T sulamine. Malmi sulamistemperatuur, omadused ja isesulamine

Peaaegu kõik metallid on tavatingimustes tahked. Kuid teatud temperatuuridel võivad nad muuta oma agregatsiooni olekut ja muutuda vedelaks. Uurime välja, mis on metalli kõrgeim sulamistemperatuur? Mis on madalaim?

Metallide sulamistemperatuur

Enamik perioodilisuse tabeli elemente on metallid. Praegu on neid ligikaudu 96. Kõik nad vajavad vedelikuks muutumiseks erinevaid tingimusi.

Tahkete kristalsete ainete kuumutamise künnist, mille ületamisel need muutuvad vedelaks, nimetatakse sulamistemperatuuriks. Metallides kõigub see mõne tuhande kraadi piires. Paljud neist lähevad suhteliselt kõrge kuumutamisega vedelikuks. Seetõttu on need pottide, pannide ja muude köögiseadmete tootmiseks levinud materjal.

Keskmise sulamistemperatuuriga on hõbe (962 °C), alumiinium (660,32 °C), kuld (1064,18 °C), nikkel (1455 °C), plaatina (1772 °C) jne. Samuti on rühm tulekindlaid ja madala sulamistemperatuuriga metalle. Esimene vajab vedelikuks muutumiseks üle 2000 kraadi Celsiuse järgi, teine ​​alla 500 kraadi.

Madalsulavate metallide hulka kuuluvad tavaliselt tina (232 °C), tsink (419 °C), plii (327 °C). Mõnel neist võib aga olla isegi madalam temperatuur. Näiteks frantsium ja gallium sulavad juba käes ning tseesiumi saab soojendada vaid ampullis, sest see süttib hapnikust.

Metallide madalaim ja kõrgeim sulamistemperatuur on toodud tabelis:

Volfram

Kõrgeim sulamistemperatuur on volframmetall. Selle indikaatori kohal on ainult mittemetallist süsinik. Volfram on helehall läikiv aine, väga tihe ja raske. See keeb temperatuuril 5555 °C, mis on peaaegu võrdne Päikese fotosfääri temperatuuriga.

Toatingimustes reageerib hapnikuga nõrgalt ja ei korrodeeru. Vaatamata tulekindlusele on see üsna plastiline ja sepistav isegi 1600 °C-ni kuumutades. Neid volframi omadusi kasutatakse hõõgniitide jaoks lampides ja keevitamiseks mõeldud elektroodide kineskoopides. Suurem osa kaevandatud metallist legeeritakse terasega, et suurendada selle tugevust ja kõvadust.

Volframit kasutatakse laialdaselt sõjalises sfääris ja tehnoloogias. See on asendamatu laskemoona, soomukite, mootorite ning sõjaväesõidukite ja lennukite olulisemate osade valmistamisel. Sellest valmistatakse ka kirurgilisi instrumente, karpe radioaktiivsete ainete hoidmiseks.

elavhõbe

Elavhõbe on ainus metall, mille sulamistemperatuur on miinus. Lisaks on see üks kahest keemilisest elemendist, mille lihtsad ained tavatingimustes eksisteerivad vedelike kujul. Huvitav on see, et metall keeb, kui seda kuumutatakse temperatuurini 356,73 ° C, mis on palju kõrgem kui selle sulamistemperatuur.

Sellel on hõbevalge värvus ja väljendunud läige. See aurustub juba toatingimustes, kondenseerudes väikesteks pallideks. Metall on väga mürgine. See on võimeline kogunema inimese siseorganitesse, põhjustades aju, põrna, neerude ja maksa haigusi.

Elavhõbe on üks seitsmest esimesest inimesele teadaolevast metallist. Keskajal peeti seda peamiseks alkeemiliseks elemendiks. Vaatamata mürgisusele kasutati seda kunagi meditsiinis osana hambatäidistest ja ka süüfilise raviks. Nüüd on elavhõbe ravimitest peaaegu täielikult välja jäetud, kuid seda kasutatakse laialdaselt mõõteriistades (baromeetrid, manomeetrid), lampide, lülitite ja uksekellade valmistamisel.

Sulamid

Metalli omaduste muutmiseks legeeritakse see teiste ainetega. Seega ei saa see mitte ainult omandada suuremat tihedust, tugevust, vaid ka alandada või suurendada sulamistemperatuuri.

Sulam võib koosneda kahest või enamast keemilisest elemendist, kuid vähemalt üks neist peab olema metall. Selliseid "segusid" kasutatakse tööstuses väga sageli, kuna need võimaldavad teil saada täpselt vajalikke materjale.

Metallide ja sulamite sulamistemperatuur sõltub esimeste puhtusest, samuti teise proportsioonidest ja koostisest. Sulanduvate sulamite saamiseks kasutatakse kõige sagedamini pliid, elavhõbedat, talliumi, tina, kaadmiumi ja indiumi. Elavhõbedat sisaldavaid aineid nimetatakse amalgaamideks. Naatriumi, kaaliumi ja tseesiumi ühend vahekorras 12%/47%/41% muutub vedelikuks juba miinus 78 °C juures, elavhõbeda ja talliumi amalgaam miinus 61 °C juures. Kõige tulekindlam materjal on tantaali ja hafniumkarbiidide sulam vahekorras 1:1 sulamistemperatuuriga 4115 °C.

Millel metalli kristallvõre hävib ja see läheb tahkest olekust vedelasse.

Metallide sulamistemperatuur on kuumutatud metalli temperatuuri indikaator, mille saavutamisel algab protsess (sulamine). Protsess ise on kristalliseerumise vastupidine protsess ja on sellega lahutamatult seotud. Metalli sulatada? seda tuleb välise soojusallika abil soojendada sulamistemperatuurini ja seejärel jätkata soojuse andmist, et ületada faasisiirdeenergia. Fakt on see, et metallide sulamistemperatuuri väärtus näitab temperatuuri, mille juures materjal on vedeliku ja tahke aine vahelisel piiril faasitasakaalus. Sellel temperatuuril võib puhas metall eksisteerida samaaegselt nii tahkes kui vedelas olekus. Sulamisprotsessi läbiviimiseks on vaja metalli üle kuumutada veidi üle tasakaalutemperatuuri, et tekitada positiivne termodünaamiline potentsiaal. Andke protsessile hoogu.

Metallide sulamistemperatuur on konstantne ainult puhaste ainete puhul. Lisandite olemasolu nihutab tasakaalupotentsiaali ühes või teises suunas. Seda seetõttu, et lisanditega metall moodustab teistsuguse kristallvõre ja neis olevate aatomite vastasmõju erineb puhastel materjalidel esinevatest.Sõltuvalt sulamistemperatuurist jaotatakse metallid sulavateks (kuni 600 °C, nt. gallium , elavhõbe), kesksulav (600-1600°С, vask, alumiinium) ja tulekindel (>1600°С, volfram, molübdeen).

Kaasaegses maailmas kasutatakse puhtaid metalle harva, kuna neil on piiratud hulk füüsikalisi omadusi. Tööstuses on pikka aega ja tihedalt kasutatud erinevaid metallide kombinatsioone - sulameid, mille sordid ja omadused on palju suuremad. Erinevaid sulameid moodustavate metallide sulamistemperatuur erineb samuti nende sulami sulamistemperatuurist. Ainete erinevad kontsentratsioonid määravad nende sulamise või kristalliseerumise järjekorra. Kuid on olemas tasakaalukontsentratsioonid, mille juures sulami moodustavad metallid tahkuvad või sulavad üheaegselt, see tähendab, et nad käituvad nagu homogeenne materjal. Selliseid sulameid nimetatakse eutektilisteks.

Sulamistemperatuuri teadmine on metalliga töötamisel väga oluline, see väärtus on vajalik nii tootmisel, sulamite parameetrite arvutamisel kui ka metalltoodete käitamisel, kui toote valmistamise materjali faasisiirdetemperatuur määrab kindlaks. selle kasutamise piirangud. Mugavuse huvides on need andmed koondatud ühte metallide sulamisse – erinevate metallide omaduste füüsikaliste uuringute kokkuvõtlikuks tulemuseks. Sarnased tabelid on ka sulamite jaoks. Metallide sulamistemperatuur sõltub oluliselt ka rõhust, seetõttu on tabelis toodud andmed olulised konkreetse rõhu väärtuse puhul (tavaliselt on need normaalsed tingimused, kui rõhk on 101,325 kPa). Mida kõrgem on rõhk, seda kõrgem on sulamistemperatuur ja vastupidi.

Juba iidsetel aegadel kaevandati ja sulatati vaske. Seda metalli kasutati laialdaselt igapäevaelus ja see oli materjal erinevate esemete valmistamiseks. Nad õppisid pronksi valmistama umbes 3 tuhat aastat tagasi. Sellest sulamist valmistati häid relvi. Pronksi populaarsus levis kiiresti, kuna metall eristus kauni välimuse ja tugevuse poolest. Sellest valmistati ehteid, jahi- ja töötööriistu, nõusid. Vase madala sulamistemperatuuri tõttu omandas inimene selle tootmise kiiresti.

Looduses olemine

Metall sai oma ladinakeelse nime Cuprum Küprose saare nimest, kust seda kaevandati kolmandal aastatuhandel eKr. e. Mendelejevi süsteemis sai Cu numbri 29 ja asub neljanda perioodi 11. rühmas.

Maakoores on element leviku poolest 23. kohal ja esineb sagedamini sulfiidmaakide kujul. Levinumad on vaseläter ja püriidid. Tänapäeval kaevandatakse vaske maagist mitmel viisil, kuid mis tahes tehnoloogia eeldab tulemuse saavutamiseks järkjärgulist lähenemist.

Füüsikalised omadused

Metall on plastiline ja kattub vabas õhus lühikese ajaga oksiidkilega. Tänu sellele kilele on ka vasel oma kollakaspunane toon, kilevahes võib värvus olla rohekassinine. Soojus- ja elektrijuhtivuse poolest on Cuprum hõbeda järel teisel kohal.

• Tihedus - 8,94×103 kg/m3.
• Erisoojusvõimsus T=20°C juures - 390 J/kg x K.
• Elektrispetsiifiline 20−100 °C juures - 1,78×10−8 Ohm/m.
• Keemistemperatuur - 2595 ° C.
• Elektrierijuhtivus 20 ° C juures - 55,5-58 MS/m.

Mis temperatuuril vask sulab

Sulamine toimub siis, kui metall muutub tahkest olekust vedelaks. Igal elemendil on oma sulamistemperatuur. Palju oleneb metallis leiduvatest lisanditest. Vase tavaline sulamistemperatuur on 1083 ° C. Tina lisamisel langeb temperatuur 930-1140 ° C. Sulamistemperatuur sõltub siin tina sisaldusest sulamis. Tsingiga vase sulamis toimub sulamine temperatuuril 900–1050 ° C.

Mis tahes metalli kuumutamisel selle kristallvõre hävib. Sulamistemperatuur tõuseb kuumutamisel, kuid seejärel ühtlustub, kui saavutatakse teatud temperatuuripiir. Sel hetkel metall sulab. See sulab täielikult ja temperatuur tõuseb uuesti.

Metalli jahutamisel temperatuur langeb, teatud hetkel jääb see samale tasemele, kuni metall täielikult tahkub. Pärast täielikku kõvenemist temperatuur langeb uuesti. Seda näitab faasidiagramm, mis näitab temperatuuriprotsessi sulamise algusest kuni tahkumiseni. Kuumutamisel hakkab kuumutatud vask 2560 ° C juures keema. Keetmine sarnaneb vedelate ainete keetmisega, kui gaas eraldub ja pinnale ilmuvad mullid. Kõrgeimal võimalikul temperatuuril keemise hetkel algab oksüdatsiooni käigus tekkiva süsiniku eraldumine.

Kodus sulamine

Madala sulamistemperatuuri tõttu iidsed inimesed oskasid vaskt tulel sulatada ja kasutada metalli erinevate toodete valmistamiseks.

Vase kodus sulatamiseks vajate:

Protsess toimub etapiviisiliselt, metall asetatakse tiiglisse ja seejärel muhvelahju. Seadistab soovitud temperatuur ja protsessi jälgitakse läbi klaasakna. Selle käigus ilmub anumasse Cu-ga oksiidkile, mis tuleb eemaldada - avage aken ja nihutage see teraskonksuga kõrvale.

Muhvelahju puudumisel saab vaske sulatada autogeense ainega. Sulamine läheb normaalse õhu juurdevoolu korral. Puhumislamp sulatab messingi ja vähesulava pronksi. Leek peab katma kogu tiigli.

Kui ühtegi loetletud toodet pole käepärast, võite kasutada söekihile paigaldatud kolde. T suurendamiseks võib kasutada puhumisrežiimil sisse lülitatud tolmuimejat, kuid voolik peab olema metallist otsaga, hea kui on kitsama otsaga, nii jääb õhuvool hõredamaks.

Pronksi ja messingi sulamistemperatuur, samuti vase ja alumiiniumi sulamistemperatuur on madal.

Tänapäeval puhast Cu-d tööstuslikes tingimustes ei kasutata. See sisaldab palju lisandeid: niklit, rauda, ​​arseeni, antimoni ja muid elemente. Toote kvaliteet määratakse lisandite protsendi järgi sulamis (mitte üle 1%). Olulised näitajad on soojus- ja elektrijuhtivus. Tänu oma plastilisusele, madalale sulamistemperatuurile ja paindlikkusele kasutatakse vaske laialdaselt paljudes tööstusharudes.

Mõnede metallide tihedus ja sulamistemperatuur.

Metallist	Metalli aatommass	Metalli tihedus, g/cm3	Sulamistemperatuur, С
Kergmetallid
Alumiinium
Raskemetallid
Mangaan
Volfram

Metallidele on kõige iseloomulikumad järgmised omadused:
*metalliline läige
* kõvadus,
*plastist,
* elastsus,
*hea soojus- ja elektrijuhtivus.

Kõigil metallidel on metallist kristallvõre:
selle sõlmedes asuvad positiivselt laetud ioonid ja elektronid liiguvad nende vahel vabalt.
Vabade elektronide olemasolu seletab kõrget elektri- ja soojusjuhtivust, aga ka võimet töödelda.

Soojusjuhtivus ja elektrijuhtivus vähenevad metallide seerias:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Kõik metallid jagunevad kahte suurde rühma:

Mustad metallid
Neil on tumehall värv, kõrge tihedus, kõrge sulamistemperatuur ja suhteliselt kõrge kõvadus.
Raud on tüüpiline mustmetallide esindaja.

Värvilised metallid
Neil on iseloomulik värv: punane, kollane, valge; neil on kõrge plastilisus, madal kõvadus, suhteliselt madal sulamistemperatuur.
Tüüpiline värviliste metallide esindaja on vask.

Tiheduse järgi jagunevad metallid järgmisteks osadeks:
*Kopsud(tihedus mitte üle 5 g/cm)
Kergmetallide hulka kuuluvad: liitium, naatrium, kaalium, magneesium, kaltsium, tseesium, alumiinium, baarium.
Kergeim metall on liitium 1l, tihedus 0,534 g/cm3.
*Raske(tihedus suurem kui 5 g/cm3).
Raskmetallide hulka kuuluvad: tsink, vask, raud, tina, plii, hõbe, kuld, elavhõbe jne.
Raskeim metall on osmium, tihedus 22,5 g/cm3.

Metallid on erineva kõvaduse poolest:
*Pehme: lõigata isegi noaga (naatrium, kaalium, indium);
*Tahke: metalle võrreldakse kõvaduse poolest teemandiga, mille kõvadus on 10. Kroom on kõige kõvem metall, see lõikab klaasi.

Sõltuvalt sulamistemperatuurist jagatakse metallid tinglikult järgmisteks osadeks :
*sulav(sulamistemperatuur kuni 1539°C).
Madalsulavate metallide hulka kuuluvad: elavhõbe – sulamistemperatuur -38,9°C; gallium - sulamistemperatuur 29,78°C; tseesium - sulamistemperatuur 28,5°C; ja muud metallid.
*Tulekindel(sulamistemperatuur üle 1539 C).
Tulekindlate metallide hulka kuuluvad: kroom – sulamistemperatuur 1890°C; molübdeen - sulamistemperatuur 2620°C; vanaadium - sulamistemperatuur 1900°C; tantaal - sulamistemperatuur 3015°C; ja paljud teised metallid.
Kõige tulekindlam metall on volfram – sulamistemperatuur 3420°C.

Igal metallil või sulamil on ainulaadsed omadused, sealhulgas selle sulamistemperatuur. Sel juhul läheb objekt ühest olekust teise, konkreetsel juhul muutub see tahkest olekust vedelaks. Selle sulatamiseks on vaja sellesse tuua soojust ja kuumutada kuni soovitud temperatuuri saavutamiseni. Antud sulami soovitud temperatuuripunkti saavutamisel võib see siiski jääda tahkesse olekusse. Jätkuva kokkupuute korral hakkab see sulama.

Kokkupuutel

Elavhõbedal on madalaim sulamistemperatuur - see sulab isegi temperatuuril -39 ° C, volframil on kõrgeim - 3422 ° C. Sulamite (teras ja teised) puhul on täpset arvu määrata äärmiselt raske. Kõik sõltub neis olevate komponentide vahekorrast. Sulamite puhul kirjutatakse see numbrilise intervallina.

Kuidas protsess on

Elemendid, mis iganes need on: kuld, raud, malm, teras või mis tahes muu - sulavad umbes samamoodi. See juhtub välise või sisemise kütmisega. Väline küte toimub termoahjus. Sisemiseks kasutatakse takistuskütet, mis läbib elektrivoolu või induktsiooni kuumutamine kõrgsageduslikus elektromagnetväljas. Mõju on umbes sama.

Millal tekib soojenemine, suureneb molekulide termiliste vibratsioonide amplituud. Ilmuma võre struktuuri defektid millega kaasneb aatomitevaheliste sidemete katkemine. Võre hävimise ja defektide kuhjumise perioodi nimetatakse sulamiseks.

Sõltuvalt metallide sulamisastmest jagatakse need järgmisteks osadeks:

1. sulav - kuni 600 ° C: plii, tsink, tina;
2. keskmise sulamistemperatuuriga - 600 ° C kuni 1600 ° C: kuld, vask, alumiinium, malm, raud ja enamik elemente ja ühendeid;
3. tulekindel - alates 1600 ° C: kroom, volfram, molübdeen, titaan.

Sõltuvalt maksimaalsest kraadist valitakse ka sulatusseade. See peaks olema seda tugevam, seda tugevam on küte.

Teine oluline väärtus on keemisaste. See on parameeter, mille juures vedelikud hakkavad keema. Reeglina on see kaks korda suurem sulamisaste. Need väärtused on üksteisega otseselt proportsionaalsed ja antakse tavaliselt normaalrõhul.

Kui rõhk tõuseb, suureneb ka sulamise hulk. Kui rõhk väheneb, siis see väheneb.

Iseloomulik tabel

Metallid ja sulamid – asendamatud sepistamise alus, valukoda, ehted ja paljud teised tootmisvaldkonnad. Mida iganes kapten teeb ( kullast ehted, malmist aiad, noad terasest või vasest käevõrud), õigeks tööks peab see teadma temperatuure, mille juures see või teine ​​element sulab.

Selle parameetri väljaselgitamiseks peate lugema tabelit. Tabelist leiate ka keemisastme.

Igapäevaelus kõige sagedamini kasutatavate elementide hulgas on sulamistemperatuuri näitajad järgmised:

1. alumiinium - 660 °C;
2. vase sulamistemperatuur - 1083 °C;
3. kulla sulamistemperatuur - 1063 ° C;
4. hõbe - 960 °C;
5. tina - 232 °C. Tihti kasutatakse jootmiseks tina, kuna töötava jootekolvi temperatuur on vaid 250–400 kraadi;
6. plii - 327 °C;
7. raua sulamistemperatuur - 1539 ° C;
8. terase (raua ja süsiniku sulam) sulamistemperatuur - 1300 °C kuni 1500 °C. See kõigub sõltuvalt teraskomponentide küllastumisest;
9. malmi sulamistemperatuur (ka raua ja süsiniku sulam) - 1100 ° C kuni 1300 ° C;
10. elavhõbe - -38,9 ° C.

Nagu tabeli sellest osast selgub, on kõige sulavam metall elavhõbe, mis on positiivsetel temperatuuridel juba vedelas olekus.

Kõigi nende elementide keemisaste on peaaegu kaks korda kõrgem ja mõnikord isegi kõrgem kui sulamisaste. Näiteks kulla puhul on see 2660 ° C alumiiniumist -2519 °C, raua jaoks - 2900 ° C, vase jaoks - 2580 ° C, elavhõbeda jaoks - 356,73 ° C.

Selliste sulamite nagu teras, malm ja muud metallid puhul on arvutus ligikaudu sama ja sõltub komponentide suhtest sulamis.

Metallide maksimaalne keemistemperatuur on reenium -5596 °C. Kõrgeim keemispunkt on kõige tulekindlamatel materjalidel.

On tabeleid, mis näitavad ka metallide tihedus. Kergeim metall on liitium, raskeim osmium. Osmiumi tihedus on suurem kui uraanil ja plutooniumi toatemperatuuril vaadatuna. Kergmetallide hulka kuuluvad: magneesium, alumiinium, titaan. Raskmetallide hulka kuuluvad enamlevinud metallid: raud, vask, tsink, tina ja paljud teised. Viimane rühm on väga raskemetallid, nende hulka kuuluvad: volfram, kuld, plii ja teised.

Teine tabelitest leitud näitaja on metallide soojusjuhtivus. Mis kõige hullem, neptuunium juhib soojust ja hõbe on parim soojusjuht. Kuld, teras, raud, malm ja muud elemendid jäävad nende kahe äärmuse vahele. Igaühe selged omadused leiate soovitud tabelist.