☰ Все темы
Закрыть

Содержание статьи

Сталь
52 03.05.2024 08 мин

Температура плавления металлов

Содержание статьи

Высокая плотность, тепло-, электропроводность, пластичность, выраженный блеск – таковы свойства металлических предметов. Но главное – это прочность. Например, стальная арматура А500 С 12 мм (вспомогательные элементы для обустройства конструкции) сопротивляется временному разрыву на уровне 600 Н\мм2. Применяется совместно с другими стройматериалами (бетон). В природе металл встречается, преимущественно как руда (реже самородки). Поэтому, чтобы воспользоваться его свойствами, необходима очистка от примесей, придание куску породы нужной формы. Для этого применяется плавление – обратимый процесс, противоположный кристаллизации, когда твердое тело становится жидкостью. Температуры плавления металлов зависят от прочности металлической связи.

Этапы процесса:

  1. Предмет нагревается внешним источником.
  2. При достижении t начинается фазовый переход (равновесие).
  3. При дальнейшем перегреве – преобразование в жидкую форму.

При какой температуре плавится самый тугоплавкий элемент? Это вольфрам – 3422 градуса Цельсия. Возможно, более высокие показатели имеет сиборгий. Но он существует слишком короткое время, чтобы провести измерения.

Теоретические данные про температуры плавления

Уровень нагрева, при котором начинается переход в жидкое состояние, различен для сплавов и чистых металлических элементов. Этот показатель, к примеру, у железа составляет около 1539 градусов Цельсия. У стали, содержащей также углерод и различные присадки – от 1300 до 1500. Бронза, разные марки латуни и чугуна тоже получаются при сплавлении нескольких компонентов. Диапазон t плав. для них составляет соответственно 1010–1045, 900–1045, 1150–1500 град. Цельсия. Для свинца (плавится при +327⁰ͦС) и олова (t размягчения 231) перевод в расплав возможен, к примеру, в электропечи. При какой температуре происходит расплав драгметаллов? В бытовых условиях их температурно обработать нельзя, потому что уровни составляют:

Для золота +1063⁰ С
Для серебра +960⁰ С

Показатели для мягких на вид меди и алюминия – 1083 и 658 град. С. Цинк плавится при плюс 419, а титан – +1655. Неметалл азот расплавляется при -196 град. А ртуть, жидкая уже при комнатной t, имеет данный показатель минус 38.8⁰С.

Так плавятся бытовые вещества

Вода – жидкость, поэтому t плав. рассматривается для твердой формы – льда. Она составляет 0⁰ Цельсия или 32 градуса по Фаренгейту. Показатели могут отличаться в зависимости от примесей. Морской лед тает при +2.3⁰С. Синтетические вещества – пластики плавятся по-разному (в град. Цельсия):

  • полиэтилены высокого давления с низкой плотностью – при t чуть выше кипения воды – 105-108;
  • с высокой плотностью – около 135;
  • полипропилены – 165-170.

Фторопласты –до 290, темплен – 200-210⁰С. Пенопласт плавится при +270 градусах, эпоксидные смолы – при 155, лавсан – 260, стёкла, в зависимости от состава – от 750 до 2500, а оргстекла - 260⁰С.

Температура расплавления кристаллических решеток – что это

Упорядоченная кристаллическая решетка вещества, отсутствующая у аморфных материалов, например резины, определяет физическое свойство материала. У металлов в углах решетки стоят атомы, электроны внешнего энергетического слоя (электронный газ) слабо связываются с ядром. При нагреве металл плавится, находящиеся внутри кристаллической решетки ионы увеличивают амплитуду колебания. Решетчатая структура разрушается с возможностью обратного восстановления (кристаллизация). Ионная компонента хаотически движется по пространству. Поэтому рассматривают температуры плавления металлов, а не решетки по отдельности.

Теплота плавления – что это

В общем случае под вышеуказанным термином подразумевается обмен энергией между телами. Перенос тепла нужен для измерения t (термометром, термопарой, иногда бесконтактно – спектографом). Удельной теплотой плавления (обозначается «лямбда») называется количество энергии, выраженной джоулями, которое нужно направить на тело, чтобы перевести его из кристаллического состояния в жидкое. Рассчитывается как деление переданной теплоты на массу, выраженную килограммами. Величина положительная с возможностью перевода в калории. К примеру, для серебра она составляет 105 кДж на 1 кг или 25 000+ калорий. Для алюминия – 390 кДж /1кг, ртути – 12,  для льда – 333+ или 79 600+ калорий.

Температуры плавления металлов (таблица)

Классификация подразделяет металлические материалы на легкоплавкие – цинк и элементы, находящиеся перед ним в таблице Менделеева. А также тугоплавкие – от железа и далее. При переходе металлического предмета в жидкое состояние его объем несколько увеличивается, а плотность уменьшается. Исключения: кремний, висмут, германий, гелий, сурьма, наоборот, уменьшающиеся по объемам.

t плавления в градусах Цельсия Наименование Сокращение Плотность г/1 см3 при комнатной t Атомная масса
29 Галлий Ga 5.9 70
271 Висмут Bi 9.8 209
630 Сурьма Sb 6.7 122
650 Магний Mg 1.7 24
936 Германий Ge 5.3 73
1240 Марганец Mn 7.4 59
1285 Бериллий Be 1.8 9
1430 Кремний Si 2.35 28
1455 Никель Ni 8.9 59
1670 Титан Ti 4.5 48
1850 Цирконий Zr 6.5 91
1880 Хром Cr 7.2 52
2660 Молибден Mo 10.2 96
3422 Вольфрам W 19.2 184
2700 Осмий Os 22.5 190
1769 Платина Pt 21.45 195
321 Кадмий Cd 8.6 112
38.9 Рубидий Rb 1,25 86
419 Цинк Zn 7.14 65
710 Барий Ba 3.5 137
28 Цезий Cs 1.9 132
97.8 Натрий Na 0.97 22
63 Калий K 0.86 39
179 Литий Li 0.53 6.9
1063 Золото Au 19.3 196
960 Серебро Ag 10.5 107
327 Свинец Pb 11 207
660 Алюминий Al 2.7 26
-39 Ртуть Hg 13.54 200
1538 Железо Fe 7.8 55
2470 Ниобий Nb 8.5 92
3180 Рений Re 21 186
2222 Гафний Hf 13 178

Температуры плавления металлов, сплавов индивидуальны для каждого вещества. Они влияют на выбор способа термической обработки. Зависят от прочности металлической связи, плотности, давления. Чем выше последнее, тем больше внешней энергии нужно приложить, чтобы атомы могли отдалиться друг от друга, разорвать кристаллическую решетку. Например, для ниобия при давлении 10 ГПа рассчитан температурный уровень перехода в жидкость около 3000 ⁰С.