T smeltning. Smeltetemperatur, egenskaber og selvsmeltning af støbejern

Næsten alle metaller er faste stoffer under normale forhold. Men ved visse temperaturer kan de ændre deres aggregeringstilstand og blive flydende. Lad os finde ud af, hvad der er det højeste smeltepunkt for metal? Hvad er det laveste?

Smeltepunkt for metaller

De fleste af grundstofferne i det periodiske system er metaller. I øjeblikket er der cirka 96 af dem. De har alle brug for forskellige betingelser for at blive til en væske.

Tærsklen for opvarmning af faste krystallinske stoffer, over hvilken de bliver flydende, kaldes smeltepunktet. I metaller svinger det inden for et par tusinde grader. Mange af dem går over i en væske med relativt høj opvarmning. På grund af dette er de et almindeligt materiale til produktion af gryder, pander og andre køkkenmaskiner.

Sølv (962 °C), aluminium (660,32 °C), guld (1064,18 °C), nikkel (1455 °C), platin (1772 °C) osv. har gennemsnitlige smeltepunkter. Der er også en gruppe af ildfaste og lavtsmeltende metaller. Den første skal have mere end 2000 grader Celsius for at blive til en væske, den anden skal have mindre end 500 grader.

Lavtsmeltende metaller omfatter normalt tin (232 °C), zink (419 °C), bly (327 °C). Nogle af dem kan dog have endnu lavere temperaturer. Fx smelter francium og gallium allerede i hånden, og cæsium kan kun opvarmes i en ampul, fordi det antændes af ilt.

De laveste og højeste smeltepunkter for metaller er vist i tabellen:

Wolfram

Det højeste smeltepunkt er wolframmetal. Over det i denne indikator er kun ikke-metal kulstof. Wolfram er et lysegrå skinnende stof, meget tæt og tungt. Det koger ved 5555 °C, hvilket er næsten lig med temperaturen på Solens fotosfære.

Under rumforhold reagerer det svagt med ilt og korroderer ikke. På trods af sin ildfasthed er den ret sej og kan smedes, selv når den opvarmes til 1600 °C. Disse egenskaber af wolfram bruges til filamenter i lamper og kinescopes af elektroder til svejsning. Det meste af det udvundne metal er legeret med stål for at øge dets styrke og hårdhed.

Wolfram er meget udbredt i den militære sfære og teknologi. Det er uundværligt til fremstilling af ammunition, panser, motorer og de vigtigste dele af militære køretøjer og fly. Det bruges også til at lave kirurgiske instrumenter, kasser til opbevaring af radioaktive stoffer.

Kviksølv

Kviksølv er det eneste metal, hvis smeltepunkt er minus. Derudover er det et af to kemiske grundstoffer, hvis simple stoffer under normale forhold eksisterer i form af væsker. Interessant nok koger metallet, når det opvarmes til 356,73 ° C, hvilket er meget højere end dets smeltepunkt.

Den har en sølvhvid farve og en udtalt glans. Det fordamper allerede ved stueforhold og kondenserer til små kugler. Metallet er meget giftigt. Det er i stand til at akkumulere i en persons indre organer, hvilket forårsager sygdomme i hjernen, milten, nyrerne og leveren.

Kviksølv er et af de syv første metaller, som mennesket kender. I middelalderen blev det betragtet som det vigtigste alkymistiske element. På trods af dets toksicitet blev det engang brugt i medicin som en del af tandfyldninger og også som en kur mod syfilis. Nu er kviksølv næsten helt udelukket fra medicin, men det er meget brugt i måleinstrumenter (barometre, manometre) til fremstilling af lamper, kontakter og dørklokker.

Legeringer

For at ændre et metals egenskaber er det legeret med andre stoffer. Så det kan ikke kun opnå større tæthed, styrke, men også sænke eller øge smeltepunktet.

En legering kan bestå af to eller flere kemiske grundstoffer, men mindst et af dem skal være et metal. Sådanne "blandinger" bruges meget ofte i industrien, fordi de giver dig mulighed for at få præcis de kvaliteter af de materialer, der er nødvendige.

Smeltepunktet for metaller og legeringer afhænger af renheden af ​​førstnævnte, såvel som af proportionerne og sammensætningen af ​​sidstnævnte. For at opnå smeltelige legeringer bruges bly, kviksølv, thallium, tin, cadmium og indium oftest. Dem, der indeholder kviksølv, kaldes amalgamer. En forbindelse af natrium, kalium og cæsium i forholdet 12%/47%/41% bliver en væske allerede ved minus 78 °C, amalgam af kviksølv og thallium ved minus 61 °C. Det mest ildfaste materiale er en legering af tantal og hafniumcarbider i forholdet 1:1 med et smeltepunkt på 4115 °C.

Ved hvilken metalets krystalgitter ødelægges, og det går fra fast tilstand til flydende tilstand.

Smeltepunktet for metaller er en indikator for temperaturen af ​​det opvarmede metal, når processen (smeltningen) begynder. Selve processen er det omvendte af krystallisation og er uløseligt forbundet med den. At smelte metal? det skal opvarmes ved hjælp af en ekstern varmekilde til smeltepunktet, og derefter fortsætte med at levere varme for at overvinde energien fra faseovergangen. Faktum er, at selve værdien af ​​metallers smeltepunkt angiver den temperatur, ved hvilken materialet vil være i faseligevægt, ved grænsen mellem væsken og det faste stof. Ved denne temperatur kan et rent metal eksistere samtidigt i både fast og flydende tilstand. For at udføre smeltningsprocessen er det nødvendigt at overophede metallet lidt over ligevægtstemperaturen for at give et positivt termodynamisk potentiale. Giv et boost til processen.

Smeltepunktet for metaller er kun konstant for rene stoffer. Tilstedeværelsen af ​​urenheder vil flytte ligevægtspotentialet i den ene eller anden retning. Det skyldes, at metallet med urenheder danner et andet krystalgitter, og atomernes vekselvirkningskræfter i dem vil adskille sig fra dem, der findes i rene materialer. Afhængig af smeltepunktet opdeles metaller i smeltelige (op til 600 ° C, som f.eks. gallium, kviksølv), middelsmeltende (600-1600°С, kobber, aluminium) og ildfast (>1600°С, wolfram, molybdæn).

I den moderne verden bruges rene metaller sjældent på grund af det faktum, at de har et begrænset udvalg af fysiske egenskaber. Industrien har længe og tæt brugt forskellige kombinationer af metaller - legeringer, hvis varianter og karakteristika er meget større. Smeltepunktet for de metaller, der udgør de forskellige legeringer, vil også afvige fra smeltepunktet for deres legering. Forskellige koncentrationer af stoffer bestemmer rækkefølgen af ​​deres smeltning eller krystallisation. Men der er ligevægtskoncentrationer, hvor metallerne, der udgør legeringen, størkner eller smelter samtidigt, det vil sige, at de opfører sig som et homogent materiale. Sådanne legeringer kaldes eutektiske.

At kende smeltetemperaturen er meget vigtig, når man arbejder med metal, denne værdi er nødvendig både i produktionen, til beregning af parametrene for legeringer og i driften af ​​metalprodukter, når faseovergangstemperaturen for materialet, hvorfra produktet er lavet, bestemmer begrænsningerne i dets brug. For nemheds skyld er disse data opsummeret i en enkelt smeltning af metaller - et sammenfattende resultat af fysiske undersøgelser af forskellige metallers egenskaber. Der findes også lignende tabeller for legeringer. Smeltepunktet for metaller afhænger også væsentligt af trykket, så dataene i tabellen er relevante for en bestemt trykværdi (normalt er det normale forhold, når trykket er 101.325 kPa). Jo højere tryk, jo højere smeltepunkt, og omvendt.

Allerede i oldtiden udvindede og smeltede folk kobber. Dette metal blev meget brugt i hverdagen og tjente som et materiale til fremstilling af forskellige genstande. De lærte at lave bronze for omkring 3 tusind år siden. Gode ​​våben blev lavet af denne legering. Bronzes popularitet spredte sig hurtigt, da metallet var kendetegnet ved dets smukke udseende og styrke. Smykker, jagt og arbejdsredskaber, fade blev lavet af det. På grund af kobbers lave smeltepunkt mestrede mennesket hurtigt dets produktion.

At være i naturen

Metallet fik sit latinske navn Cuprum fra navnet på øen Cypern, hvor det blev udvundet i det tredje årtusinde f.Kr. e. I Mendeleev-systemet modtog Cu nummer 29, og er placeret i den 11. gruppe af den fjerde periode.

I jordskorpen ligger grundstoffet fordelingsmæssigt på en 23. plads og optræder oftere i form af sulfidmalme. De mest almindelige er kobberglans og pyrit. I dag udvindes kobber fra malm på flere måder, men enhver teknologi indebærer en trinvis tilgang til at opnå resultatet.

Fysiske egenskaber

Metallet er duktilt og dækket af en oxidfilm i fri luft på kort tid. Takket være denne film har kobber også sin gullig-røde nuance; i filmgabet kan farven være grønlig-blå. Med hensyn til termisk og elektrisk ledningsevne er Cuprum på andenpladsen efter sølv.

• Massefylde - 8,94×103 kg/m3.
• Specifik varme ved T=20°C - 390 J/kg x K.
• Elektrisk specifik ved 20−100 ° C - 1,78×10−8 Ohm/m.
• Kogepunkt - 2595 ° C.
• Specifik elektrisk ledningsevne ved 20 ° C - 55,5−58 MS/m.

Ved hvilken temperatur smelter kobber

Smeltning opstår, når et metal skifter fra en fast tilstand til en flydende tilstand. Hvert grundstof har sit eget smeltepunkt. Meget afhænger af urenhederne i metallet. Det normale smeltepunkt for kobber er 1083 ° C. Når tin tilsættes, falder temperaturen til 930-1140 ° C. Smeltepunktet her afhænger af indholdet af tin i legeringen. I en legering af cuprum med zink sker smeltning ved 900-1050 ° C.

Ved opvarmning af metal dets krystalgitter er ødelagt. Smeltepunktet stiger, efterhånden som det opvarmes, men falder så ud, når en vis temperaturgrænse nås. På dette tidspunkt smelter metallet. Det smelter helt, og temperaturen stiger igen.

Når metallet afkøles, falder temperaturen, på et vist tidspunkt forbliver den på samme niveau, indtil metallet størkner helt. Efter fuldstændig hærdning falder temperaturen igen. Dette demonstreres af fasediagrammet, som viser temperaturprocessen fra begyndelsen af ​​smeltning til størkning. Ved opvarmning begynder opvarmet kobber ved 2560 ° C at koge. Kogning svarer til kogning af flydende stoffer, når der frigives gas, og der opstår bobler på overfladen. I kogeøjeblikket ved de højest mulige temperaturer begynder frigivelsen af ​​kulstof dannet under oxidation.

Smelter derhjemme

På grund af det lave smeltepunkt oldtidens mennesker kunne smelte cuprum på bål og bruge metallet til at lave forskellige produkter.

For at smelte kobber derhjemme skal du bruge:

Processen forløber i etaper, metallet anbringes i diglen og placeres derefter i muffelovnen. Den ønskede temperatur indstilles, og processen overvåges gennem et glasvindue. I processen vil der komme en oxidfilm i beholderen med Cu, som skal fjernes - åbn vinduet og flyt det til side med en stålkrog.

I mangel af en muffelovn kan kobber smeltes med autogen. Smeltning vil gå, hvis der er normal lufttilførsel. En blæselampe smelter messing og lavtsmeltende bronze. Flammen skal dække hele diglen.

Hvis ingen af ​​de anførte produkter er ved hånden, kan du bruge en ildsted monteret på et lag trækul. For at øge T kan du bruge en støvsuger tændt i blæsetilstand, men slangen skal have en metalspids, det er godt hvis den har en smallere ende, så luftstrømmen bliver tyndere.

Smeltepunktet for bronze og messing samt smeltepunktet for kobber og aluminium er lavt.

I dag bruges ren Cu ikke i industrielle forhold. Det indeholder mange urenheder: nikkel, jern, arsen, antimon og andre elementer. Kvaliteten af ​​produktet bestemmes af procentdelen af ​​urenheder i legeringen (ikke mere end 1%). Vigtige indikatorer er termisk og elektrisk ledningsevne. På grund af dets duktilitet, lave smeltepunkt og fleksibilitet er kobber meget udbredt i mange industrier.

Massefylde og smeltepunkt for nogle metaller.

Metal	Atomvægt af metal	Densitet af metal, g/cm3	Smeltepunkt, C
Letmetaller
Aluminium
Tungmetaller
Mangan
Wolfram

For metaller er følgende egenskaber mest karakteristiske:
*metallisk glans
*hårdhed,
*plast,
*duktilitet,
*god ledningsevne af varme og elektricitet.

Alle metaller har et metallisk krystalgitter:
positivt ladede ioner er placeret ved dets noder, og elektroner bevæger sig frit mellem dem.
Tilstedeværelsen af ​​frie elektroner forklarer den høje elektriske og termiske ledningsevne, samt evnen til at blive bearbejdet.

Termisk ledningsevne og elektrisk ledningsevne fald i rækken af ​​metaller:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Alle metaller er opdelt i to store grupper:

Sorte metaller
De har en mørkegrå farve, høj densitet, højt smeltepunkt og relativt høj hårdhed.
Jern er en typisk repræsentant for jernholdige metaller.

Ikke-jernholdige metaller
De har en karakteristisk farve: rød, gul, hvid; har høj plasticitet, lav hårdhed, relativt lavt smeltepunkt.
En typisk repræsentant for ikke-jernholdige metaller er kobber.

Ifølge deres densitet er metaller opdelt i:
*Lunger(densitet ikke mere end 5 g/cm)
Letmetaller omfatter: lithium, natrium, kalium, magnesium, calcium, cæsium, aluminium, barium.
Det letteste metal er lithium 1l, densitet 0,534 g/cm3.
*tung(densitet større end 5 g/cm3).
Tungmetaller omfatter: zink, kobber, jern, tin, bly, sølv, guld, kviksølv osv.
Det tungeste metal er osmium, densitet 22,5 g/cm3.

Metaller varierer i deres hårdhed:
*Blød: skær selv med en kniv (natrium, kalium, indium);
*Solid: metaller sammenlignes i hårdhed med diamant, hvis hårdhed er 10. Krom er det hårdeste metal, skærer glas.

Afhængigt af smeltepunktet er metaller betinget opdelt i :
*smeltelig(smeltepunkt op til 1539°C).
Lavtsmeltende metaller omfatter: kviksølv - smeltepunkt -38,9°C; gallium - smeltepunkt 29,78°C; cæsium - smeltepunkt 28,5°C; og andre metaller.
*Ildfast(smeltepunkt over 1539 C).
Ildfaste metaller omfatter: chrom - smeltepunkt 1890°C; molybdæn - smeltepunkt 2620°C; vanadium - smeltepunkt 1900°C; tantal - smeltepunkt 3015°C; og mange andre metaller.
Det mest ildfaste metal er wolfram - smeltepunkt 3420°C.

Hvert metal eller hver legering har unikke egenskaber, herunder dets smeltepunkt. I dette tilfælde går objektet fra en tilstand til en anden, i et bestemt tilfælde bliver det fra et fast stof til en væske. For at smelte det er det nødvendigt at bringe varme til det og opvarme det, indtil den ønskede temperatur er nået. I det øjeblik, hvor det ønskede temperaturpunkt for en given legering er nået, kan den stadig forblive i fast tilstand. Ved fortsat eksponering begynder det at smelte.

I kontakt med

Kviksølv har det laveste smeltepunkt - det smelter selv ved -39 ° C, wolfram har det højeste - 3422 ° C. For legeringer (stål og andre) er det ekstremt svært at bestemme det nøjagtige tal. Det hele afhænger af forholdet mellem komponenterne i dem. For legeringer er det skrevet som et numerisk interval.

Hvordan er processen

Elementer, hvad end de er: guld, jern, støbejern, stål eller andre - smelter omtrent det samme. Dette sker med ekstern eller intern opvarmning. Ekstern opvarmning udføres i en termisk ovn. Til intern bruges resistiv opvarmning, der passerer en elektrisk strøm eller induktion opvarmning i højfrekvent elektromagnetisk felt. Virkningen er omtrent den samme.

Hvornår opvarmning sker, øges amplituden af ​​termiske vibrationer af molekyler. Komme til syne gitter strukturelle defekter ledsaget af brydning af interatomiske bindinger. Perioden med gitterdestruktion og akkumulering af defekter kaldes smeltning.

Afhængigt af graden af ​​smeltning af metaller, er de opdelt i:

1. smeltbar - op til 600 ° C: bly, zink, tin;
2. medium smeltning - fra 600 ° C til 1600 ° C: guld, kobber, aluminium, støbejern, jern og mest af alle elementer og forbindelser;
3. ildfast - fra 1600 ° C: krom, wolfram, molybdæn, titanium.

Alt efter hvad den maksimale grad er, vælges også smelteapparatet. Det skal være jo stærkere, jo stærkere opvarmning.

Den anden vigtige værdi er kogegraden. Dette er parameteren, ved hvilken væsker begynder at koge. Som regel er det dobbelt så høj grad af smeltning. Disse værdier er direkte proportionale med hinanden og gives normalt ved normalt tryk.

Hvis trykket stiger, stiger mængden af ​​smeltning også. Hvis trykket falder, så falder det.

Karakteristisk tabel

Metaller og legeringer - uundværligt grundlag for smedning, støberi, smykker og mange andre produktionsområder. Uanset hvad mesteren gør ( guld smykker, støbejernshegn, knive af stål el kobber armbånd), for korrekt drift skal han kende de temperaturer, ved hvilke dette eller det element smelter.

For at finde ud af denne parameter skal du henvise til tabellen. I tabellen kan du også finde kogegraden.

Blandt de mest almindeligt anvendte elementer i hverdagen er smeltepunktsindikatorerne som følger:

1. aluminium - 660 °C;
2. smeltepunkt for kobber - 1083 °C;
3. smeltepunkt af guld - 1063 ° C;
4. sølv - 960 °C;
5. tin - 232 °C. Tin bruges ofte til lodning, da temperaturen på et arbejdende loddekolbe kun er 250-400 grader;
6. bly - 327 °C;
7. smeltepunkt for jern - 1539 ° C;
8. smeltetemperatur af stål (en legering af jern og kulstof) - fra 1300 °C til 1500 °C. Det svinger afhængigt af mætning af stålkomponenter;
9. smeltepunkt for støbejern (også en legering af jern og kulstof) - fra 1100 ° C til 1300 ° C;
10. kviksølv - -38,9 °C.

Som det fremgår af denne del af tabellen, er det mest smeltelige metal kviksølv, som allerede er i flydende tilstand ved positive temperaturer.

Graden af ​​kogning af alle disse elementer er næsten to gange, og nogle gange endda højere end graden af ​​smeltning. For eksempel, for guld er det 2660 ° C, for aluminium -2519°C, for jern - 2900 ° C, for kobber - 2580 ° C, for kviksølv - 356,73 ° C.

For legeringer som stål, støbejern og andre metaller er beregningen nogenlunde den samme og afhænger af forholdet mellem komponenter i legeringen.

Det maksimale kogepunkt for metaller er rhenium -5596°C. Det højeste kogepunkt er i de mest ildfaste materialer.

Der er tabeller, der også indikerer densitet af metaller. Det letteste metal er lithium, det tungeste er osmium. Osmium har en højere densitet end uran og plutonium set ved stuetemperatur. Letmetaller omfatter: magnesium, aluminium, titanium. Tungmetaller omfatter de mest almindelige metaller: jern, kobber, zink, tin og mange andre. Den sidste gruppe er meget tungmetaller, disse omfatter: wolfram, guld, bly og andre.

En anden indikator fundet i tabellerne er termisk ledningsevne af metaller. Det værste af alt er, at neptunium leder varme, og sølv er den bedste termiske leder. Guld, stål, jern, støbejern og andre elementer er i midten mellem disse to yderpunkter. Klare karakteristika for hver kan findes i den ønskede tabel.