Plastyczny srebrno-biały metal o wysokiej reaktywności chemicznej: żelazo szybko koroduje w wysokich temperaturach lub dużej wilgotności powietrza. W czystym tlenie żelazo pali się, aw stanie drobno rozproszonym zapala się samorzutnie w powietrzu. Jest oznaczony symbolem Fe (łac. Ferrum). Jeden z najczęstszych metali w skorupie ziemskiej (drugie miejsce po).
Zobacz też:
STRUKTURA
W przypadku żelaza ustalono kilka modyfikacji polimorficznych, z których modyfikacja wysokotemperaturowa - γ-Fe (powyżej 906 °) tworzy siatkę sześcienną skoncentrowaną na powierzchni typu Cu (0 \u003d 3,63) i niskotemperaturową modyfikacja - α-Fe-sieć wyśrodkowanego sześcianu typu α-Fe ( a 0 = 2,86).
W zależności od temperatury nagrzewania żelazo może występować w trzech odmianach, charakteryzujących się odmienną strukturą sieci krystalicznej:
- W zakresie temperatur od najniższej do 910°C - a-ferryt (alfa-ferryt), posiadający strukturę sieci krystalicznej w postaci wyśrodkowanego sześcianu;
- W zakresie temperatur od 910 do 1390°C - austenit, którego sieć krystaliczna ma strukturę sześcianu licowego;
- W zakresie temperatur od 1390 do 1535 °C (temperatura topnienia) - d-ferryt (delta-ferryt). Sieć krystaliczna d-ferrytu jest taka sama jak a-ferrytu. Różnica między nimi jest tylko w innych (dużych dla d-ferrytu) odległościach między atomami.
Gdy ciekłe żelazo jest schładzane, pierwotne kryształy (centra krystalizacji) pojawiają się jednocześnie w wielu punktach schłodzonej objętości. Podczas późniejszego chłodzenia wokół każdego ośrodka budowane są nowe ogniwa krystaliczne, aż do wyczerpania całego zapasu ciekłego metalu.
Rezultatem jest ziarnista struktura metalu. Każde ziarno ma sieć krystaliczną z określonym kierunkiem jego osi.
Po kolejnym schłodzeniu stałego żelaza, podczas przejścia d-ferrytu w austenit i austenitu w α-ferryt, mogą pojawić się nowe centra krystalizacji z odpowiednią zmianą wielkości ziarna
NIERUCHOMOŚCI
W swojej czystej postaci w normalnych warunkach jest ciałem stałym. Ma srebrzysto-szary kolor i wyraźny metaliczny połysk. Właściwości mechaniczne żelaza obejmują poziom twardości w skali Mohsa. Jest równy czterem (średnim). Żelazo ma dobrą przewodność elektryczną i cieplną. Ostatnią cechę można wyczuć dotykając żelaznego przedmiotu w chłodni. Ponieważ materiał ten szybko przewodzi ciepło, w krótkim czasie zabiera dużo go ze skóry, dlatego jest ci zimno.
Dotykając na przykład drzewa, można zauważyć, że jego przewodność cieplna jest znacznie niższa. Właściwości fizyczne żelaza to jego temperatury topnienia i wrzenia. Pierwsza to 1539 stopni Celsjusza, druga to 2860 stopni Celsjusza. Można stwierdzić, że charakterystycznymi właściwościami żelaza są dobra ciągliwość i topliwość. Ale to nie wszystko. Właściwości fizyczne żelaza obejmują również jego ferromagnetyzm. Co to jest? Żelazo, którego właściwości magnetyczne w praktycznych przykładach możemy zaobserwować na co dzień, jest jedynym metalem, który ma tak unikatową erę piętno. Wynika to z faktu, że materiał ten można namagnesować pod wpływem pola magnetycznego. A po zakończeniu działania tego ostatniego żelazo, którego właściwości magnetyczne właśnie się uformowały, pozostaje magnesem przez długi czas. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że w strukturze tego metalu znajduje się wiele wolnych elektronów, które mogą się poruszać.
REZERWY I PRODUKCJA
Żelazo jest jednym z najczęstszych pierwiastków w Układzie Słonecznym, zwłaszcza na planetach ziemskich, w szczególności na Ziemi. Znaczna część żelaza planet ziemskich znajduje się w jądrach planet, gdzie jego zawartość szacuje się na około 90%. Zawartość żelaza w skorupie ziemskiej wynosi 5%, aw płaszczu około 12%.
W skorupie ziemskiej żelazo jest szeroko rozpowszechnione – stanowi około 4,1% masy skorupy ziemskiej (4 miejsce wśród wszystkich pierwiastków, 2 wśród metali). W płaszczu i skorupie ziemskiej żelazo koncentruje się głównie w krzemianach, jego zawartość jest znacząca w skałach zasadowych i ultrazasadowych, a niewielka w skałach kwaśnych i pośrednich.
Znana jest duża liczba rud i minerałów zawierających żelazo. Największe znaczenie praktyczne mają ruda żelaza czerwona (hematyt Fe2O3; zawiera do 70% Fe), ruda magnetyczna (magnetyt FeFe 2 O 4 , Fe 3 O 4 ; zawiera 72,4% Fe), ruda żelaza brązowego lub limonit ( getyt i hydrogoetyt, odpowiednio FeOOH i FeOOH nH 2 O). Goetytu i hydrogoetyt najczęściej występują w wietrzejących skorupach, tworząc tzw. „żelazne kapelusze”, których grubość dochodzi do kilkuset metrów. Mogą również mieć pochodzenie osadowe, wypadają z roztworów koloidalnych w jeziorach lub obszarach przybrzeżnych mórz. W tym przypadku powstają rudy żelaza oolityczne lub strączkowe. Często zawierają wiwianit Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, który tworzy czarne, wydłużone kryształy i promieniście promieniujące agregaty.
Zawartość żelaza w wodzie morskiej wynosi 1 10 -5 -1 10 -8%
W przemyśle żelazo pozyskuje się z rudy żelaza, głównie z hematytu (Fe 2 O 3) i magnetytu (FeO·Fe 2 O 3).
Istnieje wiele sposobów na wydobycie żelaza z rud. Najczęstszym jest proces domeny.
Pierwszym etapem produkcji jest redukcja żelaza węglem w wielkim piecu w temperaturze 2000 °C. W wielkim piecu węgiel w postaci koksu, ruda żelaza w postaci spieku lub grudek oraz topnik (np. wapień) podawany jest od góry i spotyka się je z wtłaczanym strumieniem gorącego powietrza od dołu.
Oprócz procesu wielkopiecowego powszechny jest proces bezpośredniej produkcji żelaza. W tym przypadku wstępnie rozdrobnioną rudę miesza się ze specjalną gliną w celu utworzenia peletek. Pelety są prażone i poddawane obróbce w piecu szybowym za pomocą gorących produktów konwersji metanu, które zawierają wodór. Wodór łatwo redukuje żelazo bez zanieczyszczania żelaza zanieczyszczeniami, takimi jak siarka i fosfor, które są powszechnymi zanieczyszczeniami w węglu. Żelazo pozyskiwane jest w postaci stałej, a następnie przetapiane w piecach elektrycznych. Żelazo chemicznie czyste otrzymuje się przez elektrolizę roztworów jego soli.
POCZĄTEK
Pochodzenie żelaza tellurowego (ziemskiego) jest rzadko spotykane w lawach bazaltowych (Wifaq, wyspa Disko, u zachodniego wybrzeża Grenlandii, w pobliżu miasta Kassel w Niemczech). Pirotyn (Fe 1-x S) i kohenit (Fe 3 C) są z nim związane w obu punktach, co tłumaczy zarówno redukcję przez węgiel (w tym ze skał macierzystych) jak i rozkład kompleksów karbonylowych typu Fe(CO)n . W ziarnach mikroskopijnych stwierdzono niejednokrotnie w zmienionych (serpentynizowanych) skałach ultrazasadowych, także w paragenezie z pirotytu, czasem z magnetytem, dzięki czemu powstaje w reakcjach redukcji. Występuje bardzo rzadko w strefie utleniania złóż rudy, podczas formowania rud bagiennych. Zarejestrowano znaleziska w skałach osadowych związane z redukcją związków żelaza przez wodór i węglowodory.
W glebie księżycowej znaleziono prawie czyste żelazo, które jest związane zarówno z upadkami meteorytów, jak i procesami magmowymi. Wreszcie, dwie klasy meteorytów, żelazno-kamieniste i żelazne, zawierają naturalne stopy żelaza jako składnik skałotwórczy.
APLIKACJA
Żelazo jest jednym z najczęściej używanych metali, stanowiącym do 95% światowej produkcji metalurgicznej.
Żelazo jest głównym składnikiem stali i żeliw - najważniejszych materiałów konstrukcyjnych.
Żelazo może być częścią stopów na bazie innych metali - na przykład niklu.
Magnetyczny tlenek żelaza (magnetyt) jest ważnym materiałem do produkcji długoterminowych urządzeń pamięci komputerowych: dysków twardych, dyskietek itp.
Ultradrobny proszek magnetytowy jest używany w wielu czarno-białych drukarkach laserowych zmieszany z granulkami polimeru jako toner. Wykorzystuje zarówno czarny kolor magnetytu, jak i jego zdolność przylegania do namagnesowanego wałka transferowego.
Unikalne właściwości ferromagnetyczne szeregu stopów na bazie żelaza przyczyniają się do ich szerokiego zastosowania w elektrotechnice w obwodach magnetycznych transformatorów i silników elektrycznych.
Chlorek żelaza(III) (chlorek żelazowy) jest używany w amatorskiej praktyce radiowej do wytrawiania płytek drukowanych.
Siarczan żelazawy (siarczan żelaza) zmieszany z siarczanem miedzi służy do zwalczania szkodliwych grzybów w ogrodnictwie i budownictwie.
Żelazo jest używane jako anoda w bateriach żelazowo-niklowych, bateriach żelazowo-powietrznych.
Wodne roztwory chlorków żelaza i żelaza oraz ich siarczanów stosuje się jako koagulanty w oczyszczaniu naturalnych i Ścieki w uzdatnianiu wody w przedsiębiorstwach przemysłowych.
Żelazo (angielskie żelazo) - Fe
KLASYFIKACJA
Hej, CIM Ref1.57
| Strunz (8. wydanie) | 1/A.07-10 |
| Nickel-Strunz (10 edycja) | 1.AE.05 |
| Dana (wydanie 7) | 1.1.17.1 |
Prawie wszystkie metale są w normalnych warunkach ciałami stałymi. Ale w określonych temperaturach mogą zmienić swój stan skupienia i stać się płynnymi. Dowiedzmy się, jaka jest najwyższa temperatura topnienia metalu? Jaki jest najniższy?
Temperatura topnienia metali
Większość elementów układ okresowy pierwiastków odnosi się do metali. Obecnie jest ich około 96. Wszystkie potrzebują różnych warunków, aby zamienić się w ciecz.
Próg nagrzewania się stałych substancji krystalicznych, po przekroczeniu którego stają się płynne, nazywany jest temperaturą topnienia. W metalach waha się w granicach kilku tysięcy stopni. Wiele z nich przechodzi w ciecz o stosunkowo wysokim nagrzaniu. Z tego powodu są powszechnym materiałem do produkcji garnków, patelni i innych sprzętów kuchennych.
Srebro (962 °C), aluminium (660,32 °C), złoto (1064,18 °C), nikiel (1455 °C), platyna (1772 °C) itp. mają średnie temperatury topnienia. Istnieje również grupa materiałów ogniotrwałych i metale topliwe. Pierwszy potrzebuje ponad 2000 stopni Celsjusza, aby zamienić się w płyn, drugi mniej niż 500 stopni.
Metale niskotopliwe zwykle obejmują cynę (232 °C), cynk (419 °C), ołów (327°C). Jednak niektóre z nich mogą mieć nawet niższe temperatury. Na przykład fran i gal topią się już w dłoni, a cez można podgrzewać tylko w ampułce, ponieważ zapala się od tlenu.
Najniższe i najwyższe temperatury topnienia metali przedstawiono w tabeli:
Wolfram
Najwyższym punktem topnienia jest metal wolframowy. Nad nim w tym wskaźniku znajduje się tylko węgiel niemetaliczny. Wolfram jest jasnoszarą błyszczącą substancją, bardzo gęstą i ciężką. Wrze w temperaturze 5555 °C, która jest prawie równa temperaturze fotosfery Słońca.
W warunkach pokojowych słabo reaguje z tlenem i nie koroduje. Pomimo swojej ogniotrwałości jest dość plastyczny i może być kuty nawet po podgrzaniu do 1600 °C. Te właściwości wolframu są wykorzystywane do żarników w lampach i kineskopów elektrod do spawania. Większość wydobywanego metalu jest stapiana ze stalą w celu zwiększenia jego wytrzymałości i twardości.
Wolfram jest szeroko stosowany w sferze wojskowej i technologii. Jest niezbędny do produkcji amunicji, opancerzenia, silników oraz najważniejszych części pojazdów wojskowych i samolotów. Służy również do wyrobu narzędzi chirurgicznych, pudełek do przechowywania substancji radioaktywnych.
Rtęć
Rtęć jest jedynym metalem, którego temperatura topnienia wynosi minus. Ponadto jest jednym z dwóch pierwiastków chemicznych, proste substancje które w normalnych warunkach występują w postaci płynów. Co ciekawe, metal wrze po podgrzaniu do 356,73 ° C, czyli znacznie powyżej jego temperatury topnienia.
Ma srebrzystobiały kolor i wyraźny połysk. Odparowuje już w warunkach pokojowych, skraplając się w małe kulki. Metal jest wysoce toksyczny. Jest w stanie gromadzić się w narządach wewnętrznych człowieka, powodując choroby mózgu, śledziony, nerek i wątroby.
Rtęć jest jednym z siedmiu pierwszych metali znanych człowiekowi. W średniowieczu był uważany za główny pierwiastek alchemiczny. Mimo swojej toksyczności był kiedyś stosowany w medycynie jako element wypełnień dentystycznych, a także jako lek na kiłę. Obecnie rtęć została prawie całkowicie wykluczona z leków, ale jest szeroko stosowana w przyrządach pomiarowych (barometrach, manometrach), do produkcji lamp, przełączników i dzwonków do drzwi.
Stopy
Aby zmienić właściwości metalu, łączy się go z innymi substancjami. Dzięki temu może nie tylko uzyskać większą gęstość, wytrzymałość, ale także obniżyć lub zwiększyć temperaturę topnienia.
Stop może składać się z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, ale przynajmniej jeden z nich musi być metalem. Takie „mieszanki” są bardzo często stosowane w przemyśle, ponieważ pozwalają uzyskać dokładnie takie właściwości materiałów, jakie są potrzebne.
Temperatura topnienia metali i stopów zależy od czystości tych pierwszych, a także od proporcji i składu tych drugich. Do uzyskania stopów topliwych najczęściej stosuje się ołów, rtęć, tal, cynę, kadm i ind. Te zawierające rtęć nazywane są amalgamatami. Związek sodu, potasu i cezu w proporcji 12%/47%/41% staje się cieczą już przy minus 78 °C, amalgamatem rtęci i talu przy minus 61 °C. Najbardziej ogniotrwałym materiałem jest stop tantalu i węglików hafnu w proporcjach 1:1 o temperaturze topnienia 4115°C.
Temperatura topnienia żelaza wynosi ważny wskaźnik technologie produkcji metalu i jego stopów. Podczas wytapiania surowców bierze się pod uwagę fizyczne i chemiczne właściwości rudy i metalu.
Najczęstszy pierwiastek chemiczny na Ziemi.
Właściwości fizyczne i chemiczne żelaza
- Pierwiastek chemiczny numer 26 jest najliczniejszy w Układzie Słonecznym. Według badań zawartość żelaza w jądrze Ziemi wynosi 79–85,5%. Pod względem występowania w skorupie planety ustępuje tylko aluminium.
- Metal w czystej postaci ma biały kolor ze srebrzystym odcieniem, jest plastikowy. Obecność zanieczyszczeń determinuje jego parametry fizyczne. Żelazo reaguje na magnes.
- Ten pierwiastek chemiczny charakteryzuje się polimorfizmem, który występuje po podgrzaniu. W miejscach erupcji skalnych obserwuje się zwiększoną koncentrację metalu. Złoża przemysłowe powstają w wyniku procesów zewnętrznych i wewnętrznych zachodzących w skorupie ziemskiej.
- Woda rzeczna zawiera około 2 mg/l metalu, podczas gdy wskaźnik wody morskiej jest 100-1000 razy mniejszy.
- Żelazo ma kilka stopni utlenienia, które określają jego cechy geochemiczne w określonym środowisku. W swojej neutralnej postaci metal znajduje się w jądrze Ziemi.
- Tlenek żelaza jest główną formą występowania w przyrodzie, a tlenek żelaza znajduje się w najwyższej części skorupy ziemskiej jako część formacji osadowych.
- Zawartość pierwiastka chemicznego nr 26 w minerałach o niestabilnym składzie wzrasta wraz ze spadkiem gradientu temperatury. Wrzenie następuje po podgrzaniu do + 2861 °C. Ciepło właściwe topnienie wynosi 247,1 kJ/kg.
Wydobycie metali
Wśród rud zawierających żelazo surowiec do produkcja przemysłowa są:
- krwawień;
- getyt;
- magnetyt.
Getyt i hydrogoetyt tworzą w wietrzejącej skorupie formacje o wielkości setek metrów. W strefie szelfowej i jeziorach koloidalne roztwory minerałów tworzą w wyniku opadów oolity (rudy fasoli).
Piryt i pirotyn, oba naturalnie występujące minerały żelaza, są wykorzystywane jako surowce do produkcji kwasu siarkowego.
Do powszechnych minerałów żelaza należą również:
- syderyt;
- lellingit;
- markasyt;
- ilmenit;
- jarozyt
Minerał melanteryt, który jest kruchym zielonym kryształem o szklistym połysku, jest używany w przemysł farmaceutyczny do produkcji preparatów zawierających żelazo.
Główne złoże tego metalu znajduje się w Brazylii. Ostatnio zwrócono uwagę na eksploatację guzków obecnych na dnie morskim, które zawierają żelazo i mangan.
topienie żelaza
Od czego zależy temperatura topnienia żelaza?
Produkcja metalu przewiduje różne technologie jego wydobycia z surowców rudnych. Najpopularniejszym wytopem żelaza jest metoda wielkopiecowa.
Przed stopieniem metal jest redukowany w piecu w temperaturze +2000 °C. W celu wydobycia zanieczyszczeń dodaje się topnik, który rozkłada się po podgrzaniu do tlenku, a następnie łączy się z dwutlenkiem krzemu i tworzy żużel.
Oprócz metody wielkopiecowej żelazo wytapia się poprzez prażenie pokruszonej rudy z gliną. Mieszanka formowana jest w peletki i przetwarzana w piecu do redukcji wodoru. Dalsze wytapianie żelaza odbywa się w piecach elektrycznych.
Produkcja stopów w piecach.
Właściwości metalu zależą od czystości materiału. W przypadku komercyjnie czystego żelaza temperatura topnienia wynosi +1539°C. Siarka to szkodliwe zanieczyszczenie. Można go wyekstrahować tylko z płynnego roztworu. Chemicznie czysty materiał otrzymuje się przez elektrolizę soli metali.
Stopy metali
W czystej postaci materiał ten jest miękki, dlatego do kompozycji dodaje się węgiel w celu zwiększenia wytrzymałości.
W metalurgii stopy żelaza nazywane są metalami żelaznymi.
W zależności od składników ligatury zmieniają się właściwości materiałów. Temperatura topnienia żelaza zmienia się również w obecności składników ligatur.
Ciepło właściwe topienia stali wynosi 84 kJ. Wskaźnik ten oznacza, że w temperaturze topnienia stali do przejścia 1 kg stopu ze stanu krystalicznego do ciekłego potrzeba 84 kJ energii.
Związki różnych metali tworzą stopy. Ciepło właściwe topnienia żeliwo wynosi 96–140 kJ. Żeliwo zawiera do 4% węgla, 1,5% manganu, do 4,5% krzemu oraz zanieczyszczenia w postaci siarki i fosforu. Istnieją stopy w kolorze białym i szarym.
W kolorze białym część węgla znajduje się w związku węglika żelaza. Ten stop jest kruchy i twardy. Przeznaczony jest do produkcji konstrukcji i części.
Szary stop zawierający węgiel w postaci grafitu jest łatwy w obróbce. Żeliwo jest wytapiane z rudy żelaza w wielkich piecach. Topieniu rudy towarzyszy reakcja redukcji żelaza z tlenków z węglem.
Większość substancji może stopić się ze wzrostem objętości po podgrzaniu. W przypadku żeliwa o objętości 1000 cm³ liczba ta wynosi 988–994 cm³.
Żeliwo jest surowcem do produkcji stali, charakteryzującym się zawartością węgla (nie wyższą niż 2,14%).
W zależności od składu chemicznego wyróżnia się stal:
- stopowy;
- węgiel.
Stal węglowa zawiera zanieczyszczenia siarki, fosforu i krzemu. Wyróżnia się niskimi właściwościami elektrycznymi, niską wytrzymałością i jest łatwo podatny na korozję.
Obecność dodatków ligaturowych nadaje stali nowe właściwości techniczne. Jako dodatkowe komponenty użyj:
- molibden;
- nikiel;
- wolfram;
- chrom;
- wanad.
Skład stali wysokostopowej zawiera nie więcej niż 10% dodatków. Stop jest trwały. Technologia produkcji stali z żeliwa umożliwia uzyskanie wysokiej jakości materiału do produkcji:
Stal jest wykorzystywana jako surowiec w różnych gałęziach przemysłu. Bez niego nie można sobie wyobrazić przemysłu lotniczego, stoczniowego, motoryzacyjnego i wielu innych obszarów produkcyjnych.
Każdy metal i stop ma swój własny unikalny zestaw fizycznych i właściwości chemiczne, z których nie mniej ważne jest temperatura topnienia. Sam proces oznacza przejście ciała z jednego stanu skupienia do drugiego, w tym przypadku ze stanu krystalicznego stałego do stanu ciekłego. Aby stopić metal, konieczne jest doprowadzenie do niego ciepła, aż do osiągnięcia temperatury topnienia. Dzięki niemu może nadal pozostawać w stanie stałym, ale przy dalszej ekspozycji i wzroście ciepła metal zaczyna się topić. Jeśli temperatura zostanie obniżona, to znaczy część ciepła zostanie usunięta, element utwardzi się.
Najwyższa temperatura topnienia wśród metali należy do wolframu: jest 3422C o, najniższa jest dla rtęci: pierwiastek topi się już w - 39C o. Z reguły nie jest możliwe określenie dokładnej wartości dla stopów: może się ona znacznie różnić w zależności od procentowej zawartości składników. Zazwyczaj zapisuje się je jako rozpiętość liczb.
Jak to się dzieje?
Topienie wszystkich metali odbywa się w przybliżeniu w ten sam sposób - za pomocą ogrzewania zewnętrznego lub wewnętrznego. Pierwszy odbywa się w piecu termicznym, drugi polega na ogrzewaniu oporowym z przepływem prądu elektrycznego lub nagrzewaniem indukcyjnym w polu elektromagnetycznym o wysokiej częstotliwości. Obie opcje wpływają na metal w podobny sposób.
Wraz ze wzrostem temperatury rośnie również amplituda drgań termicznych cząsteczek, pojawiają się strukturalne defekty sieci, które wyrażają się we wzroście dyslokacji, przeskokach atomów i innych zakłóceniach. Towarzyszy temu zerwanie wiązań międzyatomowych i wymaga pewnej ilości energii. Jednocześnie na powierzchni ciała tworzy się quasi-ciekła warstwa. Okres niszczenia sieci i kumulacji defektów nazywa się topnieniem.
W zależności od temperatury topnienia metale dzielą się na:
W zależności od temperatury topnienia wybrać i topiącą aparaturę. Im wyższy wynik, tym silniejszy powinien być. Możesz sprawdzić temperaturę potrzebnego elementu z tabeli.
Kolejną ważną wartością jest temperatura wrzenia. Jest to wartość, przy której rozpoczyna się proces wrzenia cieczy, odpowiada ona temperaturze pary nasyconej, która tworzy się nad płaską powierzchnią wrzącej cieczy. Zwykle jest prawie dwa razy wyższy niż temperatura topnienia.
Obie wartości podano przy normalnym ciśnieniu. Między sobą wprost proporcjonalne.
- Ciśnienie wzrasta - ilość topienia wzrośnie.
- Ciśnienie spada - zmniejsza się ilość topienia.
Tabela metali i stopów topliwych (do 600C o)
| Nazwa elementu | Oznaczenie łacińskie | Temperatury | |
| Topienie | wrzenie | ||
| Cyna | sn | 232 C o | 2600 stopni Celsjusza |
| Prowadzić | Pb | 327 stopni Celsjusza | 1750 stopni Celsjusza |
| Cynk | Zn | 420 stopni Celsjusza | 907 S o |
| Potas | K | 63,6 stopni Celsjusza | 759 |
| Sód | Na | 97,8 stopni Celsjusza | 883 stopni Celsjusza |
| Rtęć | hg | - 38,9 stopni Celsjusza | 356,73 stopni Celsjusza |
| Cez | Cs | 28,4 stopni Celsjusza | 667,5 C |
| Bizmut | Bi | 271,4 ° C | 1564 r |
| Paladium | Pd | 327,5 stopni Celsjusza | 1749 r |
| Polon | Po | 254 stopni Celsjusza | 962 |
| Kadm | płyta CD | 321,07 C o | 767 |
| Rubid | Rb | 39,3 stopni Celsjusza | 688 S |
| Gal | Ga | 29,76 stopni Celsjusza | 2204 ° C |
| Ind | W | 156,6 stopni Celsjusza | 2072 |
| Tal | Tl | 304 stopni Celsjusza | 1473 So |
| Lit | Li | 18.05 C o | 1342 |
Tablica średniotopliwych metali i stopów (od 600ºC do 1600ºC)
| Nazwa elementu | Oznaczenie łacińskie | Temperatury | |
| Topienie | wrzenie | ||
| Aluminium | Glin | 660 stopni Celsjusza | 2519 S |
| German | Ge | 937 | 2830 stopni Celsjusza |
| Magnez | mg | 650 stopni Celsjusza | 1100 stopni Celsjusza |
| Srebro | Ag | 960 stopni Celsjusza | 2180 S o |
| Złoto | Au | 1063 ° C | 2660 lat |
| Miedź | Cu | 1083 C o | 2580 S |
| Żelazo | Fe | 1539 | 2900 stopni Celsjusza |
| Krzem | Si | 1415 So | 2350 S |
| Nikiel | Ni | 1455 | 2913 C o |
| Bar | Ba | 727 | 1897 |
| Beryl | Być | 1287 | 2471 S o |
| Neptun | Np | 644 | 3901,85 C o |
| Protaktyn | Rocznie | 1572 r | 4027 |
| Pluton | Pu | 640 stopni Celsjusza | 3228 S |
| Aktyn | AC | 1051 C o | 3198 S o |
| Wapń | Ca | 842 stopni Celsjusza | 1484 So |
| Rad | Ra | 700 stopni Celsjusza | 1736,85 stopni Celsjusza |
| Kobalt | współ | 1495 r | 2927 C o |
| Antymon | Sb | 630,63 o | 1587 |
| Stront | Sr | 777 S o | 1382 |
| Uran | U | 1135 ° C | 4131 |
| Mangan | Mn | 1246 | 2061 |
| Konstantin | 1260 lat | ||
| Duraluminium | Stop aluminium, magnezu, miedzi i manganu | 650 stopni Celsjusza | |
| Inwar | Stop niklowo-żelazowy | 1425 C o | |
| Mosiądz | Stop miedzi i cynku | 1000 stopni Celsjusza | |
| Nowe srebro | Stop miedzi, cynku i niklu | 1100 stopni Celsjusza | |
| Nichrom | Stop niklu, chromu, krzemu, żelaza, manganu i aluminium | 1400 stopni Celsjusza | |
| Stal | Stop żelaza i węgla | 1300 °C - 1500 °C | |
| Fechral | Stop chromu, żelaza, aluminium, manganu i krzemu | 1460 lat | |
| Żeliwo | Stop żelaza i węgla | 1100 oC - 1300 oC | |
Tablica metali i stopów ogniotrwałych (powyżej 1600C o)
| Nazwa elementu | Oznaczenie łacińskie | Temperatury | |
| Topienie | wrzenie | ||
| Wolfram | W | 3420 S | 5555 C |
| Tytan | Ti | 1680 stopni Celsjusza | 3300 S o |
| Iryd | Ir | 2447 S o | 4428 |
| Osm | Os | 3054 | 5012 stopni Celsjusza |
| Platyna | Pt | 1769,3 C o | 3825 stopni Celsjusza |
| Ren | Odnośnie | 3186 | 5596 |
| Chrom | Cr | 1907 r | 2671 |
| Rod | Rh | 1964 rok | 3695 |
| Ruten | Ru | 2334 S o | 4150 stopni Celsjusza |
| Hafn | hf | 2233 S o | 4603 C o |
| Tantal | Ta | 3017 S o | 5458 |
| Technet | Tc | 2157 | 4265 S o |
| Tor | Cz | 1750 stopni Celsjusza | 4788 |
| Wanad | V | 1910 | 3407 stopni Celsjusza |
| Cyrkon | Zr | 1855 r | 4409 S o |
| Niob | Nb | 2477 S o | 4744 |
| Molibden | Mo | 2623 C o | 4639 godzin |
| węgliki hafnu | 3890 stopni Celsjusza | ||
| Węgliki niobu | 3760 S | ||
| Węgliki tytanu | 3150 S o | ||
| Węgliki cyrkonu | 3530 S | ||
Metale mają szereg oryginalnych właściwości, które są unikalne dla tych materiałów. Istnieje punkt topnienia metali, w którym sieć krystaliczna ulega zniszczeniu. Substancja zachowuje objętość, ale nie można już mówić o stałości formy.
W czystej postaci poszczególne metale są niezwykle rzadkie. W praktyce stosuje się stopy. Mają pewne różnice w stosunku do czystych substancji. Kiedy powstają złożone związki, sieci krystaliczne są ze sobą łączone. Dlatego właściwości stopów mogą znacznie różnić się od pierwiastków składowych. Temperatura topnienia nie pozostaje już wartością stałą, zależy od stężenia składników zawartych w stopie.
Pojęcie skali temperatury
Niektóre przedmioty niemetalowe mają również podobne właściwości. Najczęściej spotykana jest woda. Jeśli chodzi o właściwości cieczy, która zajmuje dominującą pozycję na Ziemi, opracowano skalę temperatur. Punktami odniesienia są temperatura zmiany stanu skupienia wody:
- Transformacje od cieczy do ciała stałego i odwrotnie przyjmuje się jako zero stopni.
- Wrzenie (parowanie wewnątrz cieczy) przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (760 mm Hg) przyjmuje się jako 100 ⁰С.
Uwaga! Oprócz skali Celsjusza w praktyce temperaturę mierzy się w stopniach Fahrenheita oraz w absolutnej skali Kelvina. Ale podczas badania właściwości przedmiotów metalowych inne skale są używane dość rzadko.
Kryształowe sieci metalowe
Bryłę charakteryzuje stałość:
- kształt, obiekt zachowuje wymiary liniowe w różne warunki;
- objętość, obiekt nie zmienia ilości zajmowanej substancji;
- masy, ilość substancji wyrażona w gramach (kilogramach, tonach);
- gęstość, istnieje stała masa na jednostkę objętości.
Po przejściu w stan ciekły, po osiągnięciu określonej temperatury, sieci krystaliczne ulegają zniszczeniu. Teraz nie można mówić o stałości formy. Ciecz przyjmie formę, w jakiej została nalana.
Kiedy następuje parowanie, tylko masa substancji pozostaje stała. Gaz zajmie całą objętość, która zostanie mu dostarczona. Tutaj nie można twierdzić, że gęstość jest wartością stałą.
W przypadku łączenia płynów możliwe są opcje:
- Ciecze całkowicie rozpuszczają się w sobie, tak zachowuje się woda i alkohol. W całej objętości stężenie substancji będzie takie samo.
- Ciecze są rozwarstwione pod względem gęstości, połączenie występuje tylko na granicy faz. Tylko tymczasowo możesz uzyskać mieszankę mechaniczną. Mieszając płyny o różnych właściwościach. Przykładem jest olej i woda.
Metale tworzą stopy w stanie ciekłym. Aby otrzymać stop, każdy ze składników musi być w stanie ciekłym. W stopach możliwe są zjawiska całkowitego rozpuszczenia jednego w drugim. Opcje nie są wykluczone, gdy stop zostanie uzyskany tylko w wyniku intensywnego mieszania. Jakość stopu w tym przypadku nie jest gwarantowana, dlatego starają się nie mieszać składników, które nie pozwalają na uzyskanie stabilnych stopów.
Powstałe substancje rozpuszczalne w sobie, po zestaleniu tworzą sieci krystaliczne nowego typu. Określać:
- Sieci krystaliczne skoncentrowane na heliocentrach są również nazywane skoncentrowanymi na ciele. W środku znajduje się cząsteczka jednej substancji, a wokół są jeszcze cztery cząsteczki innej. Zwyczajowo nazywa się takie sieci luźnymi, ponieważ w nich wiązanie między cząsteczkami metalu jest słabsze.
- Sieci krystaliczne skoncentrowane na twarzy tworzą związki, w których cząsteczki składników znajdują się na powierzchniach. Naukowcy zajmujący się metalami nazywają takie krystaliczne stopy gęstymi. W rzeczywistości gęstość stopu może być wyższa niż każdego ze składników wchodzących w skład kompozycji (alchemicy średniowiecza poszukiwali stopów, w których gęstość odpowiadałaby gęstości złota).
Temperatura topnienia metali
Różne substancje mają różne temperatury topnienia. Zwyczajowo metale dzieli się na:
- Topliwe - wystarczy podgrzać je do 600 ⁰С, aby uzyskać substancję w postaci płynnej.
- Metale średniotopliwe topi się w zakresie temperatur 600…1600 ⁰С.
- Materiały ogniotrwałe to metale, które mogą topić się w temperaturach powyżej 1600 ⁰С.
W tabeli przedstawiono metale niskotopliwe w porządku rosnącym. Tutaj widać, że najbardziej niezwykłym metalem jest rtęć (Hg). W normalnych warunkach jest w stanie płynnym. Ten metal ma najniższą temperaturę topnienia.
Tabela 1, temperatury topnienia i wrzenia metali niskotopliwych:
Tabela 2, temperatury topnienia i wrzenia metali średniotopliwych:
Tabela 3, temperatury topnienia i wrzenia metali ogniotrwałych:
Do przeprowadzenia procesu topienia wykorzystywane są różne urządzenia. Na przykład do wytapiania surówki używa się wielkich pieców. W przypadku topienia metali nieżelaznych ogrzewanie wewnętrzne odbywa się za pomocą prądów Wysoka częstotliwość.
W formach wykonanych z materiałów niemetalicznych występują metale nieżelazne w stanie stałym. Wokół nich tworzy się naprzemienne mikrofalowe pole magnetyczne. W rezultacie sieci krystaliczne zaczynają się rozluźniać. Cząsteczki substancji zaczynają się poruszać, co powoduje nagrzewanie się wewnątrz całej masy.
Jeśli konieczne jest stopienie niewielkiej ilości metali o niskiej temperaturze topnienia, stosuje się piece muflowe. W nich temperatura wzrasta do 1000 ... 1200 ⁰С, co wystarcza do topienia metali nieżelaznych.
Metale żelazne topi się w konwektorach, piecach martenowskich i piecach indukcyjnych. Proces polega na dodaniu składników stopowych, które poprawiają jakość metalu.
Najtrudniejszą rzeczą jest praca z metalami ogniotrwałymi. Problem polega na tym, że musisz użyć materiałów, które mają temperaturę wyższą niż temperatura topnienia samego metalu. W tej chwili przemysł lotniczy rozważa zastosowanie tytanu (Ti) jako materiału konstrukcyjnego. Na wysoka prędkość lot w atmosferze, skóra jest rozgrzana. Dlatego potrzebny jest zamiennik aluminium i jego stopów (AL).
Maksymalna temperatura topnienia tego nasyconego lekkiego metalu przyciąga projektantów. Dlatego technolodzy się rozwijają procesy technologiczne oraz sprzęt do produkcji części z tytanu i jego stopów.
Stopy metali
Aby zaprojektować produkty ze stopów, najpierw bada się ich właściwości. Aby badać w małych pojemnikach, badane metale topi się w różnych proporcjach do siebie. W rezultacie budowane są wykresy.
Dolna oś przedstawia stężenie składnika A ze składnikiem B. Temperatura jest rozpatrywana pionowo. Tutaj wartości maksymalnej temperatury są odnotowywane, gdy cały metal jest w stanie stopionym.
Po schłodzeniu jeden ze składników zaczyna tworzyć kryształy. Eutektyk jest w stanie ciekłym - idealne połączenie metali w stopie.
Naukowcy zajmujący się metalami wyróżniają specjalny stosunek składników, przy którym temperatura topnienia jest minimalna. Tworząc stopy, starają się dobrać ilość użytych substancji w celu uzyskania stopu eutektoidalnego. Jego właściwości mechaniczne najlepsze z możliwych. Sieci krystaliczne tworzą idealne, skoncentrowane na twarzy pozycje atomów.
Proces krystalizacji badany jest poprzez badanie twardnienia próbek po schłodzeniu. Tworzą specjalne wykresy, na których obserwują, jak zmienia się szybkość chłodzenia. Istnieją gotowe schematy dla różnych stopów. Zaznaczając początek i koniec krystalizacji, określ skład stopu.
Fuzja drewna
W 1860 r. amerykański technik dentystyczny Barnabas Wood szukał optymalnych proporcji komponentów do wykonania zębów dla klientów w najniższych temperaturach topnienia. Znalazł stop, który ma temperaturę topnienia tylko 60,2 ... 68,5 ⁰С. Nawet w gorącej wodzie metal łatwo się topi. Obejmuje:
- cyna - 12,5 ... 12,7%;
- ołów - 24,5 ... 25,0%;
- bizmut - 49,5 ... 50,3%;
- kadm - 12,5 ... 12,7%.
Stop jest interesujący ze względu na niską temperaturę, ale nie znalazł praktycznego zastosowania. Uwaga! Kadm i ołów to metale ciężkie, kontakt z nimi nie jest zalecany. Wiele osób może zostać zatrutych przez kontakt z kadmem.
Stopy do lutowania
W praktyce wiele z nich ma do czynienia z topnieniem podczas lutowania części. Jeżeli powierzchnie łączonych materiałów są oczyszczone z zanieczyszczeń i tlenków, to nie jest trudno je lutować lutami. Zwyczajowo dzieli się luty na twarde i miękkie luty. Miękkie są najczęściej:
- POS-15 - 278…282 °C;
- POS-25 - 258…262 °C;
- POS-33 - 245…249°C;
- POS-40 - 236…241°C;
- POS-61 - 181…185 °C;
- POS-90 - 217…222 °C.
Produkowane są dla przedsiębiorstw produkujących różne urządzenia radiotechniczne.
Luty twarde na bazie cynku, miedzi, srebra i bizmutu mają wyższą temperaturę topnienia:
- PSr-10 - 825…835°С;
- PSr-12 - 780…790 °С;
- PSr-25 - 760…770 °С;
- PSr-45 - 715…721 °С;
- PSr-65 - 738…743 °С;
- PSr-70 - 778…783 °С;
- PMC-36 - 823…828 °С;
- PMTs-42 - 830…837 °С;
- ПМЦ-51 - 867…884 °С.
Zastosowanie twardych lutów pozwala na uzyskanie mocnych połączeń.
Uwaga! Cp oznacza, że w składzie lutu zastosowano srebro. Takie stopy mają minimalny opór elektryczny.
Temperatura topnienia niemetali
Materiały niemetalowe mogą być prezentowane w postaci stałej i płynnej. Substancje nieorganiczne przedstawiono w tabeli. cztery.
Tabela 4, temperatura topnienia niemetali nieorganicznych:
W praktyce użytkowników najbardziej interesują materiały organiczne: polietylen, polipropylen, wosk, parafina i inne. W tabeli przedstawiono temperaturę topnienia niektórych substancji. 5.
Tabela 5, temperatura topnienia materiałów polimerowych:
Uwaga! Przez temperaturę zeszklenia rozumie się stan, w którym materiał staje się kruchy.
Wideo: temperatura topnienia znanych metali.
Wniosek
- Temperatura topnienia zależy od charakteru samej substancji. Najczęściej jest to wartość stała.
- W praktyce nie stosuje się czystych metali, ale ich stopy. Zwykle mają znacznie lepsze właściwości niż czysty metal.
