Температуры плавления и кипения чистых химических элементов при атмосферном давлении

Сталь — это сплав железа, к которому примешивают углерод. Её главная польза в строительстве — прочность, ведь это вещество длительное время сохраняет объем и форму. Все дело в том, что частицы тела находятся в положении равновесия. В этом случае сила притяжения и сила отталкивания между частицами являются равными. Частицы находятся в чётко обозначенном порядке.

Есть четыре вида этого материала: обычная, легированная, низколегированная, высоколегированная сталь. Они отличаются количеством добавок в своём составе. В обычной содержится малое количество, а дальше возрастает. Используют следующие добавки:

Температуры плавления стали

При определённых условиях твёрдые тела плавятся, то есть переходят в жидкое состояние. Каждое вещество делает это при определённой температуре.

• Плавление — это процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое.
• Температура плавления — это температура, при которой твёрдое кристаллическое вещество плавится, переходит в жидкое состояние. Обозначается t.

Физики используют определённую таблицу плавления и кристаллизации, которая приведена ниже:

На основании таблицы можно смело сказать, что температура плавления стали равна 1400 °C.

Температура кипения

Если испарение происходит при любой температуре, то кипение происходит при некоторой определенной температуре. При этом:

• разные жидкости закипают при разной температуре
• кипение от начала до конца происходит при постоянной температуре

Температура кипения — это температура, при которой жидкость кипит.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

Вспомните, при приготовлении того же супа после закипания воды огонь уменьшают. Теперь он просто поддерживает эту самую температуру кипения. Это дает экономию топлива.

Температура кипения зависит от давления на поверхность жидкости. Давление насыщенного пара в пузырьках при кипении всегда больше внешнего давления.

Соответственно, если мы увеличим внешнее давление, то температура кипения увеличивается. Если уменьшим — температура кипения тоже снизится.

Давление воздуха зависит от высоты. При ее увеличении над уровнем моря давление воздуха постепенно уменьшается. Значит, уменьшается и температура кипения жидкости. Если при нормальном атмосферном давлении вода закипает при $100 \degree C$, то в горах она закипит при температуре $90 \degree C$.

Получится ли сварить в таких условиях обычное куриное яйцо? Нет. Белок так и не сможет свернуться — это невозможно при температуре ниже $100 \degree C$.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — это один из многих железных сплавов, которые содержатся в стали. Она содержит в себе Хром от 15 до 30%, который делает её ржаво-устойчивой, создавая защитный слой оксида на поверхности, и углерод. Самые популярные марки такой стали зарубежные. Это 300-я и 400-я серии. Они отличаются своей прочностью, устойчивостью к неблагоприятным условиям и пластичностью. 200-я серия менее качественная, но более дешёвая. Это и является выгодным для производителя фактором. Впервые её состав заметил в 1913 году Гарри Бреарли, который проводил над сталью много разных экспериментов.

На данный момент нержавейку разделяют на три группы:

• Жаропрочная — при высоких температурах имеет высокую механическую прочность и устойчивость. Детали, которые из неё изготавливаются применяют в сферах фармацевтики, ракетной отрасли, текстильной промышленности.
• Ржаво-стойкая — имеет большую стойкость к процессам ржавления. Её используют в бытовых и медицинских приборах, а также в машиностроении для изготовления деталей.
• Жаростойкая — является устойчивой при коррозии в высоких температурах, подходит для использования на химических заводах.

Температура плавления нержавеющей стали колеблется в зависимости от её марки и количества сплавов приблизительно от 1300 °C до 1400 °C.

Содержание

Для того чтобы превратить жидкость в пар, существует два способа: испарение и кипение. В прошлых уроках мы подробно разобрали, как происходит процесс испарения. В его ходе образуется пар, который в зависимости от условий может быть насыщенным или ненасыщенным.

Явление кипения мы часто наблюдаем в повседневной жизни. Для того чтобы приготовить чай или кофе, сначала мы доводим воду до кипения. Чтобы сварить суп, мы ждем, когда закипит вода в кастрюле.

В данном уроке мы рассмотрим, как физика описывает этот процесс, изучим изменения, происходящие при кипении и установим зависимости от других величин.

Чугун и сталь

Чугун — это сплав углерода и железа, он содержит примеси марганца, кремния, серы и фосфора. Выдерживает невысокие напряжения и нагрузки. Один из его многочисленных плюсов — это невысокая стоимость для потребителей. Чугун бывает четырех видов:

• Белый — имеет высокую прочность и плохую способность к обработке ножом. Виды сплава по увеличению количества углерода в составе: доэвтектический, эвтектический, заэвтектический. Его назвали белым из-за того, что в разломе он имеет белый цвет. А также белый чугун обладает особым строением металлической массы и большой изностойкостью. Полезен в изготовлении механических деталей, которые будут работать в среде с отсутствием смазки. Его используют для изготовления приведённых ниже видов чугуна.
• Серый чугун — содержит углерод, кремний, марганец, фосфор и немного серы. Его можно легко получить, и он имеет плохие механические свойства. Используется для изготовления деталей, которые не подвергаются воздействию ударных нагрузок. В изломе есть серый цвет, чем он темнее, тем материал мягче. Свойства серого чугуна зависят от температуры среды, в которой он находится, и количества разных примесей.
• Ковкий чугун — получают из белого в результате томления (длительного нагрева и выдержки). В состав вещества входят: углерод, кремний, марганец, фосфор, небольшое количество серы. Является более прочным и пластичным, легче поддаётся обработке.
• Высокопрочный чугун — это самый прочный из всех видов чугунов. Содержит в себе углерод, марганец, серу, фосфор, кремний. Имеет большую ударную вязкость. Из такого важного металла делают поршни, коленчатые валы и трубы.

Температуры плавления стали и чугуна отличаются, как утверждает таблица, приведённая выше. Сталь имеет более высокую прочность и устойчивость к высоким температурам, чем чугун, температуры отличаются на целых 200 градусов. У чугуна это число колеблется приблизительно от 1100 до 1200 градусов в зависимости от содержащихся в нем примесей.

Неметаллы. Физические и химические свойства

Положение неметаллов в периодической системе

Как же определить, относится вещество к металлам или к неметаллам?
Если внимательно посмотреть на Периодическую систему Д.И. Менделеева (подробно с классификацией элементов знакомимся в параграфе 42 учебника по химии для 8 класса под редакцией Еремина В.В.) и провести условную диагональ от водорода через бор до астата и неоткрытого пока элемента № 118, таблица неметаллов займет правый верхний угол.

Каждый горизонтальный период таблицы заканчивается элементом с завершенным внешним энергетическим уровнем. Эта группа элементов носит название благородные газы

и имеет особые свойства, с которыми можно познакомиться в параграфе 18 учебника «Химия» для 8 класса под редакцией Еремина В.В.

При рассмотрении электронного строения неметаллов можно заметить, что энергетические уровни атома заполнены электронами больше чем на 50% (исключение – бор), и у элементов, расположенных в таблице справа налево количество электронов на внешнем уровне увеличивается. Поэтому в химических реакциях эта группа веществ может быть как акцептором электронов с окислительными свойствами, так и донором электронов с восстановительными свойствами.

Вещества, образующие диагональ бор-кремний-германий-мышьяк-теллур, являются уникальными, и в зависимости от реакции и реагента могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Их называют металлоиды. В химических реакциях они проявляют преимущественно восстановительные свойства.

Химия. Базовый уровень. 10 класс. Учебник.

Учебник написан преподавателями химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Простота и доступность изложения курса органической химии , большое количество иллюстраций , а также разнообразные вопросы упражнения и задачи способствуют успешному усвоению учебного материала. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.

Купить

Физические свойства неметаллов. Аллотропия

Если смотреть на металлы, то невооруженным глазом можно заметить общие свойства — металлический блеск, твердое агрегатное состояние (исключение — жидкая ртуть), тепло- и электропроводность.

С неметаллами все намного сложнее. Они могут иметь молекулярное

и
немолекулярное
строение. Благодаря различиям в строении, простые вещества неметаллы существуют в трех агрегатных состояниях:

1. Молекулярные:
   Летучие, газообразные, бесцветные кислород, водород.
2. Газообразные, окрашенные хлор, азот, фтор.
3. Единственный жидкий представитель — темно-красный бром.
4. Твердые, но хрупкие вещества с невысокой температурой плавления — кристаллы йода, серы, белого фосфора.
5. Немолекулярные:
   Твердые вещества с высокой температурой плавления — кремний, графит, алмаз и красный фосфор.

Большинство из неметаллических веществ плохо проводят электричество и тепло.

Исключением является графит — разновидность углерода.

Аллотропия — уникальная способность неметаллического элемента образовывать несколько простых веществ. В естественной среде существуют аллотропные модификации элементов, которые отличаются физическими и химическими свойствами. К ним относятся озон и кислород, графит и алмаз. Подробнее о физических свойствах неметаллов вы можете узнать в учебнике «Химия. 9 класс».

Химические свойства неметаллов

Как мы разобрали выше, группа неметаллов довольно полиморфна и в зависимости от типа реакций, в которых они участвуют, могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Фтор — исключение в этом ряду. Он всегда окислитель.

В ряду F,O,N,CL,Br,I,S,C,Se,P,As,Si,H окислительные свойства уменьшаются. Восстановительные свойства кислород может проявлять только в отношении фтора.

1. Реакции с металлами.

В этом типе реакций проявляются окислительные свойства и неметаллы принимают электроны с образованием отрицательно заряженных частиц.

Са + Сl2 = СаСl2

Са + O2 = СаO2

Na + Сl2 = Na+Сl2

1. Реакции с водородом

Практически все неметаллы реагируют с водородом. Лишь благородные газы составляют исключение для реакций данного типа. Продуктом реакции являются летучие водородные соединения:

Cl2 + H2 = 2HCl

С + 2Н2 = СН4

1. Реакции с кислородом.

Неметаллы образуют кислотные или несолеобразующие оксиды. S + O2 = SO2
P + 5O2 = 2P2O5 4. Взаимодействие с водой и кислотами для неметаллов не характерно.

Что ещё почитать?

ОГЭ по химии — 2022: расписание, критерии оценивания, типы заданий Биография Д.И. Менделеева. Интересные факты из жизни великого химика Карбоновые кислоты Массовая доля вещества

История открытия неметаллов

Медная посуда, железные орудия труда, золотые украшения — издавна человек замечал, что у всех этих веществ есть определенные общие свойства:

• они проводят тепло и электрический ток;
• для них характерен металлический блеск;
• благодаря пластичности и ковкости им можно придать любую форму;
• для всех веществ характерна металлическая кристаллическая решетка.

В противовес металлам были и другие вещества, не обладающие металлическими свойствами, и названные соответственно неметаллами. Практически до конца XVII века ученым-алхимикам было известно всего лишь два вещества-неметалла — углерод и сера.

В 1669 году Бранд в поисках «философского камня» открыл белый фосфор. И за короткий период с 1748 по 1798 годы было открыто около 15 новых металлов и 5 неметаллов.

Попытки открытия фтора стоили исследователям не только здоровья, но и жизни. Деви, братья Кнокс, Гей-Люссак — это неполный список жертв науки, что потеряли здоровье в попытках выделить фтор из плавикового шпата. Лишь в 1886 году Муассан решил сложную задачу способом электролиза. И получил первый галоген, а ещё – ядовитый хлор. Во времена Первой мировой войны его использовали как оружие массового поражения.

В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.

#ADVERTISING_INSERT#

Плотность, температура плавления и кипения простых веществ: таблицы для элементов

В таблице приводятся основные физические свойства простых веществ: плотность при температуре 20°С (в случае, если плотность измерена при другой температуре, последняя указана в скобках), температура плавления и температура кипения веществ в градусах Цельсия.

Указаны плотность и температуры плавления и кипения следующих простых веществ: азот N2, актиний Ac, алюминий Al, америций Am, аргон Ar, астат At, барий Ba, бериллий Be, бор B, бром Br, ванадий V, висмут Bi, водород h3, вольфрам W, гадолиний Gd, галлий Ga, гафний Hf, гелий He, германий Ge, гольмий Ho, диспрозий Dy, европий Eu, железо Fe, золото Au, индий In, йод (иод) J, иридий Ir, иттербий Yb, иттрий Y, кадмий Cd, калий K, кальций Ca, кислород O2, озон O3, кобальт Co, кремний Si, криптон Kr, ксенон Xe, кюрий Cm, лантан La, литий Li, лютеций Lu, магний Mg, марганец Mn, медь Cu, молибден Mo, мышьяк As, натрий Na, неодим Nd, неон Ne, нептуний Np, никель Ni, ниобий Nb, олово Sn, осмий Os, палладий Pd, платина Pt, плутоний Pu, полоний Po, празеодим Pr, прометий Pm, протактиний Pa, радий Ra, радон Rn, рений Re, родий Rh, ртуть Hg, рубидий Rb, рутений Ru, самарий Sm, свинец Pb, селен Se, сера S, серебро Ag, скандий Sc, стронций Sr, сурьма Sb, таллий Tl, тантал Ta, теллур Te, тербий Tb, технеций Tc, титан Ti, торий Th, тулий Tu, углерод C (алмаз, графит), уран U, фосфор P (белый, красный), франций Fr, фтор F, хлор Cl, хром Cr, цезий Cs, церий Ce, цинк Zn, цирконий Zr, эрбий Er.

Читать также: Палладий в радиодеталях ссср

Следует отметить, что плотность веществ в таблице выражена в размерности кг/м3. В таблице можно выделить вещества (химические элементы) с минимальной и максимальной плотностью. Наименьшей плотностью из химических элементов обладают газы — например, плотность водорода равна всего 0,08987 кг/м3 — это самый легкий газ на планете. Из тяжелых элементов высокой плотностью отличаются вольфрам, уран, нептуний, осмий и другие металлы.

Цифры в скобках означают, что вещество при данной температуре разлагается. Сокращения: г. — газ, ж. — жидкость, тв. — твердое вещество, возг. — возгоняется, ромб. — ромбическая структура.

По данным таблицы можно выделить вещества, обладающие минимальной и максимальной температурой плавления и кипения. Самую низкую температуру плавления имеет химический элемент гелий — его температура плавления равна минус 272,2 °С. Гелий также обладает и самой низкой температурой кипения.

Самую высокую температуру плавления среди простых веществ имеет такой химический элемент, как углерод в виде графита. Он начинает плавиться при температуре 3600°С. Другая модификация углерода — алмаз также относится к тугоплавким веществам с температурой плавления 3500°С.

Самую высокую температуру кипения имеет элемент кадмий, он кипит при температуре не ниже 7670°С, хотя начинает плавиться всего лишь при 321°С.

Атомная масса и плотность простых веществ

В таблице приведена атомная масса и плотность следующих химических элементов: азот ,актиний, алюминий, америций, аргон, астат, барий, бериллий, берклий, бор, бром, ванадий, висмут, водород, вольфрам, гадолиний, галлий, гафний, гелий, германий, гольмий, диспрозий, европий, железо, золото, индий, йод, иридий, иттербий, иттрий, кадмий, калий, калифорний, кальций, кислород, кобальт, кремний, криптон, ксенон, кюрий, лантан, литий, лютеций, магний, марганец, медь, менделевий, молибден, мышьяк, натрий, неодим, неон, нептуний, никель, ниобий, олово, осмий, палладий, платина, плутоний, полоний, празеодим, прометий, протактиний, радий, радон, рений, родий, ртуть, рубидий, рутений, самарий, свинец, селен, сера, серебро, скандий, стронций, сурьма, таллий, тантал, теллур, тербий, технеций, титан, торий, тулий, углерод (графит, алмаз), уран, фермий, фосфор, франций, фтор, хлор, хром, цезий, церий, цинк, цирконий, эйнштейний, эрбий.

Указанные значения плотности соответствуют плотности веществ при температуре 20°С и атмосферном давлении, за исключением тех случаев, когда в скобках указана другая температура.

Плотность элементов дана в размерности тонна на кубометр. Например, плотность жидкого азота при температуре -195,8°С равна 0,808 т/м3 или 808 кг/м3; плотность хлора в газообразном состоянии равна 3,214 кг/м3, жидкого — 1557 кг/м3. Значения плотности веществ приведены для их естественного молекулярного и агрегатного состояний при указанной температуре.

Источники:1. Писаренко В.В. Справочник лаборанта-химика. Справ. пособие для проф.-техн. учебн. заведений. М., «Высшая школа», 1970. — 192 стр. с илл.2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Таблица 3.3.7

Температуры кипения или возгонки (°С) неорганических веществ при давлении пара от 13,3 Па до 101,3 кПа

*1 Ниже 233 °С — орторомбическая модификация, от 233 до 313 °С — моноклинная модификация. *2 В парах BeBr2 + Be2Br4. *3 В парах BeCl2 + Be2Cl4. *4 В парах BeI2 + Be2I4. *5 Другие галогенпроизводные метана см. в табл. 3.3.9. *6 Тройная точка. *7 См. также табл. 3.3.15 и 3.3.16. *8 Пар состоит из GaBr3 + GaBr4 + Br2. *9 См. также табл. 3.3.19–3.3.22. *10 Ниже 386 °C — красная модификация, выше 386 °C — черная модификация. *11 В парах диспропорционирует на HgBr2 и Hg. *12 В парах диспропорционирует на HgCl2 и Hg. *13 Отчасти диспропорционирует на InCl и InCl3. *14 См. также табл. 3.3.17. *15 Пар состоит из NH3 и соответствующего галогеноводорода. *16 В парах NO2 + N2O4; при Т ≤ –50 °С давлением NO2 можно пренебречь. *17 Выше 420 °C неустойчив. *18 Ниже 569 °С — кубическая модификация, от 569 до 655 °С — орторомбическая модификация. *19 В парах диссоциирует на SeCl2 и Cl2. *20 Выше 194 °C диспропорционирует. *21 В парах TiCl3 + Ti2Cl6. *22 Ниже 226,9 °C — α-модификация, от 226,9 до 284 °C — β-модификация.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ

Астицы любого тела — атомы или молекулы — нахо­дятся в постоянном беспорядочном движении. В твёр­дых телах это движение практически ограничивается к о – лебанием атомов вокруг определённого положения равновесия. Чем выше температура тела, тем оживлённее ато движение. При определённой температуре твёрдое тело плавится, переходит в жидкость.

Аморфные тела — воск, смола, янтарь, стекло — при нагревании постепенно размягчаются, а затем становятся жидкими. Переход воска из твёрдого состояния в жидкое совершается плавно, и мы не можем сказать точно, какова температура плавления воска.

Иное дело — кристаллические вещества. При нагрева­нии ионы, закреплённые в узлах кристаллической решётки, колеблются всё энергичнее, но, пока решётка сохраняется, кристалл остаётся твёрдым. Только когда колебания ионов усиливаются настолько, что решётка разрушается, появ­ляются первые следы жидкости. Вот почему все кристал­лические вещества, в том числе и металлы, имеют совер­шенно определённую температуру плавления.

Среди металлов встречаются такие, для расплавления которых строят специальные высокотемпературные элек­трические печи; есть такие, которые плавятся от теплоты руки, а есть и такие, которые плавятся при температуре ниже нуля.

Наиболее легкоплавкие металлы — ртуть и цезий, а са­мые тугоплавкие — рений и вольфрам. Ниже мы приводим таблицу температур плавления различных металлов:

Температура плавления в градусах Цельсия

Температура плавления в градусах Цельсия

Передача теплоты от одного тела к другому — это пе­реход энергии беспорядочного движения от одних молекул к другим.

Вода, стекло, воздух, дерево, кирпич передают тепло медленно, теплопроводность их низка. Металлы же прово­дят тепло очень быстро. Чем это объяснить?

Мы уже знаем, что в пространственной решётке метал­лических кристаллов находятся положительно заряженные атомы металлов — ионы. Они более или менее прочно удерживаются на своих местах. Вокруг ионов беспорядоч­но движутся свободные электроны. Их можно представить в виде «электронного газа», омывающего кристалличе­скую решётку. Свободные электроны легко перемещаются внутри решётки и служат хорошими переносчиками теп – ловой энергии от нагретых слоёв металла к холодным.

Высокую теплопроводность металла всегда легко обна­ружить. Прикоснитесь в холодную погоду рукой к стене деревянного дома и к железной ограде: железо на ощупь всегда гораздо холоднее, чем дерево, так как железо бы­стро отводит тепло от руки, а дерево — в сотни раз мед­леннее. Лучше всех других металлов проводят тепло се­ребро и золото, затем идут медь, алюминий, вольфрам, магний, цинк и другие. Самые плохие металлические про­водники тепла — свинец и ртуть.

Читать также: Как правильно заточить циркулярную пилу

Теплопроводность измеряют количеством тепла, кото­рое проходит по металлическому стержню сечением в

1 квадратный сантиметр за 1 минуту. Если теплопро­водность серебра условно принять за 100, то теплопровод­ность меди будет 90, алюминия 27, железа 15, свинца 12, ртути 2, а теплопроводность дерева всего 0,05.

Чем больше теплопроводность металла, тем быстрее и равномернее он нагревается.

Благодаря своей высокой теплопроводности металлы широко используются в тех случаях, когда необходимо бы­строе нагревание или охлаждение. Паровые котлы, аппа­раты, в которых протекают различные химические процес­сы при высоких температурах, батареи центрального ото­пления, радиаторы автомобилей — всё это делается из металлов. Аппараты, которые должны отдавать или по­глощать много тепла, чаще всего изготовляются из хоро­ших проводников тепла — меди, алюминия.

Эта листовая продукция надежно устраняет скольжение на поверхности материала. На гладкую сторону листа наносят различные рифления в виде ромба, дуэта, чечевицы, квинтета или любого другого рисунка. Но рифление квинтет и …

Низкоуглеродистую сталь марки aisi 310s купить в интернете по выгодной цене и с оперативной доставкой можно исключительно через онлайн-сервис производителей с репутацией ответственного партнера. Только в таком случае можно рассчитывать …

Изготавливаемые из стали 12х18н10т круг нержавеющий, лист зеркальный — пластичные материалы с ударновязкой структурой, устойчивые к межкристаллитной коррозии.

Температура плавления металлов

Плавление металла – это определенный термодинамический процесс, при котором кристаллическая решетка металла разрушается и он переходит из твердого фазового состояния в жидкое.

Температура плавления металлов – показатель температуры нагреваемого металла, при достижении которой начинается процесс фазового перехода (плавления). Сам процесс обратный кристаллизации и неразрывно связан с ней. Для того чтобы расплавить металл? его необходимо нагреть, используя внешний источник тепла до температуры плавления, а затем продолжить подвод теплоты для преодоления энергии фазового перехода. Дело в том, что само значение температуры плавления металлов указывает на температуру, при которой материал будет находиться в фазовом равновесии, на границе между жидкостью и твердым телом. При такой температуре чистый металл может существовать одновременно как в твердом, так и в жидком состоянии. Для осуществления процесса плавления необходимо перегреть металл немного больше равновесной температуры, чтобы обеспечить положительный термодинамический потенциал. Дать своеобразный толчок процессу.

Температура плавления металлов постоянна только для чистых веществ. Наличие примесей будет смещать равновесный потенциал в ту или иную сторону. Это происходит потому, что металл с примесями формирует иную кристаллическую решетку, и силы взаимодействия атомов в них будут отличаться от тех, которые присутствуют в чистых материалах.В зависимости от величины температуры плавления, металлы делят на легкоплавкие (до 600°С, такие как галлий, ртуть) , среднеплавкие (600-1600°С, медь, алюминий) и тугоплавкие (>1600°С, вольфрам, молибден).

В современном мире чистые металлы используют редко в силу того, что они имеют ограниченный диапазон физических свойств. Промышленность давно и плотно использует различные комбинации металлов – сплавы, разновидностей и характеристик которых гораздо больше. Температура плавления металлов, входящих в состав различных сплавов, будет также отличаться от температуры плавления их сплава. Разные концентрации веществ обуславливают порядок их плавления или кристаллизации. Но существуют равновесные концентрации, при которых металлы, входящие в состав сплава, затвердевают или плавятся одновременно, то есть ведут себя как однородный материал. Такие сплавы называются эвтектическими.

Знать температуру плавления очень важно при работе с металлом, эта величина необходима как в производстве, для расчета параметров сплавов, так и при эксплуатации металлических изделий, когда температура фазового перехода материала, из которого изделие изготовлено, определяет ограничения при его использовании. Для удобства эти данные сведены в единую таблицу. Таблица плавления металлов – сводный результат физических исследований характеристик различных металлов. Существуют также подобные таблицы и для сплавов. Температура плавления металлов также существенно зависит и от давления, поэтому данные таблицы актуальны для конкретного значения давления (обычно это нормальные условия, когда давление равно 101.325 кПа). Чем выше давление, тем выше температура плавления, и наоборот.

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:

1. Превращения из жидкости в твердое вещество и наоборот приняты за ноль градусов.
2. Кипения (парообразования внутри жидкости) при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) принята за 100 ⁰С.

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.

Читать также: Сделать изделия на продажу

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:

1. Жидкости полностью растворяются одна в другой, так себя ведут вода и спирт. Во всем объеме концентрация веществ будет одинаковой.
2. 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.

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).

Процесс кипения

Проведем опыт: будем нагревать воду в открытом стеклянном сосуде и измерять ее температуру.

Отметим, что до того, момента как мы начнем нагревать воду, с поверхности воды идет испарение. Пар при этом не виден глазу, но, тем не менее, существует.

Начнем нагревать воду. Мы заметим, что в воде начинают появляться пузырьки (рисунок 1, а). С повышением температуры они начинают увеличиваться в размерах.

Рисунок 1. Кипение воды

В воде всегда растворено некоторое количество воздуха. При повышении температуры этот воздух выделяется из воды в виде пузырьков. Внутри них — воздух и водяной пар. Водяной пар там присутствует, потому что окружающая вода испаряется внутрь этих пузырьков воздуха.

Когда пузырьки поднимаются в верхние слои жидкости (более холодные), они уменьшаются в размерах. Происходит это из-за конденсации пара внутри пузырьков. Под действием силы тяжести они опускаются вниз в более горячую воду.

И снова начинают подниматься к поверхности. Происходит попеременное увеличение и уменьшение пузырьков, в ходе которых они двигаются в жидкости. При этом мы слышим шум. Он предшествует закипанию воды.

Вода постепенно прогревается по всему объему. Пузырьки перестают уменьшаться в размерах (рисунок 1, б). Под действием архимедовой силы, они всплывают на поверхность и лопаются. Насыщенный пар, содержащийся в них, смешивается с окружающим воздухом. Прекращается шум, остается только бульканье — вода закипела. Температура воды равна $100 \degree C$.

Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

Температура плавления металлов

Разные вещества имеют различную температуру плавления. Принято делить металлы на:

1. Легкоплавкие – их достаточно нагревать до 600 ⁰С, чтобы получать вещество в жидком виде.
2. Среднеплавкие металлы расплавляются в диапазоне температур 600…1600 ⁰С.
3. 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).

Прочность металлов

Помимо способности перехода из твердого в жидкое состояние, одним из важных свойств материала является его прочность — возможность твердого тела сопротивлению разрушению и необратимым изменениям формы. Основным показателем прочности считается сопротивление возникающее при разрыве заготовки, предварительно отожженной. Понятие прочности не применимо к ртути, поскольку она находится в жидком состоянии. Обозначение прочности принято в МПа — Мега Паскалях.

Существуют следующие группы прочности металлов:

• Непрочные. Их сопротивление не превышает 50МПа. К ним относят олово, свинец, мягкощелочные металлы
• Прочные, 50−500МПа. Медь, алюминий, железо, титан. Материалы этой группы являются основой многих конструкционных сплавов.
• Высокопрочные, свыше 500МПа. Например, молибден и вольфрам.

Таблица прочности металлов

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.

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.