Какая самая большая температура плавления
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 12 декабря 2020; проверки требуют 7 правок.
Температу́ра плавле́ния (обычно совпадает с температурой кристаллизации) – температура твёрдого кристаллического тела (вещества), при которой оно совершает переход в жидкое состояние. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдёт в жидкое состояние, а температура не будет изменяться, пока всё вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в твёрдое состояние (застывать), и, пока оно не застынет полностью, его температура не изменится.
Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура отвердевания чистого вещества, например олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не изменяется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.
Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления – точкой ликвидуса). Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определённой температурой плавления, как чистые вещества.
Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления. С ростом температуры вязкость таких веществ снижается, и материал становится более жидким.
Поскольку при плавлении объём тела изменяется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы даётся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.
Температуры плавления некоторых веществ[1]
| вещество | температура плавления (°C) |
|---|---|
| гелий (при 2,5 МПа) | −272,2 |
| водород | −259,2 |
| кислород | −219 |
| азот | −210,0 |
| метан | −182,5 |
| спирт | −114,5 |
| хлор | −101 |
| аммиак | −77,7 |
| ртуть[2] | −38,83 |
| водяной лёд[3] | |
| бензол | +5,53 |
| цезий | +28,64 |
| галлий | +29,8 |
| сахароза | +185 |
| сахарин | +225 |
| олово | +231,93 |
| свинец | +327,5 |
| алюминий | +660,1 |
| серебро | +960,8 |
| золото | +1063 |
| медь | +1083,4 |
| кремний | +1415 |
| железо | +1539 |
| титан | +1668 |
| платина | +1772 |
| цирконий | +1852 |
| корунд | +2050 |
| рутений | +2334 |
| молибден | +2622 |
| карбид кремния | +2730 |
| карбид вольфрама | +2870 |
| осмий | +3054 |
| оксид тория | +3350 |
| вольфрам[2] | +3414 |
| углерод (сублимация) | +3547 |
| карбид гафния | +3890 |
| карбид тантала-гафния[4] | +3990 |
| карбонитрид гафния[5] | +4200 |
Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана)[править | править код]
Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом (англ.)[6]. Идея заключалась в наблюдении того, что средняя амплитуда тепловых колебаний увеличивается с увеличением температуры. Плавление начинается тогда, когда амплитуда колебаний становится достаточно большой для того, чтобы соседние атомы начали частично занимать одно и то же пространство.
Критерий Линдемана утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.
Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана[7]:
где – средний радиус элементарной ячейки, – температура Дебая, а параметр для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.
Температура плавления – расчёт
Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности.
Расчёт температуры плавления металлов[править | править код]
В 1999 году профессором Владимирского государственного университета И. В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления:
где – температура плавления, – скрытая теплота плавления, – число Авогадро, – константа Больцмана.
Впервые получено исключительно компактное выражение для расчёта температуры плавления металлов, связывающее эту температуру с известными физическими константами: скрытой теплотой плавления, числом Авогадро и константой Больцмана.
Формула выведена как одно из следствий новой теории плавления и кристаллизации, опубликованной в 2000 г.[8] Точность расчетов по формуле Гаврилина можно оценить по данным таблицы.
По этим данным, точность расчетов меняется от 2 до 30 %, что в расчетах такого рода вполне приемлемо.
См. также[править | править код]
- Температура застывания
Примечания[править | править код]
- ↑ Дриц М. Е., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дриц А. М., Пановко В. М. Свойства элементов. – Металлургия, 1985. – 672 с.
- ↑ 1 2 Haynes, 2011, p. 4.122.
- ↑ Температура плавления очищенной воды была измерена как 0,002519 ± 0,000002 °C, см. Feistel, R.; Wagner, W. A New Equation of e for H2O Ice Ih (англ.) // J. Phys. Chem. Ref. Data (англ.)русск. : journal. – 2006. – Vol. 35, no. 2. – P. 1021-1047. – doi:10.1063/1.2183324. – Bibcode: 2006JPCRD..35.1021F.
- ↑ Andrievskii R. A., Strel’nikova N. S., Poltoratskii N. I., Kharkhardin E. D., Smirnov V. S. Melting point in systems ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC // Soviet Powder llurgy and l Ceramics. – 1967. – Т. 6, вып. 1. – С. 65-67. – ISSN 0038-5735. – doi:10.1007/BF00773385.
- ↑ Создан самый тугоплавкий на сегодня материал. indicator.ru. Дата обращения: 9 августа 2020.
- ↑ Lindemann FA (англ.)русск.. The calculation of molecular vibration frequencies (нем.) // Phys. Z. : magazin. – 1910. – Bd. 11. – S. 609-612.
- ↑ Жирифалько Л. Статистическая физика твердого тела. – М.: Мир, 1975. – С. 15.
- ↑ Гаврилин И. В. 3.7. Расчёт температуры плавления металлов // Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. – Владимир: Изд. ВлГУ, 2000. – С. 72. – 200 экз. – ISBN 5-89368-175-4.
Литература[править | править код]
- Haynes, William M. CRC Handbook of Chemistry and Physics (неопр.). – 92nd. – CRC Press, 2011. – ISBN 1439855110.
Источник
На чтение 6 мин. Просмотров 336 Опубликовано 17.01.2021
Металлы и сплавы – это незаменимая основа для литейного и ювелирного производства, ковки и многих других сфер. Что бы ни делал человек из металла (какой бы это ни был процесс), для правильной работы ему нужно знать, при какой температуре плавится тот или иной металл. Мы подробно рассмотрим процесс плавления, его отличие от кипения, а также сравним температуры в таблицах.
Таблица температур плавления
Узнать какая нужна температура для плавления металлов, поможет таблица по возрастанию температурных показателей.
| Элемент или соединение | Необходимый температурный режим |
|---|---|
| Литий | +18°С |
| Калий | +63,6°С |
| Индий | +156,6°С |
| Олово | +232°С |
| Таллий | +304°С |
| Кадмий | +321°С |
| Свинец | +327°С |
| Цинк | +420°С |
Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов.
| Элемент либо сплав | Температурный режим |
|---|---|
| Магний | +650°С |
| Алюминий | +660°С |
| Барий | +727°С |
| Серебро | +960°С |
| Золото | +1063°С |
| Марганец | +1246°С |
| Медь | +1083°С |
| Никель | +1455°С |
| Кобальт | +1495°С |
| Железо | +1539°С |
| Дюрали | +650°С |
| Латуни | +950…1050°С |
| Чугун | +1100…1300°С |
| Углеродистые стали | +1300…1500°С |
| Нихром | +1400°С |
Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов.
| Наименование элемента | Температурный режим |
|---|---|
| Титан | +1680°С |
| Платина | +1769,3°С |
| Хром | +1907°С |
| Цирконий | +1855°С |
| Ванадий | +1910°С |
| Иридий | +2447°С |
| Молибден | +2623°С |
| Тантал | +3017°С |
| Вольфрам | +3420°С |
Что такое температура плавления
Каждый металл имеет неповторимые свойства, и в этот список входит температура плавления. При плавке металл уходит из одного состояния в другое, а именно из твёрдого превращается в жидкое. Чтобы сплавить металл, нужно приблизить к нему тепло и нагреть до необходимой температуры – этот процесс и называется температурой плавления. В момент, когда температура доходит до нужной отметки, он ещё может пребывать в твёрдом состоянии. Если продолжать воздействие – металл или сплав начнет плавиться.
Плавление и кипение – это не одно и то же. Точкой перехода вещества из твердого состояния в жидкое, зачастую называют температуру плавления металла. В расплавленном состоянии у молекул нет определенного расположения, но притяжение сдерживает их рядом, в жидком виде кристаллическое тело оставляет объем, но форма теряется.
При кипении объем теряется, молекулы между собой очень слабо взаимодействуют, движутся хаотично в разных направлениях, совершают отрыв от поверхности. Температура кипения – это процесс, при котором давление металлического пара приравнивается к давлению внешней среды.
Для того, чтобы упростить разницу между критическими точками нагрева мы подготовили для вас простую таблицу:
| Свойство | Температура плавки | Температура кипения |
|---|---|---|
| Физическое состояние | Сплав переходит в расплав, разрушается кристаллическая структура, проходит зернистость | Переходит в состояние газа, некоторые молекулы могут улетать за пределы расплава |
| Фазовый переход | Равновесие между твердым состоянием и жидким | Равновесие давления между парами металла и воздухом |
| Влияние внешнего давления | Нет изменений | Изменения есть, температура уменьшается при разряжении |
При какой температуре плавится
Металлические элементы, какими бы они ни были – плавятся почти один в один. Этот процесс происходит при нагреве. Оно может быть, как внешнее, так и внутреннее. Первое проходит в печи, а для второго используют резистивный нагрев, пропуская электричество либо индукционный нагрев. Воздействие выходит практически схожее. При нагреве, увеличивается амплитуда колебаний молекул. Образуются структурные дефекты решётки, которые сопровождаются обрывом межатомных связей. Под процессом разрушения решётки и скоплением подобных дефектов и подразумевается плавление.
У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:
- Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
- Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
- Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.
Плавление железа
Температура плавления железа достаточно высока. Для технически чистого элемента требуется температура +1539 °C. В этом веществе имеется примесь – сера, а извлечь ее допустимо лишь в жидком виде.
Без примесей чистый материал можно получить при электролизе солей металла.
Плавление чугуна
Чугун – это лучший металл для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий показатель усадки дают возможность эффективнее пользоваться им при литье. Далее рассмотрим показатели температуры кипения чугуна в градусах Цельсия:
- Серый – температурный режим может достигать отметки 1260 градусов. При заливке в формы температура может подниматься до 1400.
- Белый – температура достигает отметки 1350 градусов. В формы заливается при показателе 1450.
Важно! Показатели плавления такого металла, как чугун – на 400 градусов ниже, по сравнению со сталью. Это значительно снижает затраты энергии при обработке.
Плавление стали
Плавления стали при температуре 1400 °C
Сталь – это сплав железа с примесью углерода. Её главная польза – прочность, поскольку это вещество способно на протяжении длительного времени сохранять свой объем и форму. Связано это с тем, что частицы находятся в положении равновесия. Таким образом силы притяжения и отталкивания между частицами равны.
Справка! Сталь плавится при 1400 °C.
Плавление алюминия и меди
Температура плавления алюминия равна 660 градусам, это означает то, что расплавить его можно в домашних условиях.
Чистой меди – 1083 градусов, а для медных сплавов составляет от 930 до 1140 градусов.
От чего зависит температура плавления
Для разных веществ температура, при которой полностью перестраивается структура до жидкого состояния – разная. Если взять во внимание металлы и сплавы, то стоит подметить такие моменты:
- В чистом виде не часто можно встретить металлы. Температура напрямую зависит от его состава. В качестве примера укажем олово, к которому могут добавлять другие вещества (например, серебро). Примеси позволяют делать материал более либо менее устойчивым к нагреву.
- Бывают сплавы, которые благодаря своему химическому составу могут переходить в жидкое состояние при температуре свыше ста пятидесяти градусов. Также бывают сплавы, которые могут «держаться» при нагреве до трех тысяч градусов и выше. С учетом того, что при изменении кристаллической решетки меняются физические и механические качества, а условия эксплуатации могут определяться температурой нагрева. Стоит отметить, что точка плавления металла – важное свойство вещества. Пример этому – авиационное оборудование.
Термообработка, в большинстве случаев, почти не изменяет устойчивость к нагреву. Единственно верным способом увеличения устойчивости к нагреванию можно назвать внесение изменений в химический состав, для этого и проводят легирование стали.
Вольфрам – самый тугоплавкий металл, 3422 °C (6170 °F).
Твердый, тугоплавкий, достаточно тяжелый материал светло-серого цвета, который имеет металлический блеск. Механической обработке поддается с трудом. При комнатной температуре достаточно хрупок и ломается. Ломкость металла связана с загрязнением примесями углерода и кислорода.
Примечание! Технически, чистый металл при температуре выше четырехсот градусов по Цельсию становится очень пластичным. Демонстрирует химическую инертность, неохотно вступает в реакции с другими элементами. В природе встречается в виде таких сложных минералов, как: гюбнерит, шеелит, ферберит и вольфрамит.
Вольфрам можно получить из руды, благодаря сложным химическим переработкам, в качестве порошка. Используя прессование и спекание, из него создают детали обычной формы и бруски.
Вольфрам – крайне стойкий элемент к любым температурным воздействиям. По этой причине размягчить вольфрам не могли более сотни лет. Не существовало такой печи, которая смогла бы нагреться до нескольких тысяч градусов по Цельсию. Ученым удалось доказать, что это самый тугоплавкий металл. Хотя бытует мнение, что сиборгий, по некоторым теоретическим данным, имеет большую тугоплавкость, но это лишь предположение, поскольку он является радиоактивным элементом и у него небольшой срок существования.
Источник
Почти все металлы при нормальных условиях представляют собой твердые вещества. Но при определенных температурах они могут изменять свое агрегатное состояние и становиться жидкими. Давайте узнаем, какая температура плавления металла самая высокая? Какая самая низкая?
Температура плавления металлов
Большая часть элементов периодической таблицы относится к металлам. В настоящее время их насчитывается примерно 96. Всем им необходимы разные условия, чтобы превратиться в жидкость.
Порог нагревания твердых кристаллических веществ, превысив который они становятся жидкими, называется температурой плавления. У металлов она колеблется в пределах нескольких тысяч градусов. Многие из них переходят в жидкость при относительно большом нагревании. Благодаря этому они являются распространенным материалом для производства кастрюль, сковородок и других кухонных приборов.
Средние температуры плавления имеют серебро (962 °С), алюминий (660,32 °С), золото (1064,18 °С), никель (1455 °С), платина (1772 °С) и т.д. Выделяют также группу тугоплавких и легкоплавких металлов. Первым, чтобы превратиться в жидкость, нужно больше 2000 градусов Цельсия, вторым – меньше 500 градусов.
К легкоплавким металлам обычно относят олово (232 °C), цинк (419 °C), свинец (327 °C). Однако у некоторых из них температуры могут быть еще ниже. Например, франций и галлий плавятся уже в руке, а цезий можно греть только в ампуле, ведь от кислорода он воспламеняется.
Самые низкие и высокие температуры плавления металлов представлены в таблице:
Тугоплавкие | Легкоплавкие | ||
Вольфрам | 3422 °C | Ртуть | -38,87 °C |
Рений | 3186 °C | Галлий | 26,79 °C |
Тантал | 3017 °C | Франций | 27 °C |
Осмий | 3033 °C | Цезий | 28,5 °C |
Молибден | 2623 °C | Рубидий | 39,31 °C |
Ниобий | 2477 °C | Калий | 63,5 °C |
Иридий | 2466 °C | Натрий | 97,8 °C |
Вольфрам
Самая высокая температура плавления – у металла вольфрама. Выше него по этому показателю стоит только неметалл углерод. Вольфрам представляет собой светло-серое блестящее вещество, очень плотное и тяжелое. Он кипит при 5555 °C, что почти приравнивается к температуре фотосферы Солнца.
При комнатных условиях он слабо реагирует с кислородом и не подвергается коррозии. Несмотря на свою тугоплавкость, он довольно пластичен и поддается ковке уже при нагревании до 1600 °C. Эти свойства вольфрама используют для нитей накаливания в лампах и кинескопах электродов для сварки. Большую часть добытого металла сплавляют со сталью, чтобы повысить ее прочность и твердость.
Широкое применение вольфрам имеет в военной сфере и технике. Он незаменим для изготовления боеприпасов, брони, двигателей и наиболее важных частей военного транспорта и самолетов. Из него также делают хирургические инструменты, ящики для хранения радиоактивных веществ.
Ртуть
Ртуть – единственный металл, температура плавления которого имеет минусовое значение. К тому же это один из двух химических элементов, простые вещества которых при нормальных условиях, существуют в виде жидкостей. Интересно, что кипит металл при нагревании до 356,73 °C, а это намного выше температуры его плавления.
Имеет серебристо-белый цвет и ярко выраженный блеск. Она испаряется уже при комнатных условиях, конденсируясь в небольшие шарики. Металл очень токсичен. Он способен накапливается во внутренних органах человека, вызывая болезни головного мозга, селезенки, почек и печени.
Ртуть – один из семи первых металлов, о которых узнал человек. В Средние века она считалась главным алхимическим элементом. Несмотря на ядовитость, когда-то ее применяли в медицине в составе зубных пломб, а также как лекарство от сифилиса. Сейчас ртуть почти полностью исключили из медицинских препаратов, но широко используют ее в измерительных приборах (барометрах, манометрах), для изготовления ламп, переключателей, дверных звонков.
Сплавы
Чтобы изменить свойства того или иного металла, его сплавляют с другими веществами. Так, он может не только приобрести большую плотность, прочность, но и снизить или повысить температуру плавления.
Сплав может состоять из двух или больше химических элементов, но хотя бы один из них должен быть металлом. Такие «смеси» очень часто используют в промышленности, ведь они позволяют получить именно те качества материалов, которые необходимы.
Температура плавления металлов и сплавов зависит от чистоты первых, а также от пропорций и состава вторых. Для получения легкоплавких сплавов чаще всего используют свинец, ртуть, таллий, олово, кадмий, индий. Те, в составе которых находится ртуть, называются амальгамами. Соединение натрия, калия и цезия в соотношении 12%/47%/41% становится жидкостью уже при минус 78 °C , амальгама ртути и таллия – при минус 61°C. Самым тугоплавким материалом является сплав тантала и карбидов гафния в пропорциях 1:1 с температурой плавления 4115 °C.
Источник