | Температура кипения |
| Физическое состояние | Сплав переходит в расплав, разрушается кристаллическая структура, проходит зернистость | Переходит в состояние газа, некоторые молекулы могут улетать за пределы расплава |
| Фазовый переход | Равновесие между твердым состоянием и жидким | Равновесие давления между парами металла и воздухом |
| Влияние внешнего давления | Нет изменений | Изменения есть, температура уменьшается при разряжении |
Калий (63,5°C)
Близкий родственник натрия — калий. Элемент №19 (Kalium) также бурно реагирует с водой, образуя щёлочь, и также легкоплавок — 63,5°C. А вот съедобных соединений калия почти нет, и в этом он полная противоположность натрию. Хотя в ограниченно малых количествах организму всё-таки необходим (микроэлемент).
В чистом виде калий практического применения не имеет. Но его многочисленные соединения с древних времён известны как удобрения, моющие средства, важные компоненты многих химических процессов.
Рубидий (39,31°C)
37-й элемент таблицы — рубидий (Rubidium) плавится всего при 39,31°C. Кусочек рубидия может растаять на блюдце как сливочное масло. Это лёгкий металл, его плотность лишь немного превышает плотность воды. Но реагирует с водой рубидий не менее бурно, чем его близкие родственники калий и натрий.
Рубидий удивителен своими химическими свойствами. Сам по себе щелочной металл очень легко вступает в разнообразные химические реакции.
Но при этом соли рубидия и его сплавы с другими металлами являются хорошими катализаторами реакций. То есть, значительно ускоряют процесс, при этом совершенно не расходуясь сами по себе.
Это делает рубидий ценным материалом для химической промышленности и радиоэлектроники.
Твердое и жидкое состояние металла
Многие знакомы с металлами и сплавами по их твердому состоянию. Они встречаются практически во всех сферах деятельности. Только в металлургии и в производственных цехах металл встречается в жидком состоянии. Это связано с тем, что для преобразования кристаллической решетки приходится проводить нагрев сырья до рекордных температур.
Твердое состояние характеризуется следующими качествами:
- Структура держит свою форму. Сталь известна тем, что может выдерживать серьезную нагрузку в течение длительного периода.
- Каждому материалу свойственны свои показатели прочности и твердости, вязкости.
- Постоянный химический состав. Поверхность стали или других сплавов может реагировать на воздействие химических веществ, окисляться или покрываться коррозий, но вот химический состав остается неизменным.
- Возможность обработки резанием. При повышении пластичности не образуется стружка на момент механической обработки, что существенно усложняет процесс.
В жидком или вязком состоянии металл приобретает совсем другие свойства:
- Высокая пластичность позволяет выполнять литье по форме, ковку или проводить другую обработку, связанную с пластической деформацией заготовок.
- Есть возможность изменить химический состав путем добавления легирующих элементов. За счет подвижной кристаллической решетки можно проводить насыщение структуры стали хромом, никелем, титаном и многими другими веществами.
- Термическая обработка проводится также при температуре, которая приводит к перестроению кристаллической решетки. Однако при закалке металл сохраняет свою форму, то есть структура остается твердой.
Существуют сплавы, которые можно разогреть до жидкого состояния и в домашних условиях. Примером можно назвать олово, применяемое при изготовлении припоя. Температура плавления олова находится в пределах 250 градусов Цельсия. Этот показатель нагрева можно достигнуть при применении обычного паяльника.
Цезий (28,5°C)
Очень мягкий серебристый металл буквально плавится в руках. При температуре 28,5°C цезий (Caesium) становится жидкостью и буквально утекает между пальцев. Но не вздумайте провести такой опыт! Из всех щелочных металлов элемент №55 самый химически активный (уступая лишь францию).
На открытом воздухе цезий моментально окисляется, образуя яркое пламя. А при попадании в воду просто взрывается. Цезий ухитряется поджечь даже лёд! Более того, образовавшийся при реакции с водой гидроксид цезия разъедает стекло — и потихоньку грызёт сосуды из золота и даже платины.
А вот в электронике такая активность цезия позволяет делать очень чувствительные фотоэлементы и часы поистине космической точности.
Франций (27°C)
Элемент, занимающий 89-ю ячейку периодической таблицы — франций (Francium) — очень похож на цезий. Франций плавится при 27°C, но до этого неимоверно активный щелочной металл ещё требуется сберечь.
Мало того, что франций бурно реагирует буквально со всем подряд — он ещё и очень радиоактивен! Буквально через полчаса от килограмма франция останется — хорошо если горстка — разнообразных сильно излучающих продуктов деления.
Впрочем, в таких количествах его никто никогда и не видел. Неудивительно, что в природе этот элемент один из самых редко встречающихся. Да и практического применения ему так и не нашлось.
Галлий (26,79°C)
А вот серебристый металл галлий (Gallium — ещё до открытия элемента Д.И. Менделеев заранее оставил ему в таблице клеточку № 31) встречается гораздо чаще и нередко применяется просто для забав. Плавится он почти как цезий, при 26,79°C, но в остальном разительно отличается от своего «нервного» братца.
Внешне и по механическим свойствам галлий очень похож на алюминий. Лёгок, теплопроводен, в чистом виде довольно хрупок. Мгновенно образующаяся на воздухе плотная плёнка окислов так же хорошо защищает его от разрушения.
В чистом виде галлий практически не находит применения. А вот его соли и, особенно, легкоплавкие сплавы нашли широчайшее применение в ядерной физике, радиоэлектронике, измерительной технике.
Ртуть (-38,87°C)
Все мы хорошо знакомы со ртутью — даже сегодня, в век электроники, вряд ли найдётся хоть один человек, которому не измеряли бы температуру тела ртутным термометром. Но мало кто задумывается, что очень текучая тяжёлая серебристая жидкость — самый настоящий металл!
Да-да, элемент №80, Hydrargyrum, плавится на самом лютом морозе — температура кристаллизации ртути почти минус сорок градусов (-38,87°C).
Человечество знакомо со ртутью с древнейших времён. Ртуть находит широчайшее применение в технике, химии, металлургии. Этот элемент достоин отдельного, немаленького рассказа — а сегодня он гордо венчает наш рейтинг.
1 0
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Температура плавления металлов — Южный механо-литейный завод
Каждый металл и сплав имеет собственный уникальный набор физических и химических свойств, среди которых не последнее место занимает температура плавления металлов.
Сам процесс означает переход тела из одного агрегатного состояния в другое, в данном случае, из твердого кристаллического состояния в жидкое. Чтобы расплавить металл, необходимо подводить к нему тепло до достижения температуры плавления.
При ней он все еще может оставаться в твердом состоянии, но при дальнейшем воздействии и повышении тепла металл начинает плавиться. Если температуру понизить, то есть отвести часть тепла, элемент затвердеет.
Самая высокая температура плавления металлов у вольфрама: она составляет 3422 °C, самая низкая — у ртути: элемент плавится уже при — 39 °C. Определить точное значение для сплавов, как правило, не представляет возможности: оно может значительно колебаться в зависимости от процентного соотношения компонентов. Их обычно записывают в виде числового промежутка.
Плавление всех металлов происходит примерно одинаково — при помощи внешнего или внутреннего нагревания. Первый осуществляется в термической печи, для второго используют резистивный нагрев при пропускании электрического тока или индукционный нагрев в высокочастотном электромагнитном поле. Оба варианта воздействуют на металл примерно одинаково.
При увеличении температуры увеличивается и амплитуда тепловых колебаний молекул, возникают структурные дефекты решетки, выражающиеся в росте дислокаций, перескоке атомов и других нарушениях.
Это сопровождается разрывом межатомных связей и требует определенного количества энергии. В это же время происходит образование квази-жидкого слоя на поверхности тела.
Период разрушения решетки и накопления дефектов называется плавлением.
Взависимости от температуры плавления металлы делятся на:
- Легкоплавкие: им необходимо не более 600°C. Это цинк, свинец, виснут, олово.
- Среднеплавкие: температура плавления колеблется от 600°C до 1600°C. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
- Тугоплавкие: требуется температура свыше 1600°C, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.
В зависимости от температуры плавления металлов выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.
Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости. Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.
Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.
- Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
- Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.
Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600°C )
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Олово | Sn | 232 °C | 2600 °C |
| Свинец | Pb | 327 °C | 1750 °C |
| Цинк | Zn | 420 °C | 907 °C |
| Калий | K | 63,6 °C | 759 °C |
| Натрий | Na | 97,8 °C | 883 °C |
| Ртуть | Hg | — 38,9 °C | 356.73 °C |
| Цезий | Cs | 28,4 °C | 667.5 °C |
| Висмут | Bi | 271,4 °C | 1564 °C |
| Палладий | Pd | 327,5 °C | 1749 °C |
| Полоний | Po | 254 °C | 962 °C |
| Кадмий | Cd | 321,07 °C | 767 °C |
| Рубидий | Rb | 39,3 °C | 688 °C |
| Галлий | Ga | 29,76 °C | 2204 °C |
| Индий | In | 156,6 °C | 2072 °C |
| Таллий | Tl | 304 °C | 1473 °C |
| Литий | Li | 18,05 °C | 1342 °C |
Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600°C до 1600°C )
| Название элемента | Латинское обозначение | Температураы | |
| Плавления | Кипения | ||
| Алюминий | Al | 660 °C | 2519 °C |
| Германий | Ge | 937 °C | 2830 °C |
| Магний | Mg | 650 °C | 1100 °C |
| Серебро | Ag | 960 °C | 2180 °C |
| Золото | Au | 1063 °C | 2660 °C |
| Медь | Cu | 1083 °C | 2580 °C |
| Железо | Fe | 1539 °C | 2900 °C |
| Кремний | Si | 1415 °C | 2350 °C |
| Никель | Ni | 1455 °C | 2913 °C |
| Барий | Ba | 727 °C | 1897 °C |
| Бериллий | Be | 1287 °C | 2471 °C |
| Нептуний | Np | 644 °C | 3901,85 °C |
| Протактиний | Pa | 1572 °C | 4027 °C |
| Плутоний | Pu | 640 °C | 3228 °C |
| Актиний | Ac | 1051 °C | 3198 °C |
| Кальций | Ca | 842 °C | 1484 °C |
| Радий | Ra | 700 °C | 1736,85 °C |
| Кобальт | Co | 1495 °C | 2927 °C |
| Сурьма | Sb | 630,63 °C | 1587 °C |
| Стронций | Sr | 777 °C | 1382 °C |
| Уран | U | 1135 °C | 4131 °C |
| Марганец | Mn | 1246 °C | 2061 °C |
| Константин | 1260 °C | ||
| Дуралюмин | Сплав алюминия, магния, меди и марганца | 650 °C | |
| Инвар | Сплав никеля и железа | 1425 °C | |
| Латунь | Сплав меди и цинка | 1000 °C | |
| Нейзильбер | Сплав меди, цинка и никеля | 1100 °C | |
| Нихром | Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия | 1400 °C | |
| Сталь | Сплав железа и углерода | 1300 °C — 1500 °C | |
| Фехраль | Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния | 1460 °C | |
| Чугун | Сплав железа и углерода | 1100 °C — 1300 °C |
Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600°C )
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Вольфрам | W | 3420 °C | 5555 °C |
| Титан | Ti | 1680 °C | 3300 °C |
| Иридий | Ir | 2447 °C | 4428 °C |
| Осмий | Os | 3054 °C | 5012 °C |
| Платина | Pt | 1769,3 °C | 3825 °C |
| Рений | Re | 3186 °C | 5596 °C |
| Хром | Cr | 1907 °C | 2671 °C |
| Родий | Rh | 1964 °C | 3695 °C |
| Рутений | Ru | 2334 °C | 4150 °C |
| Гафний | Hf | 2233 °C | 4603 °C |
| Тантал | Ta | 3017 °C | 5458 °C |
| Технеций | Tc | 2157 °C | 4265 °C |
| Торий | Th | 1750 °C | 4788 °C |
| Ванадий | V | 1910 °C | 3407 °C |
| Цирконий | Zr | 1855 °C | 4409 °C |
| Ниобий | Nb | 2477 °C | 4744 °C |
| Молибден | Mo | 2623 °C | 4639 °C |
| Карбиды гафния | 3890 °C | ||
| Карбиды ниобия | 3760 °C | ||
| Карбиды титана | 3150 °C | ||
| Карбиды циркония | 3530 °C |
ᐉ Температуры плавления металлов разных групп — как происходит процесс плавления
Температурой плавления металла обозначают значение, при котором разрушается кристаллическая решетка металлического вещества с сохранением его объема. Перейдя этот порог, вещества теряют свои первоначальные свойства: форму, твердость, пластичность.
Металл не является исключением. В физике принято считать эту характеристику постоянной величиной для отдельных веществ, но в реальности всё обстоит немного иначе.
Сплавы, которые используются в промышленности, включают в себя металлические элементы с различными показателями этого параметра.
Кристаллические решетки, образованные в процессе застывания сплава, отличаются от своих предшественников и в результате отличается и температура плавления металла. В зависимости от этого показателя принято разделять все сплавы на:
- легкоплавкие;
- средне плавкие;
- тугоплавкие.
Рассмотрим, какие параметры, необходимые для плавления, присущи той или иной группе металлов, а также выделим основных их представителей.
Температуры плавления металлов разных групп
Металлы, которые при нагревании до 600 градусов по Цельсию теряют свои свойства, называют легкоплавкими. К таким относятся сплавы, используемые для создания бытовой техники или электроники.
Они зачастую служат для соединения проводов и металлических элементов. Такие элементы можно расплавить самостоятельно с помощью паяльника или на газовой плите.
Самыми часто используемыми представителями группы являются олово с температурой плавления 231,9 градуса и цинк — он плавится при 419,5 градусах по Цельсию.
Среднеплавкие сплавы начинают терять свойства при температуре от 600 до 1600 градусов по Цельсию. К этой группе относят медь, алюминий, золото и серебро.
Эти элементы используются для изготовления арматур, плит и листов, а ещё в декоре и ювелирной индустрии. Часто такие изделия применяются в строительстве, автомобилестроении и авиастроении.
Низший показатель в этой группе принадлежит алюминию — 660,3 градусов по Цельсию.
К драгоценным металлам часто добавляют медь, повышая при этом порог плавления. Например, температура плавления сплава меди и золота равна 1084 градусам по Цельсию.
К среднеплавким также относится и железо, обладающие порогом плавления в 1538 градусов — один из самых высоких показателей в группе. Железо нашло свое применение в основном в строительстве и автопромышленности.
Несмотря на очевидные преимущества, железо легко поддается коррозии, что вынуждает к дополнительной обработке сплава.
К тугоплавким металлам относят сплавы, которые меняют своё состояние из твердого в жидкое, когда их температура становится больше 1600 градусов. Вольфрам, хром, а также титан и платина причисляются именно к этой группе.
Применяются такие элементы в изделиях, от которых требуется стойкость к давлению, механическим и термическим нагрузкам — например, в несущих деталях кузовов автомобилей. Также их используют для плавления других металлов, а также для изготовления проводов и нитей накаливания. Платина плавится при 1769 градусах, в то время как вольфрам теряет свои свойства при 3420 градусах по Цельсию.
Отметим, что повышение давления, оказываемое в процессе плавке на сплав, способствует снижению температуры расплавления.
Говоря про группы металлов и их категорию плавления, важно вспомнить про ртуть. Она является жидким металлом, даже находясь в нормальных условиях.
Всего 39 градусов по Цельсию достаточно для того, чтобы ртуть стала жидкой.
Пары этого металла являются токсичным веществом для человека, поэтому эксплуатировать предметы, в состав которых входит ртуть, стоит с осторожностью. К таким относятся ртутные градусники, термометры и барометры.
Температура плавления некоторых металлов
| Название | ℃ |
| Олово | 231,9 |
| Цинк | 419,5 |
| Сталь | 1300-1500 |
| Алюминий | 660,3 |
| Золото | 1064 |
| Серебро | 961,8 |
| Железо | 1538 |
| Медь | 1084 |
| Вольфрам | 3422 |
| Титан | 3150 |
| Кремний | 1414 |
| Хром | 1907 |
| Платина | 1768 |
Загрузка...
