T topljenje. Temperatura topljenja, svojstva i samotopljenje livenog gvožđa

Skoro svi metali su čvrste materije u normalnim uslovima. Ali na određenim temperaturama, oni mogu promijeniti svoje stanje agregacije i postati tekući. Hajde da saznamo koja je najviša tačka topljenja metala? Šta je najniže?

Tačka topljenja metala

Većina elemenata u periodnom sistemu su metali. Trenutno ih ima oko 96. Svima su potrebni različiti uslovi da se pretvore u tečnost.

Prag zagrijavanja čvrstih kristalnih tvari, preko kojeg one postaju tečne, naziva se tačka topljenja. U metalima fluktuira unutar nekoliko hiljada stepeni. Mnogi od njih prelaze u tečnost s relativno visokim zagrijavanjem. Zbog toga su čest materijal za proizvodnju lonaca, tava i drugih kuhinjskih aparata.

Srebro (962 °C), aluminijum (660,32 °C), zlato (1064,18 °C), nikal (1455 °C), platina (1772 °C), itd. imaju prosečne tačke topljenja. Postoji i grupa vatrostalnih i niskotopljivih metala. Prvom je potrebno više od 2000 stepeni Celzijusa da se pretvori u tečnost, drugom manje od 500 stepeni.

Metali niskog topljenja obično uključuju kalaj (232 °C), cink (419 °C), olovo (327 °C). Međutim, neki od njih mogu imati i niže temperature. Na primjer, francij i galijum se tope već u ruci, a cezijum se može zagrijati samo u ampuli, jer se zapali od kisika.

Najniže i najviše tačke topljenja metala prikazane su u tabeli:

Tungsten

Najviša tačka topljenja je metal volfram. Iznad njega u ovom indikatoru je samo nemetalni ugljik. Volfram je svijetlo siva sjajna supstanca, vrlo gusta i teška. Kipi na 5555 °C, što je skoro jednako temperaturi Sunčeve fotosfere.

U sobnim uslovima slabo reaguje sa kiseonikom i ne korodira. Uprkos svojoj vatrostalnosti, prilično je duktilan i može se kovati čak i kada se zagrije na 1600 °C. Ova svojstva volframa se koriste za filamente u lampama i kineskopi elektroda za zavarivanje. Većina iskopanog metala je legirana čelikom kako bi se povećala njegova čvrstoća i tvrdoća.

Volfram se široko koristi u vojnoj sferi i tehnologiji. Neophodan je za proizvodnju municije, oklopa, motora i najvažnijih delova vojnih vozila i aviona. Koristi se i za izradu hirurških instrumenata, kutija za skladištenje radioaktivnih supstanci.

Merkur

Živa je jedini metal čija je tačka topljenja minus. Osim toga, to je jedan od dva hemijska elementa čije jednostavne supstance u normalnim uslovima postoje u obliku tečnosti. Zanimljivo je da metal ključa kada se zagrije na 356,73 °C, što je mnogo više od njegove tačke topljenja.

Srebrno-bijele je boje i izraženog sjaja. Isparava već u sobnim uslovima, kondenzujući se u male kuglice. Metal je veoma toksičan. U stanju je da se akumulira u unutrašnjim organima osobe, uzrokujući bolesti mozga, slezene, bubrega i jetre.

Živa je jedan od sedam prvih metala poznatih čovjeku. U srednjem vijeku smatran je glavnim alhemijskim elementom. Uprkos svojoj toksičnosti, nekada se koristio u medicini kao deo zubnih plombi, ali i kao lek za sifilis. Sada je živa gotovo potpuno isključena iz lijekova, ali se široko koristi u mjernim instrumentima (barometri, manometri), za proizvodnju lampi, prekidača, zvona.

Legure

Da bi se promijenila svojstva metala, on se legira s drugim tvarima. Dakle, ne samo da može dobiti veću gustoću, snagu, već i smanjiti ili povećati tačku topljenja.

Legura se može sastojati od dva ili više hemijskih elemenata, ali barem jedan od njih mora biti metal. Takve "mješavine" se vrlo često koriste u industriji, jer vam omogućavaju da dobijete upravo one kvalitete materijala koji su potrebni.

Tačka topljenja metala i legura zavisi od čistoće prvih, kao i od proporcija i sastava drugih. Za dobijanje topljivih legura najčešće se koriste olovo, živa, talij, kalaj, kadmijum i indijum. Oni koji sadrže živu nazivaju se amalgami. Jedinjenje natrijuma, kalijuma i cezijuma u omjeru 12%/47%/41% postaje tečnost već na minus 78 °C, amalgam žive i talijuma na minus 61 °C. Najvatrostalniji materijal je legura tantala i hafnij karbida u omjeru 1:1 s tačkom topljenja od 4115 °C.

Pri čemu se kristalna rešetka metala razara i on prelazi iz čvrstog u tekuće stanje.

Tačka topljenja metala je pokazatelj temperature zagrijanog metala, po dostizanju koje počinje proces (topljenje). Sam proces je obrnut od kristalizacije i neraskidivo je povezan s njom. Da istopim metal? mora se zagrijati pomoću vanjskog izvora topline do tačke topljenja, a zatim nastaviti s dovodom topline kako bi se prevladala energija faznog prijelaza. Činjenica je da sama vrijednost tačke topljenja metala ukazuje na temperaturu na kojoj će materijal biti u faznoj ravnoteži, na granici između tekućine i čvrste tvari. Na ovoj temperaturi, čisti metal može istovremeno postojati u čvrstom i tekućem stanju. Za izvođenje procesa topljenja potrebno je pregrijati metal nešto iznad ravnotežne temperature kako bi se osigurao pozitivan termodinamički potencijal. Dajte poticaj procesu.

Tačka topljenja metala je konstantna samo za čiste supstance. Prisustvo nečistoća će pomjeriti potencijal ravnoteže u jednom ili drugom smjeru. To je zato što metal sa nečistoćama formira drugačiju kristalnu rešetku, a sile interakcije atoma u njima će se razlikovati od onih prisutnih u čistim materijalima.U zavisnosti od tačke topljenja, metali se dele na topljive (do 600°C, kao npr. galijum, živa), srednje topljive (600-1600°C, bakar, aluminijum) i vatrostalne (>1600°C, volfram, molibden).

U modernom svijetu čisti metali se rijetko koriste zbog činjenice da imaju ograničen raspon fizičkih svojstava. Industrija dugo i gusto koristi razne kombinacije metala - legura, čije su sorte i karakteristike mnogo veće. Tačka topljenja metala koji čine različite legure također će se razlikovati od tačke topljenja njihove legure. Različite koncentracije tvari određuju redoslijed njihovog topljenja ili kristalizacije. Ali postoje ravnotežne koncentracije pri kojima se metali koji čine leguru istovremeno skrućuju ili tope, odnosno ponašaju se kao homogeni materijal. Takve legure se nazivaju eutektičke.

Poznavanje temperature topljenja je veoma važno pri radu s metalom, ova vrijednost je neophodna kako u proizvodnji, za proračun parametara legura, tako i u radu metalnih proizvoda, kada temperatura faznog prijelaza materijala od kojeg se proizvodi proizvod određuje ograničenja u njegovoj upotrebi. Radi praktičnosti, ovi podaci su sažeti u jedno topljenje metala - sažeti rezultat fizičkih studija karakteristika različitih metala. Postoje i slične tablice za legure. Tačka topljenja metala takođe značajno zavisi od pritiska, pa su podaci u tabeli relevantni za određenu vrednost pritiska (obično su to normalni uslovi kada je pritisak 101,325 kPa). Što je pritisak veći, to je viša tačka topljenja, i obrnuto.

Već u davna vremena ljudi su kopali i topili bakar. Ovaj metal se široko koristio u svakodnevnom životu i služio je kao materijal za izradu raznih predmeta. Naučili su kako napraviti bronzu prije otprilike 3 hiljade godina. Od ove legure napravljeno je dobro oružje. Popularnost bronce brzo se proširila, jer se metal odlikovao svojim lijepim izgledom i snagom. Od njega su se izrađivali nakit, lovački i radni alati, posuđe. Zbog niske tačke topljenja bakra, čovjek je brzo savladao njegovu proizvodnju.

Biti u prirodi

Metal je dobio latinski naziv Cuprum po imenu ostrva Kipar, gde je kopao u trećem milenijumu pre nove ere. e. U sistemu Mendeljejeva Cu je dobio broj 29 i nalazi se u 11. grupi četvrtog perioda.

U zemljinoj kori element je na 23. mjestu po rasprostranjenosti i češće se javlja u obliku sulfidnih ruda. Najčešći su bakarni sjaj i pirit. Danas se bakar vadi iz rude na nekoliko načina, ali svaka tehnologija podrazumijeva fazni pristup za postizanje rezultata.

Fizička svojstva

Metal je duktilan i prekriven oksidnim filmom na otvorenom za kratko vrijeme. Zahvaljujući ovom filmu, bakar ima i žućkasto-crvenu nijansu, a u otvoru filma boja može biti zelenkasto-plava. Po toplotnoj i električnoj provodljivosti Cuprum je na drugom mjestu nakon srebra.

• Gustina - 8,94×103 kg/m3.
• Specifična toplota pri T=20°C - 390 J/kg x K.
• Električni specifični na 20−100 °C - 1,78×10−8 Ohm/m.
• Tačka ključanja - 2595 ° C.
• Specifična električna provodljivost na 20°C - 55,5−58 MS/m.

Na kojoj temperaturi se topi bakar

Topljenje nastaje kada metal prelazi iz čvrstog u tečno stanje. Svaki element ima svoju tačku topljenja. Mnogo zavisi od nečistoća u metalu. Normalna tačka topljenja bakra je 1083 ° C. Kada se doda kalaj, temperatura pada na 930-1140 ° C. Tačka topljenja ovde zavisi od sadržaja kalaja u leguri. U leguri bakra s cinkom topljenje se događa na 900-1050 ° C.

Prilikom zagrijavanja bilo kojeg metala njegova kristalna rešetka je uništena. Tačka topljenja raste kako se zagrijava, ali se zatim snižava kada se dostigne određena temperaturna granica. U ovom trenutku, metal se topi. Potpuno se topi i temperatura ponovo raste.

Kada se metal ohladi, temperatura se smanjuje, u određenom trenutku ostaje na istom nivou dok se metal potpuno ne očvrsne. Nakon potpunog stvrdnjavanja, temperatura se ponovo smanjuje. To pokazuje fazni dijagram koji prikazuje temperaturni proces od početka topljenja do skrućivanja. Kada se zagrije, zagrijani bakar na 2560 ° C počinje ključati. Vrenje je slično ključanju tečnih materija, kada se oslobađa gas i na površini se pojavljuju mehurići. U trenutku ključanja na najvišim mogućim temperaturama počinje oslobađanje ugljika koji nastaje tokom oksidacije.

Topljenje kod kuće

Zbog niske tačke topljenja stari ljudi su mogli topiti bakar na vatri i koristiti metal za izradu raznih proizvoda.

Za topljenje bakra kod kuće trebat će vam:

Proces se odvija u fazama, metal se stavlja u lončić, a zatim se stavlja u muflnu peć. Postavlja se željena temperatura, a proces se prati kroz stakleni prozor. Pritom će se u posudi s Cu pojaviti oksidni film, koji se mora ukloniti - otvorite prozor i pomaknite ga čeličnom kukom.

U nedostatku muflne peći, bakar se može topiti autogeno. Topljenje će proći ako postoji normalan dovod zraka. Puhalica topi mesing i bronzu koja se niskog topljenja. Plamen mora pokriti cijeli lončić.

Ako nijedan od navedenih proizvoda nije pri ruci, možete koristiti ognjište postavljeno na sloj drvenog uglja. Za povećanje T možete koristiti usisivač uključen u režimu puhanja, ali crijevo mora imati metalni vrh, dobro je ako ima uži kraj, pa će mlaz zraka biti tanji.

Tačka topljenja bronce i mesinga, kao i tačka topljenja bakra i aluminijuma, je niska.

Danas se čisti Cu ne koristi u industrijskim uslovima. Sadrži mnoge nečistoće: nikl, gvožđe, arsen, antimon i druge elemente. Kvalitet proizvoda određuje se procentom nečistoća u leguri (ne više od 1%). Važni pokazatelji su toplinska i električna provodljivost. Zbog svoje duktilnosti, niske tačke topljenja i fleksibilnosti, bakar se široko koristi u mnogim industrijama.

Gustina i tačka topljenja nekih metala.

Metal	Atomska težina metala	Gustina metala, g/cm3	Tačka topljenja, C
Laki metali
Aluminijum
Teški metali
Mangan
Tungsten

Za metale su najkarakterističnije sljedeće osobine:
*metalni sjaj
*tvrdoća,
*plastika,
*duktilnost,
*dobra provodljivost toplote i struje.

Svi metali imaju metalnu kristalnu rešetku:
pozitivno nabijeni ioni nalaze se na njegovim čvorovima, a elektroni se slobodno kreću između njih.
Prisustvo slobodnih elektrona objašnjava visoku električnu i toplotnu provodljivost, kao i sposobnost mašinske obrade.

Toplotna provodljivost i električna provodljivost se smanjuju u nizu metala:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Svi metali su podijeljeni u dvije velike grupe:

Crni metali
Imaju tamno sivu boju, veliku gustinu, visoku tačku topljenja i relativno visoku tvrdoću.
Gvožđe je tipičan predstavnik crnih metala.

Obojeni metali
Imaju karakterističnu boju: crvena, žuta, bijela; imaju visoku plastičnost, nisku tvrdoću, relativno nisku tačku topljenja.
Tipičan predstavnik obojenih metala je bakar.

Prema svojoj gustini metali se dijele na:
*Pluća(gustina ne veća od 5 g/cm)
Laki metali uključuju: litijum, natrijum, kalijum, magnezijum, kalcijum, cezijum, aluminijum, barijum.
Najlakši metal je litijum 1l, gustine 0,534 g/cm3.
*težak(gustina veća od 5 g/cm3).
Teški metali uključuju: cink, bakar, gvožđe, kalaj, olovo, srebro, zlato, živu itd.
Najteži metal je osmijum, gustine 22,5 g/cm3.

Metali se razlikuju po svojoj tvrdoći:
*Soft: rezati čak i nožem (natrijum, kalijum, indijum);
*Solid: metali se upoređuju po tvrdoći sa dijamantom čija je tvrdoća 10. Hrom je najtvrđi metal, reže staklo.

Ovisno o tački topljenja, metali se uslovno dijele na :
*topljivi(tačka topljenja do 1539°C).
Metali niskog topljenja uključuju: živu - tačka topljenja -38,9°C; galijum - tačka topljenja 29,78°C; cezijum - tačka topljenja 28,5°C; i drugih metala.
*Vatrostalna(tačka topljenja iznad 1539 C).
Vatrostalni metali uključuju: hrom - tačka topljenja 1890°C; molibden - tačka topljenja 2620°C; vanadijum - tačka topljenja 1900°C; tantal - tačka topljenja 3015°C; i mnogi drugi metali.
Najvatrostalniji metal je volfram - tačka topljenja 3420°C.

Svaki metal ili legura ima jedinstvena svojstva, uključujući tačku topljenja. U ovom slučaju, predmet prelazi iz jednog stanja u drugo, u određenom slučaju prelazi iz čvrstog u tečno. Da bi se rastopio, potrebno ga je zagrijati i zagrijavati dok se ne postigne željena temperatura. U trenutku kada se postigne željena temperaturna tačka date legure, ona i dalje može ostati u čvrstom stanju. Uz kontinuirano izlaganje, počinje se topiti.

U kontaktu sa

Živa ima najnižu tačku topljenja - topi se čak i na -39 °C, volfram ima najvišu - 3422 °C. Za legure (čelik i druge) izuzetno je teško odrediti tačnu cifru. Sve ovisi o omjeru komponenti u njima. Za legure se piše kao numerički interval.

Kako je proces

Elementi, koji god da su: zlato, gvožđe, liveno gvožđe, čelik ili bilo koji drugi - tope se otprilike isto. To se događa s vanjskim ili unutrašnjim grijanjem. Vanjsko grijanje se vrši u termo peći. Za unutrašnje se koristi otporno grijanje, propuštanje električne struje ili indukcije grijanje u visokofrekventnom elektromagnetnom polju. Uticaj je otprilike isti.

Kada dolazi do zagrevanja amplituda termičkih vibracija molekula se povećava. pojavi se strukturni defekti rešetke praćeno prekidom međuatomskih veza. Period razaranja rešetke i nakupljanja defekata naziva se topljenje.

U zavisnosti od stepena topljenja metala, oni se dele na:

1. topljivi - do 600 ° C: olovo, cink, kalaj;
2. srednje topljenje - od 600°C do 1600°C: zlato, bakar, aluminijum, liveno gvožđe, gvožđe i pre svega elementi i jedinjenja;
3. vatrostalni - od 1600 ° C: hrom, volfram, molibden, titan.

U zavisnosti od maksimalnog stepena, bira se i aparat za topljenje. Trebalo bi da bude jače, to je jače zagrevanje.

Druga važna vrijednost je stepen ključanja. Ovo je parametar na kojem tečnosti počinju da ključaju. Po pravilu je dvostruko veći od stepena topljenja. Ove vrijednosti su direktno proporcionalne jedna drugoj i obično se daju pri normalnom pritisku.

Ako se pritisak poveća, povećava se i količina topljenja. Ako se pritisak smanji, onda se smanjuje.

Tablica karakteristika

Metali i legure - nezamjenjivi osnova za kovanje, ljevaonica, nakit i mnoge druge oblasti proizvodnje. Šta god majstor uradi ( zlatni nakit, ograde od livenog gvožđa, noževi od čelika ili bakrene narukvice), za pravilan rad, mora znati temperature na kojima se topi ovaj ili onaj element.

Da biste saznali ovaj parametar, trebate pogledati tabelu. U tabeli možete pronaći i stepen ključanja.

Među najčešće korištenim elementima u svakodnevnom životu, indikatori tačke topljenja su sljedeći:

1. aluminijum - 660 °C;
2. tačka topljenja bakra - 1083 °C;
3. tačka topljenja zlata - 1063 ° C;
4. srebro - 960 °C;
5. lim - 232 °C. Za lemljenje se često koristi kalaj, jer je temperatura radnog lemilice samo 250–400 stepeni;
6. olovo - 327 °C;
7. tačka topljenja gvožđa - 1539 ° C;
8. temperatura topljenja čelika (legura gvožđa i ugljenika) - od 1300 °C do 1500 °C. Ona varira ovisno o zasićenosti čeličnih komponenti;
9. tačka topljenja livenog gvožđa (takođe legure gvožđa i ugljenika) - od 1100 ° C do 1300 ° C;
10. živa - -38,9 °C.

Kao što je jasno iz ovog dijela tabele, najtopljiviji metal je živa, koja je već u tečnom stanju na pozitivnim temperaturama.

Stepen ključanja svih ovih elemenata je skoro dva puta, a ponekad i veći od stepena topljenja. Na primjer, za zlato je 2660 ° C, for aluminijum - 2519°C, za gvožđe - 2900 ° C, za bakar - 2580 ° C, za živu - 356,73 ° C.

Za legure kao što su čelik, liveno gvožđe i drugi metali, proračun je približno isti i zavisi od odnosa komponenti u leguri.

Maksimalna tačka ključanja za metale je renijum - 5596°C. Najviša tačka ključanja je kod najvatrostalnijih materijala.

Postoje tabele koje takođe ukazuju gustina metala. Najlakši metal je litijum, a najteži osmijum. Osmijum ima veću gustinu od uranijuma i plutonijum kada se posmatra na sobnoj temperaturi. Laki metali uključuju: magnezijum, aluminijum, titanijum. Teški metali uključuju najčešće metale: željezo, bakar, cink, kalaj i mnoge druge. Posljednja grupa su vrlo teški metali, tu spadaju: volfram, zlato, olovo i drugi.

Drugi indikator koji se nalazi u tabelama je toplotna provodljivost metala. Što je najgore, neptunijum provodi toplotu, a srebro je najbolji toplotni provodnik. Zlato, čelik, gvožđe, liveno gvožđe i drugi elementi nalaze se u sredini između ova dva ekstrema. Jasne karakteristike za svaku mogu se naći u željenoj tabeli.