T smelten. Smelttemperatuur, eigenschappen en zelfsmelten van gietijzer

Bijna alle metalen zijn onder normale omstandigheden vaste stoffen. Maar bij bepaalde temperaturen kunnen ze hun aggregatietoestand veranderen en vloeibaar worden. Laten we eens kijken wat het hoogste smeltpunt van metaal is? Wat is het laagste?

Smeltpunt van metalen

De meeste elementen in het periodiek systeem zijn metalen. Momenteel zijn het er ongeveer 96. Ze hebben allemaal verschillende omstandigheden nodig om in een vloeistof te veranderen.

De drempel voor het verwarmen van vaste kristallijne stoffen, waarbij ze vloeibaar worden, wordt het smeltpunt genoemd. In metalen fluctueert het binnen een paar duizend graden. Velen van hen gaan over in een vloeistof met relatief hoge verwarming. Hierdoor zijn ze een veelgebruikt materiaal voor de productie van potten, pannen en andere keukenapparatuur.

Zilver (962 °C), aluminium (660,32 °C), goud (1064,18 °C), nikkel (1455 °C), platina (1772 °C), enz. hebben gemiddelde smeltpunten. Er is ook een groep vuurvaste en laagsmeltende metalen. De eerste heeft meer dan 2000 graden Celsius nodig om vloeibaar te worden, de tweede minder dan 500 graden.

Laagsmeltende metalen omvatten gewoonlijk tin (232 °C), zink (419 °C), lood (327 °C). Sommigen van hen kunnen echter nog lagere temperaturen hebben. Zo smelten francium en gallium al in de hand en kan cesium alleen in een ampul worden verwarmd, omdat het ontbrandt door zuurstof.

De laagste en hoogste smeltpunten van metalen zijn weergegeven in de tabel:

Wolfraam

Het hoogste smeltpunt is wolfraammetaal. Daarboven in deze indicator is alleen niet-metalen koolstof. Wolfraam is een lichtgrijze glanzende substantie, zeer dicht en zwaar. Het kookt bij 5555 °C, wat bijna gelijk is aan de temperatuur van de fotosfeer van de zon.

Onder kameromstandigheden reageert het zwak met zuurstof en corrodeert het niet. Ondanks zijn vuurvastheid is het behoorlijk taai en kan het zelfs bij verhitting tot 1600 °C worden gesmeed. Deze eigenschappen van wolfraam worden gebruikt voor filamenten in lampen en kinescopen van elektroden voor het lassen. Het meeste gedolven metaal is gelegeerd met staal om de sterkte en hardheid te vergroten.

Wolfraam wordt veel gebruikt in de militaire sfeer en technologie. Het is onmisbaar voor de vervaardiging van munitie, bepantsering, motoren en de belangrijkste onderdelen van militaire voertuigen en vliegtuigen. Het wordt ook gebruikt om chirurgische instrumenten te maken, dozen voor het opslaan van radioactieve stoffen.

kwik

Kwik is het enige metaal waarvan het smeltpunt min is. Bovendien is het een van de twee chemische elementen waarvan de eenvoudige stoffen onder normale omstandigheden in de vorm van vloeistoffen bestaan. Interessant is dat het metaal kookt bij verhitting tot 356,73 ° C, wat veel hoger is dan het smeltpunt.

Het heeft een zilverwitte kleur en een uitgesproken glans. Het verdampt al bij kamertemperatuur en condenseert tot kleine balletjes. Het metaal is zeer giftig. Het kan zich ophopen in de inwendige organen van een persoon en veroorzaakt ziekten van de hersenen, milt, nieren en lever.

Kwik is een van de zeven eerste metalen die de mens kent. In de Middeleeuwen werd het beschouwd als het belangrijkste alchemistische element. Ondanks zijn giftigheid, werd het ooit in de geneeskunde gebruikt als onderdeel van tandvullingen, en ook als een remedie voor syfilis. Nu is kwik bijna volledig uitgesloten van medicijnen, maar het wordt veel gebruikt in meetinstrumenten (barometers, manometers), voor de vervaardiging van lampen, schakelaars en deurbellen.

legeringen

Om de eigenschappen van een metaal te veranderen, wordt het gelegeerd met andere stoffen. Het kan dus niet alleen een grotere dichtheid, sterkte krijgen, maar ook het smeltpunt verlagen of verhogen.

Een legering kan uit twee of meer chemische elementen bestaan, maar minstens één ervan moet een metaal zijn. Dergelijke "mengsels" worden heel vaak gebruikt in de industrie, omdat je hiermee precies de kwaliteiten van de benodigde materialen kunt krijgen.

Het smeltpunt van metalen en legeringen hangt af van de zuiverheid van de eerstgenoemde, evenals van de verhoudingen en samenstelling van de laatstgenoemde. Om smeltbare legeringen te verkrijgen, worden meestal lood, kwik, thallium, tin, cadmium en indium gebruikt. Degenen die kwik bevatten, worden amalgamen genoemd. Een verbinding van natrium, kalium en cesium in een verhouding van 12%/47%/41% wordt al vloeibaar bij min 78 °C, amalgaam van kwik en thallium bij min 61 °C. Het meest vuurvaste materiaal is een legering van tantaal en hafniumcarbiden in verhoudingen van 1:1 met een smeltpunt van 4115 °C.

Waarbij het kristalrooster van het metaal wordt vernietigd en het overgaat van de vaste toestand naar de vloeibare toestand.

Het smeltpunt van metalen is een indicator van de temperatuur van het verwarmde metaal, bij het bereiken waarvan het proces (smelten) begint. Het proces zelf is het omgekeerde van kristallisatie en is er onlosmakelijk mee verbonden. Metaal smelten? het moet worden verwarmd met behulp van een externe warmtebron tot de smelttemperatuur en vervolgens warmte blijven leveren om de energie van de faseovergang te overwinnen. Het feit is dat de waarde van het smeltpunt van metalen de temperatuur aangeeft waarbij het materiaal in fase-evenwicht zal zijn, op de grens tussen de vloeistof en de vaste stof. Bij deze temperatuur kan een puur metaal gelijktijdig bestaan ​​in zowel vaste als vloeibare toestand. Om het smeltproces uit te voeren, is het noodzakelijk om het metaal iets boven de evenwichtstemperatuur te oververhitten om een ​​positieve thermodynamische potentiaal te verkrijgen. Geef het proces een boost.

Het smeltpunt van metalen is alleen constant voor zuivere stoffen. De aanwezigheid van onzuiverheden zal het evenwichtspotentieel in de ene of de andere richting verschuiven. Dit komt omdat het metaal met onzuiverheden een ander kristalrooster vormt, en de interactiekrachten van atomen daarin zullen verschillen van die aanwezig zijn in zuivere materialen. Afhankelijk van het smeltpunt worden metalen onderverdeeld in smeltbaar (tot 600 ° C, zoals gallium, kwik), medium-smeltend (600-1600°С, koper, aluminium) en vuurvast (>1600°С, wolfraam, molybdeen).

In de moderne wereld worden pure metalen zelden gebruikt vanwege het feit dat ze een beperkt aantal fysieke eigenschappen hebben. De industrie heeft lang en intensief gebruik gemaakt van verschillende combinaties van metalen - legeringen, waarvan de variëteiten en kenmerken veel groter zijn. Het smeltpunt van de metalen waaruit de verschillende legeringen bestaan, zal ook verschillen van het smeltpunt van hun legering. Verschillende concentraties van stoffen bepalen de volgorde van smelten of kristalliseren. Maar er zijn evenwichtsconcentraties waarbij de metalen waaruit de legering bestaat gelijktijdig stollen of smelten, dat wil zeggen dat ze zich gedragen als een homogeen materiaal. Dergelijke legeringen worden eutectisch genoemd.

Het kennen van de smelttemperatuur is erg belangrijk bij het werken met metaal, deze waarde is zowel nodig bij de productie, voor het berekenen van de parameters van legeringen als bij de werking van metalen producten, wanneer de faseovergangstemperatuur van het materiaal waaruit het product is gemaakt bepaalt de beperkingen in het gebruik ervan. Voor het gemak zijn deze gegevens samengevat in een enkele smelting van metalen - een samenvattend resultaat van fysische studies van de kenmerken van verschillende metalen. Er zijn ook vergelijkbare tabellen voor legeringen. Het smeltpunt van metalen is ook sterk afhankelijk van de druk, daarom zijn de gegevens in de tabel relevant voor een specifieke drukwaarde (meestal zijn dit normale omstandigheden wanneer de druk 101,325 kPa is). Hoe hoger de druk, hoe hoger het smeltpunt en omgekeerd.

Al in de oudheid werd koper gedolven en gesmolten. Dit metaal werd veel gebruikt in het dagelijks leven en diende als materiaal voor de vervaardiging van verschillende items. Ongeveer 3000 jaar geleden leerden ze brons maken. Van deze legering werden goede wapens gemaakt. De populariteit van brons verspreidde zich snel, omdat het metaal zich onderscheidde door zijn mooie uiterlijk en sterkte. Er werden sieraden, jacht- en arbeidsgereedschappen van gemaakt. Door het lage smeltpunt van koper had de mens de productie ervan snel onder de knie.

In de natuur zijn

Het metaal dankt zijn Latijnse naam Cuprum aan de naam van het eiland Cyprus, waar het in het derde millennium voor Christus werd gewonnen. e. In het Mendelejev-systeem ontving Cu nummer 29 en bevindt zich in de 11e groep van de vierde periode.

In de aardkorst staat het element qua verspreiding op de 23e plaats en komt het vaker voor in de vorm van sulfide-ertsen. De meest voorkomende zijn koperglans en pyriet. Tegenwoordig wordt koper op verschillende manieren uit erts gewonnen, maar elke technologie impliceert een gefaseerde aanpak om het resultaat te bereiken.

Fysieke eigenschappen

Het metaal is kneedbaar en in korte tijd bedekt met een oxidefilm in de open lucht. Dankzij deze film heeft koper ook zijn geelachtig rode tint; in de filmopening kan de kleur groenblauw zijn. Qua thermische en elektrische geleidbaarheid staat Cuprum op de tweede plaats na zilver.

• Dichtheid - 8,94×103 kg/m3.
• Soortelijke warmte bij T=20°C - 390 J/kg x K.
• Elektrisch specifiek bij 20−100 ° C - 1,78×10−8 Ohm/m.
• Kookpunt - 2595 ° C.
• Specifieke elektrische geleidbaarheid bij 20 ° C - 55,5−58 MS/m.

Bij welke temperatuur smelt koper?

Smelten treedt op wanneer een metaal verandert van een vaste toestand naar een vloeibare toestand. Elk element heeft zijn eigen smeltpunt. Veel hangt af van de onzuiverheden in het metaal. Het normale smeltpunt van koper is 1083 ° C. Wanneer tin wordt toegevoegd, daalt de temperatuur tot 930-1140 ° C. Het smeltpunt is hier afhankelijk van het tingehalte in de legering. In een legering van cuprum met zink vindt smelten plaats bij 900-1050 °C.

Bij het verwarmen van een metaal zijn kristalrooster wordt vernietigd. Het smeltpunt stijgt als het wordt verwarmd, maar vlakt af wanneer een bepaalde temperatuurgrens wordt bereikt. Op dit punt smelt het metaal. Het smelt volledig en de temperatuur stijgt weer.

Wanneer het metaal wordt afgekoeld, daalt de temperatuur, op een bepaald punt blijft het op hetzelfde niveau totdat het metaal volledig stolt. Na volledige uitharding daalt de temperatuur weer. Dit wordt aangetoond door het fasediagram, dat het temperatuurproces toont vanaf het begin van het smelten tot het stollen. Bij verhitting begint verwarmd koper op 2560 ° C te koken. Koken is vergelijkbaar met het koken van vloeibare stoffen, wanneer gas vrijkomt en bellen op het oppervlak verschijnen. Op het moment van koken bij de hoogst mogelijke temperaturen begint het vrijkomen van koolstof gevormd tijdens oxidatie.

Thuis smelten

Vanwege het lage smeltpunt oude mensen konden cuprum op een vuur smelten en het metaal gebruiken om verschillende producten te maken.

Om koper thuis te smelten, heb je nodig:

Het proces verloopt in fasen, het metaal wordt in de kroes geplaatst en vervolgens in de moffeloven geplaatst. De gewenste temperatuur wordt ingesteld en het proces wordt gevolgd door een glazen raam. Tijdens het proces verschijnt er een oxidefilm in de container met Cu, die moet worden verwijderd - open het raam en schuif het opzij met een stalen haak.

Bij afwezigheid van een moffeloven kan koper worden gesmolten met autogeen. Het smelten zal verdwijnen als er een normale luchttoevoer is. Een steekvlam smelt messing en laagsmeltend brons. De vlam moet de hele kroes bedekken.

Als geen van de vermelde producten voorhanden is, kunt u een haard gebruiken die op een laag houtskool is gemonteerd. Om T te verhogen, kunt u een stofzuiger gebruiken die in blaasmodus is ingeschakeld, maar de slang moet een metalen punt hebben, het is goed als deze een smaller uiteinde heeft, zodat de luchtstroom dunner is.

Het smeltpunt van brons en messing, evenals het smeltpunt van koper en aluminium, zijn laag.

Tegenwoordig wordt puur Cu niet gebruikt in industriële omstandigheden. Het bevat veel onzuiverheden: nikkel, ijzer, arseen, antimoon en andere elementen. De kwaliteit van het product wordt bepaald door het percentage onzuiverheden in de legering (niet meer dan 1%). Belangrijke indicatoren zijn thermische en elektrische geleidbaarheid. Vanwege de taaiheid, het lage smeltpunt en de flexibiliteit wordt koper veel gebruikt in veel industrieën.

Dichtheid en smeltpunt van sommige metalen.

Metaal	Atoomgewicht van metaal	Dichtheid van metaal, g/cm3	Smeltpunt,
Lichte metalen
Aluminium
Zware metalen
Mangaan
Wolfraam

Voor metalen zijn de volgende eigenschappen het meest kenmerkend:
*metallic glans
*hardheid,
*plastic,
*ductiliteit,
* goede geleidbaarheid van warmte en elektriciteit.

Alle metalen hebben een metalen kristalrooster:
positief geladen ionen bevinden zich op de knooppunten en elektronen kunnen vrij tussen hen bewegen.
De aanwezigheid van vrije elektronen verklaart de hoge elektrische en thermische geleidbaarheid, evenals de mogelijkheid om te worden bewerkt.

Thermische geleidbaarheid en elektrische geleidbaarheid nemen af ​​in de reeks metalen:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Alle metalen zijn verdeeld in twee grote groepen:

Zwarte metalen
Ze hebben een donkergrijze kleur, hoge dichtheid, hoog smeltpunt en relatief hoge hardheid.
IJzer is een typische vertegenwoordiger van ferrometalen.

Non-ferro metalen
Ze hebben een karakteristieke kleur: rood, geel, wit; hebben een hoge plasticiteit, lage hardheid, relatief laag smeltpunt.
Een typische vertegenwoordiger van non-ferrometalen is koper.

Volgens hun dichtheid zijn metalen onderverdeeld in:
*longen(dichtheid niet meer dan 5 g/cm)
Lichte metalen omvatten: lithium, natrium, kalium, magnesium, calcium, cesium, aluminium, barium.
Het lichtste metaal is lithium 1l, dichtheid 0,534 g/cm3.
*zwaar(dichtheid groter dan 5 g/cm3).
Zware metalen zijn onder meer: ​​zink, koper, ijzer, tin, lood, zilver, goud, kwik, enz.
Het zwaarste metaal is osmium, dichtheid 22,5 g/cm3.

Metalen variëren in hun hardheid:
*Zacht: zelfs met een mes snijden (natrium, kalium, indium);
*Solide: metalen worden in hardheid vergeleken met diamant, waarvan de hardheid 10 is. Chroom is het hardste metaal, snijdt glas.

Afhankelijk van het smeltpunt worden metalen voorwaardelijk onderverdeeld in: :
*smeltbaar(smeltpunt tot 1539°C).
Laagsmeltende metalen omvatten: kwik - smeltpunt -38,9°C; gallium - smeltpunt 29,78°C; cesium - smeltpunt 28,5°C; en andere metalen.
*Hardnekkig(smeltpunt boven 1539 C).
Vuurvaste metalen omvatten: chroom - smeltpunt 1890°C; molybdeen - smeltpunt 2620°C; vanadium - smeltpunt 1900°C; tantaal - smeltpunt 3015 °C; en vele andere metalen.
Het meest vuurvaste metaal is wolfraam - smeltpunt 3420°C.

Elk metaal of elke legering heeft unieke eigenschappen, waaronder het smeltpunt. In dit geval gaat het object van de ene toestand naar de andere, in een bepaald geval wordt het van een vaste stof naar een vloeistof. Om het te smelten, is het noodzakelijk om het te verwarmen en te verwarmen totdat de gewenste temperatuur is bereikt. Op het moment dat het gewenste temperatuurpunt van een bepaalde legering wordt bereikt, kan deze nog in vaste toestand blijven. Bij voortdurende blootstelling begint het te smelten.

In contact met

Kwik heeft het laagste smeltpunt - het smelt zelfs bij -39 ° C, wolfraam heeft het hoogste - 3422 ° C. Voor legeringen (staal en andere) is het uiterst moeilijk om het exacte cijfer te bepalen. Het hangt allemaal af van de verhouding van de componenten erin. Voor legeringen wordt het geschreven als een numeriek interval.

Hoe is het proces?

Elementen, wat ze ook zijn: goud, ijzer, gietijzer, staal of wat dan ook - smelten ongeveer hetzelfde. Dit gebeurt bij externe of interne verwarming. Externe verwarming wordt uitgevoerd in een thermische oven. Voor interne wordt resistieve verwarming gebruikt, waarbij een elektrische stroom of inductie wordt doorgelaten verwarming in hoogfrequent elektromagnetisch veld;. De impact is ongeveer hetzelfde.

Wanneer verwarming vindt plaats, neemt de amplitude van thermische trillingen van moleculen toe. Tevoorschijn komen rooster structurele defecten gepaard gaan met het verbreken van interatomaire bindingen. De periode van roostervernietiging en accumulatie van defecten wordt smelten genoemd.

Afhankelijk van de mate waarin metalen worden gesmolten, worden ze onderverdeeld in:

1. smeltbaar - tot 600 ° C: lood, zink, tin;
2. medium-smeltend - van 600 ° C tot 1600 ° C: goud, koper, aluminium, gietijzer, ijzer en vooral elementen en verbindingen;
3. vuurvast - vanaf 1600 ° C: chroom, wolfraam, molybdeen, titanium.

Afhankelijk van wat de maximale graad is, wordt ook de smeltinrichting gekozen. Het zou moeten zijn, hoe sterker, hoe sterker de verwarming.

De tweede belangrijke waarde is de kookgraad. Dit is de parameter waarbij vloeistoffen beginnen te koken. In de regel is het tweemaal de smeltgraad. Deze waarden zijn recht evenredig met elkaar en worden meestal gegeven bij normale druk.

Als de druk toeneemt, neemt ook de hoeveelheid smelt toe. Als de druk afneemt, neemt deze af.

karakteristieke tafel

Metalen en legeringen - onmisbaar basis voor smeden, gieterij, sieraden en vele andere productiegebieden. Wat de meester ook doet ( gouden juwelen, gietijzeren hekken, messen van staal of koperen armbanden), voor een goede werking, moet hij de temperaturen kennen waarbij dit of dat element smelt.

Om deze parameter te achterhalen, moet u de tabel raadplegen. In de tabel vind je ook de kookgraad.

Onder de meest gebruikte elementen in het dagelijks leven zijn de smeltpuntindicatoren als volgt:

1. aluminium - 660 °C;
2. smeltpunt van koper - 1083 °C;
3. smeltpunt van goud - 1063 ° C;
4. zilver - 960 °C;
5. blik - 232 °C. Tin wordt vaak gebruikt om te solderen, aangezien de temperatuur van een werkende soldeerbout slechts 250-400 graden is;
6. lood - 327 °C;
7. smeltpunt van ijzer - 1539 ° C;
8. smelttemperatuur van staal (een legering van ijzer en koolstof) - van 1300 °C tot 1500 °C. Het fluctueert afhankelijk van de verzadiging van stalen componenten;
9. smeltpunt van gietijzer (ook een legering van ijzer en koolstof) - van 1100 ° C tot 1300 ° C;
10. kwik - -38,9 ° C.

Zoals uit dit deel van de tabel blijkt, is kwik het meest smeltbare metaal, dat zich bij positieve temperaturen al in vloeibare toestand bevindt.

De kookgraad van al deze elementen is bijna twee keer en soms zelfs hoger dan de smeltgraad. Voor goud is het bijvoorbeeld 2660 ° C, voor aluminium - 2519°C, voor ijzer - 2900 ° C, voor koper - 2580 ° C, voor kwik - 356,73 ° C.

Voor legeringen zoals staal, gietijzer en andere metalen is de berekening ongeveer hetzelfde en afhankelijk van de verhouding van componenten in de legering.

Het maximale kookpunt voor metalen is rhenium - 5596°C. Het hoogste kookpunt zit in de meest vuurvaste materialen.

Er zijn tabellen die ook aangeven: dichtheid van metalen. Het lichtste metaal is lithium, het zwaarste is osmium. Osmium heeft een hogere dichtheid dan uranium en plutonium bij kamertemperatuur bekeken. Lichte metalen zijn onder meer: ​​magnesium, aluminium, titanium. Zware metalen omvatten de meest voorkomende metalen: ijzer, koper, zink, tin en vele andere. De laatste groep zijn zeer zware metalen, waaronder: wolfraam, goud, lood en andere.

Een andere indicator die in de tabellen wordt gevonden, is: thermische geleidbaarheid van metalen. Het ergste van alles is dat neptunium warmte geleidt en zilver is de beste warmtegeleider. Goud, staal, ijzer, gietijzer en andere elementen bevinden zich tussen deze twee uitersten in. Duidelijke kenmerken voor elk zijn te vinden in de gewenste tabel.