Металл плавится при 30 градусах как называется

При какой температуре плавится металл

При термическом воздействии на детали в процессе сварки важно учитывать температуру плавления металлов. От этого показателя зависят токовые параметры. Необходимо создать электрической дугу или пламя в газовой горелке такой тепловой мощности, чтобы разрушить молекулярные связи. Параметр, при котором сталь или цветной сплав плавится, учитывают при выборе конструкционных материалов для узлов, испытывающих силу трения или металлоконструкций, испытывающих термическое воздействие.

Процесс плавления

При термовоздействии на деталь изменение внутренней структуры происходит за счет накопления энергии молекулами. Скорость их движения возрастает. В критической точке нагрева начинается разрушение кристаллической структуры, межмолекулярные связи уже не могут удержать молекулы в узлах решетки. Взамен колебательным движениям в пределах узла происходит хаотическое движение, образуется ванна расплава в месте нагрева. Точку начала расплавления вещества в лабораторных условиях определяют до сотых долей градуса, причем этот показатель не зависит от внешнего давления на заготовку. В вакууме и под давлением металлические заготовки начинают плавиться при одной и той же температуре, это объясняется процессом накопления внутренней энергии, необходимой для разрушения межмолекулярных связей.

Классификация металлов по температуре плавления

В физике переход твердого тела в жидкое состояние характерен только для веществ кристаллической структуры. Температуру плавления металлов чаще обозначают диапазоном значений, для сплавов точно определить нагрев до пограничного фазового состояния сложно. Для чистых элементов каждый градус имеет значение, особенно, если это легкоплавкие элементы,

значения не имеет. Сводная таблица показателей t обычно делится на 3 группы. Помимо легкоплавких элементов, которые максимально нагревают до +600°С, указывают тугоплавкие, выдерживающие нагрев свыше +1600°С, и среднеплавкие. В этой группе сплавы, образующие ванну расплава при температуре от +600 до 1600°С.

Разница между температурой плавления и кипения

Точкой фазового перехода вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое нередко называют температуру плавления металла. В расплаве молекулы не имеют определенного расположения, но притяжение удерживает их вместе, в жидком состоянии кристаллическое тело сохраняет объем, но теряет форму.

При кипении теряется объем, молекулы слабо взаимодействуют, хаотично движутся во всех направлениях, отрываются от поверхности. Температура кипения – это когда давление металлических паров достигает давления внешней среды.

Для наглядности разницу между критическими точками нагрева лучше представить в виде таблицы:

Свойства Температура плавки Температура кипения
Физическое состояние Сплав превращается в расплав, кристаллическая структура разрушается, исчезает зернистость Переход в газообразное состояние, отдельные молекулы улетают за пределы расплава
Фазовый переход Равновесие между жидкой и твердой фазами Равновесие между давлением паров металла и внешним давлением воздуха
Влияние внешнего давления Не меняется Изменяется, падает при разряжении

Таблицы температур плавления металлов и сплавов

Для удобства границы фазового перехода указаны по группам в порядке возрастания t фазового перехода из твердого в жидкое состояние. Из всех элементов выбраны часто встречающиеся.

Таблица плавления легкоплавких металлов и сплавов (расплавляются до +600°С).

Название элемента или соединения Буквенный символ в периодической таблице элементов Температура образования расплава Температура закипания
Ртуть Hg -38,9°С +356,7°С
Литий Li +18°С +1342°С
Цезий Cs +28,4°С +667,5°С
Калий K +63,6°С +759°С
Натрий Na +97,8°С +883°С
Индий In +156,6°С +2072°С
Олово Sn +232°С +2600°С
Висмут Bi +271,4°С +1564°С
Таллий Tl +304°С +1473°С
Кадмий Cd +321°С +767°С
Свинец Pb +327°С +1750°С
Цинк Zn +420°С +907°С

Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов, диапазон фазового перехода от +600 до 1600°С.

Наименование Обозначение металла или химический состав сплава Температура плавления Температура кипения
МЕТАЛЛЫ
Сурьма Sb +630,6°С +1587°С
Магний Mg +650°С +1100°С
Алюминий Al +660°С +2519°С
Барий Ba +727°С +1897°С
Кальций Ca +842°С +1484°С
Серебро Ag +960°С +2180°С
Золото Au +1063°С +2660°С
Марганец Mn +1246°С +2061°С
Медь Cu +1083°С +2580°С
Бериллий Be +1287°С +2471°С
Кремний Si +1415°С +2350°С
Никель Ni +1455°С +2913°С
Кобальт Co +1495°С +2927°С
Железо Fe +1539°С +900°С
СПЛАВЫ
Дюрали Al+ Mg+Cu+Mn +650°С
Латуни сплавы на основе меди и цинка +950…1050°С
Нейзильбер Cu+Zn+Ni +1100°С
Чугун углеродистое железо +1100…1300°С
Углеродистые стали +1300…1500°С
Нихром Fe+Ni+Cr+Si+Mn+Al +1400°С
Инвар Fe+Ni +1425°С
Фехраль Fe+Cr+Al+Mn+Si +1460°С

Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов (свыше +1600°С).

Источник

Температура плавления металлов

Каждый металл и сплав имеет собственный уникальный набор физических и химических свойств, среди которых не последнее место занимает температура плавления металлов. Сам процесс означает переход тела из одного агрегатного состояния в другое, в данном случае, из твердого кристаллического состояния в жидкое. Чтобы расплавить металл, необходимо подводить к нему тепло до достижения температуры плавления. При ней он все еще может оставаться в твердом состоянии, но при дальнейшем воздействии и повышении тепла металл начинает плавиться. Если температуру понизить, то есть отвести часть тепла, элемент затвердеет.

Самая высокая температура плавления металлов у вольфрама: она составляет 3422 °C, самая низкая — у ртути: элемент плавится уже при — 39 °C. Определить точное значение для сплавов, как правило, не представляет возможности: оно может значительно колебаться в зависимости от процентного соотношения компонентов. Их обычно записывают в виде числового промежутка.

Плавление всех металлов происходит примерно одинаково — при помощи внешнего или внутреннего нагревания. Первый осуществляется в термической печи, для второго используют резистивный нагрев при пропускании электрического тока или индукционный нагрев в высокочастотном электромагнитном поле. Оба варианта воздействуют на металл примерно одинаково.

При увеличении температуры увеличивается и амплитуда тепловых колебаний молекул, возникают структурные дефекты решетки, выражающиеся в росте дислокаций, перескоке атомов и других нарушениях. Это сопровождается разрывом межатомных связей и требует определенного количества энергии. В это же время происходит образование квази-жидкого слоя на поверхности тела. Период разрушения решетки и накопления дефектов называется плавлением.

Взависимости от температуры плавления металлы делятся на:

  1. Легкоплавкие: им необходимо не более 600°C. Это цинк, свинец, виснут, олово.
  1. Среднеплавкие: температура плавления колеблется от 600°C до 1600°C. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
  1. Тугоплавкие: требуется температура свыше 1600°C, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от температуры плавления металлов выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.

Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости. Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.

Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.

  1. Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
  2. Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.

Источник

МЕТАЛЛ, КОТОРЫЙ ТАЕТ В РУКАХ

Он хрупкий, как стекло, плавится при комнатной температуре и не любит другие металлы. Знакомьтесь: галлий.

В 1869 году его существование предсказал Дмитрий Менделеев. Основываясь на открытом периодическом законе, он оставил места в третьей группе для неизвестных элементов. (Таблица, как принято считать, приснилась великому химику, а о других «вещих» снах читайте в нашем обзоре ). Ориентируясь по «соседям», Менделеев достаточно точно описал их химические и физические свойства. А в 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран выступил на заседании Парижской академии наук, сообщив, что открыл новый элемент. Как раз так, как и предсказал Менделеев, — с помощью спектроскопии. Свою «находку» он предложил назвать галлием от слова «Галлия» (римское название исторической части Европы, включающей в том числе и Францию. — Прим. ред.). Хотя некоторые поговаривали, что за основу химик взял свою фамилию Лекок, созвучную французскому le coq («петух»). А по-латински «петух» — gallus, откуда недалеко и до галлия (gallium). В любом случае галлий занял третью группу четвертого периода системы химических элементов Менделеева под атомным номером 31.

Металл достаточно редкий. Собственные минералы галлия в природе обнаружены лишь в Намибии и Заире. В качестве примеси он входит в состав многих минералов, но его количество там крайне мало. И даже из бокситов, а именно на них приходится 90% мирового выпуска галлия, извлекается до 20%. Так что производство является сложным и дорогостоящим процессом. Основные страны, где им занимаются, — Китай, Германия, Япония.

Галлий обладает весьма интересными свойствами. Во-первых, тепла человеческого тела вполне достаточно, чтобы превратить этот серебристый металл в жидкость. Температура его плавления — всего 29,8 °С. Для сравнения: у свинца — 327 °С, у золота — 1063 °С, а у вольфрама — 3420 °С. Именно благодаря низкой температуре плавления галлий является основным компонентом многих легкоплавких сплавов, которые широко используют в технике. Удобно, к примеру, применять его в устройствах пожарной сигнализации. Стоит воздуху в помещении слегка нагреться, как столбик галлиевого сплава, вмонтированный в реле, начинает таять. В результате замыкаются электрические контакты и звуковой или световой сигнал извещает об опасности. Надежнее любого вахтера!

Во-вторых, галлий может длительное время не затвердевать в переохлажденном состоянии. Можно положить его вечером в морозильник и утром найти в таком же расплавленном виде. И даже если вылить каплю на лед, она еще долго не затвердеет. Зато, когда это произойдет, объем металла значительно увеличится. Это свойство проявляют немногие простые вещества и соединения, такие как, например, вода. Поэтому галлий обычно хранят в небольших желатиновых капсулах или резиновых баллонах.

Наконец, третье его достоинство в том, что он остается жидким в огромном интервале температур (от 29,8 до 2230 °С). А так как кипеть начинает лишь при 2230 °С, его используют при изготовлении высокотемпературных термометров и манометров. Сравните: температура кипения ртути — 356,7 °С.

Казалось бы, легкоплавкость в сочетании с возможностью долгое время оставаться жидким должны делать его прекрасным теплоносителем. Но не тут-то было! По отношению к другим металлам жидкий галлий недружелюбен: при повышенных температурах большинство из них он растворяет, то есть разрушает.

Зато способность хорошо отражать световые лучи позволяет широко использовать галлий при производстве зеркал. Причем они не тускнеют даже при повышенных температурах! Включают галлий и в состав медицинских препаратов, так как было установлено, что его ионы способны заменять ионы железа. Галлий является мощным антибактериальным средством, способен затормозить потерю костной массы у онкологических больных, быстро остановить кровотечение и ускорить заживление ран. Однако основной сферой применения его уникальных способностей остается микроэлектроника.

Пройдите также наш занимательный тест на знание таблицы Менделеева . Химиком для этого быть не обязательно!

Источник

12 физ. и хим. характеристик металла, что плавится в руках

Металл который плавится в руке: понятие легкоплавкости + характеристика галлия + разбор термодинамических свойств химического элемента + физические/химические свойства металла + его область применения.

Многие из нас видели в интернете фото металла, который плавится в руке. Единственный химический элемент в природе, который может безопасно для здоровья человека, провернуть подобный трюк – галлий.

В сегодняшней статье мы разберем отличительные свойства группы легкоплавких металлов + предоставим характеристику элемента, тающего в руках его владельца.

Понятие легкоплавких металлов/сплавов

Легкоплавкость – понятие растяжимое, особенно это актуально для промышленности. В химии легкоплавкими считаются элементы группы металлов + их сплавы, температура плавления которых ниже порога в 1000 градусов Цельсия.

Если температура плавления металла превышает 1 500 градусов Цельсия – его принято выделять в группу тугоплавких. Диаграмма выше четко дает понять, куда какой металл следует относить.

Обратите внимание: минимальная температура плавления у ртути — 39 градусов. Именно благодаря такому физическому свойству, мы можем наблюдать химический элемент в постоянно жидком состоянии.

Теперь пройдемся по легкоплавким сплавам. В своем большинстве – это сплавы эвтектического типа, пиковая температура плавления которых не превышает 232 градусов по Цельсию. В основе производства легкоплавких сплавов лежат легкоплавкие металлы – олово, висмут, таллий, галлий и другие.

Ученым удалось добиться -78 градусов в качестве минимальной температуры плавления для советского сплава, который состоит на 12% из натрия, 47% калия и 41% цезия. Недостаток сплава — реакция с водой. Ближайший конкурент – амальгама. Токсичный сплав из ртути с таллием, сохраняющий жидкое состояние до температуры -61 градус по Цельсию.

Область применения легкоплавких металлов/сплавов:

  • энергетическая промышленность и машиностроение. Основное направление – создание тепловых носителей с жидкометаллического типа;
  • литьевая промышленность;
  • как основа для датчиков температуры, что актуально в системах пожарной безопасности;
  • как основа для разработки термометров;
  • как ремонтный материал в вакуумных технологиях;
  • припои, предохранители и прочие мелочи в микроэлектронике;
  • медицинское направление. То же протезирование;
  • как металлическая смазка.

Низкая температура плавления является базовых свойством, которое требуется от легкоплавких металлов и сплавов. Вторичные параметры, которые берутся во внимание в различных областях использования – плотность, прочность на разрыв и инертность в химическом плане.

Галлий: металл, который плавится в руках

Gallium (Ga) – металл, который плавится в руках при достижении температуры в 29.8 градуса по Цельсию . Учитывая стандартные 36.6 в организме человека, чтобы получить желаемый эффект, достаточно кусочек галлия положить на ладошку и наблюдать как тот медленно по ней растекается в разные стороны.

1) Общая информация по элементу

Внешне, галлий представляет собой мягкий или хрупкий металл (в зависимости от температуры), имеющий белый + серебристый оттенки. Иногда можно заметить синеватые отблески на поверхности чистого вещества.

Великий Менделеев заранее знал о данном химическом элементе. Впервые он просчитал некоторые свойства галлия еще в 1871 году. Изначальное название, присвоенное химиком, звучало как «экаалюминий».

К предугаданным свойствам галлия Менделеевым относились:

  • оксидный тип;
  • варианты связи с хлором;
  • медленная растворимость при соприкасании с щелочами/кислотами;
  • галлий не будет реагировать с кислородом;
  • возможность легкоплавкого металла образовывать основные соли;
  • химический элемент будет открыт при использовании спектроскопии.

Непосредственное выделение металла в чистом виде пришлось на француза Буабодраном. Открытие приходится на 1875 год. Из-за малого долевого содержания галлия в руде (менее 0.2%), пришлось потратить пару месяцев на получение минимального запаса чистого вещества для полноценного исследования его физических/химических свойств.

Физика галлия Химия галлия
Наличие нескольких модификаций полиморфного типа. Низкая химическая активность замедляет протекание химических реакций металла в твердом состоянии.
При нормальных условиях кристаллическая решетка имеет орторомбическую структуру. При повышении давления наблюдается образование 2 структур полиморфного типа с кубической и тетрагональной решетками. На воздухе галлий покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет его от дальнейших реакций окисления.
Плотность галлия – 5.9 грамма на сантиметр кубический, а в жидком состоянии плотность увеличивается до 6.1 грамма на сантиметр кубический. В контакте с горячей водой, он вытесняет из нее водород, в результате чего образуется гидроксид галлия.
Сопротивление электричеству у галлия в твердом и жидком состояниях одинаковы и равны 0.5 на 10-8 Ом*см при температурном режиме в 0 градусов по Цельсию. Вступает в реакцию с паром (выше 340 градусов) и образует метагаллиевую кислоту.
Вязкость галлия колеблется в зависимости от температурного режима. При температуре в 100 градусов – 1.6 сантипуаз, а при 1000 градусов С – 0.6 сантипуаз. Может взаимодействовать с кислотами минерального типа – происходит выделение Н и образование солевых веществ.
Поверхностное натяжение составляет 0.74 ньютона на метр, а отражательный коэффициент от 71% до 76% при разной длине волн. Галлий инертен по отношению к водороду, азоту, углероду и кремнию.

В земной коре металл, который плавится в руках, встречается довольно часто. На 1 тонну земли приходится 19 грамм чистого вещества. В химическом аспекте, галлий – элемент рассеянного типа, располагающий двойной природой по геохимии. Хотя кларки вещества и большие, из-за его сильной склонности к изоморфизму, больших скоплений чистого галлия в природе не найти.

К основным минералам, где сравнительно высокое содержание галлия в чистом виде относят сфалерит (до 0.1%), биотит (до 0.1%) и натролит (до 0.1%). В остальных 10+ минералах, которые также применяются для добычи галлия, долевое содержание чистого вещества менее 0.1%. В морской воде галлий также присутствует, но его содержание крайне мало – всего 30 на 10-6 миллиграммов на литр жидкости.

2) Почему галлий – это металл, который плавится в руке?

Термодинамические свойства чистого галлия:

  • металл переходит из твердого в жидкое состояние при достижении температуры в 29.8 С или 302 градуса Кельвина;
  • металл закипает при достижении температуры в 2 448 градусов Кельвина;
  • удельная теплота плавления чистого галлия составляет 5600 Джоулей на моль;
  • удельная теплота по испарению составляет 270 000 джоулей на моль;
  • молярная теплоемкость составляет 26 джоулей, деленных на Кельвины, перемноженные на моли.

Главными поставщиками галлия на мировой рынок являются государства из Юго-Запада Африки, Российская Федерация и большинство стран СНГ. Галлий – металл, который не только плавится в руке, но и вещество, способное менять плотность при смене температурного режима на основании данного свойства можно провести интересный опыт.

Эксперимент: переводим галлий в жидкое состояние, а далее загоняем его в маленький стеклянный пузырек. По мере охлаждения емкости, металл станет постепенно превращаться в твердую субстанцию. Постепенно образующиеся кристаллы начнут расширяться, за счет чего колба рано или поздно треснет.

Во избежание повреждений со стороны зрителей, демонстрация должна проходить в изолированном пространстве с защитной перегородкой. Если слишком резко переохладить колбу, осколки могут разлететься в разные стороны в радиусе нескольких десятков метров.

Обзор свойств и характеристик плавящегося в руке металла, галлия:

3) Получение галлия + области применения металла в промышленности/быту

В основе добычи чистого вещества лежит галлит – редкий минерал, который является смесью галлия и сульфида меди. Наиболее часто он встречается в совокупности с такими минералами как сфалерит и германит. Странный факт, но в залежах каменных углей иногда реально найти галлит в размере 1.5% от всего объема добычи, что делает такие месторождения крайне важными стратегическими запасами для промышленного производства галлия.

Основные методы получения металлического галлия – это переработка боксита, нефелина и некоторые типы полиметаллических руд/угля.

Алгоритм извлечения галлия из руд:

  1. Электролиз с участием щелочных жидкостей, которые в свою очередь являются промежуточным продуктом с переработки бокситов в глинозем технического применения.
  2. Получение концентрированных растворов по методу спекания или через процесс Байера. В первом случае получаем до 70 миллиграмм на литр, а во втором до 160 миллиграмм на литр концентрата.
  3. Дальнейшая очистка галлия путем карбонизации.
  4. Обогащенный осадок отправляют в емкость с известью, вследствие чего получаем раствор.
  5. При помощи электролиза раствора получаем черновой вариант металла.
  6. Черновой галлий прогоняют через водяной напор.
  7. Смесь фильтруют при помощи пористых пластинок и греют в вакууме, из-за чего из чернового металла удаляются примеси летучего типа.
  8. В зависимости от степени чистоты конечного продукта, используют химический, электрохимический, либо физический методы разложения.

Эталонный вариант чистки может предоставить галлий с чистотой в 99.9%. В данном случае используется метод электрохимического рафинирования и восстановление с помощью очищенного водорода.

В промышленном плане у галлия нет широкого распространения. Металл сравнительно дорогой для металлургии + его физические/химические свойства редко где могут пригодиться для массового использования.

Где применяется галлий:

  • в соединениях с натрием металл применяют при создании лазеров полупроводникового типа с ультрафиолетовым и синим диапазонами;
  • как присадка к германию/кремнию;
  • как отражающий элемент для зеркал среднего качества. В чистом виде материал способен отражать порядка 89% света. Достоинства подобных изделий обусловливаются способностью металл к пропуску ультрафиолетовых лучей;
  • как компонент в смазочных материалах. Клеи с добавкой жидкого галлия весьма популярны и сегодня;
  • как замена ртути в кварцевых термометрах;
  • оксид галлия – это стратегически важный объект в производстве лазерных материалов.

Иногда галлий применяют как компонент для светящихся красок, а соли на основе металла являются катализаторами в аналитической химии, медицине и органическом синтезе. Чтобы купить 1 килограмма металла, который плавится в руках, потребуется выложить от 250 до 400 американских долларов в зависимости от степени чистоты химического элемента.

Источник

Читайте также:  Ростех нэо дирекция металлов
Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector