Наиболее легкоплавкие металлы
Плавление – процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Он происходит под воздействием тепла, но зависит еще от ряда физических факторов, например от давления. Важную роль в том, насколько легко и тяжело вещество поддается плавлению, также играет его состав, размер кристаллов в решетке и прочность связей между атомами.
Температура плавления металлов очень разнится и может иметь даже минусовые значения. Она колеблется от -39 до +3410 градусов Цельсия. Тяжелее всего в жидкость превращаются молибден, вольфрам, хром, титан. Для этого процесса их требуется нагреть до температуры не менее 2000 градусов.
Наиболее легкоплавкими металлами являются галлий, ртуть, литий, олово, свинец, цинк, индий, висмут, таллий. Подробнее о некоторых из них читайте далее.
Применение
Изначально тугоплавкие металлы использовались при изготовлении конденсаторов и транзисторов для радиоэлектроники. Количество их сфер применения увеличилось только к середине 20 века. Промышленной комплекс расширился до изготовления деталей для станков, автомобилей, самолётов и ракет.
Сплавы, выдерживающие воздействие критических температур, начали использоваться для изготовления посуды. Тугоплавкие металлы применяются в процессе производства строительных и соединительных материалов. Из них делают детали для бытовых приборов и электроники.
Самым тугоплавким считается вольфрам. Его температура плавления в 3390 градусов превышает показатели других материалов. Однако нельзя забывать про то, что при падении вольфрамовой детали с высоты, она треснет или разобьётся на отдельные части.
Ртуть
Полезный во многих сферах, но ядовитый металл был известен еще до нашей эры. Ртуть использовали античные и средневековые медики для лечения венерических и многих других заболеваний, алхимики пытались сделать из нее золото. Сегодня она применяется в электротехнике, приборостроении и органической химии.
Руть – это наиболее легкоплавкий металл на планете. При нормальных комнатных условиях она всегда жидкая, так как температура ее плавления составляет -39 градуса. Ее пары очень опасны, поэтому ртуть содержат только в контейнерах и специальных стеклянных колбах. На организм она действует как яд, отравляя его и выводя из строя нервную, иммунную, дыхательную и пищеварительную системы.
Галлий
Вторым в списке наиболее легкоплавких металлов находится галлий. Он становится жидкостью при температуре выше 29,5 градусов Цельсия, и размягчить его можно просто подержав немного в руках. При нормальных условиях галлий очень хрупкий, легко поддается механическому воздействию и окрашен в светло-серебристый, несколько голубоватый оттенок.
Металл очень рассеян в земной коре и не встречается в виде самородков. В природе его находят в составе различных минералов, таких как гранат, мусковит, турмалин, хлорит, полевой шпат. Кроме того, он содержится в морской воде. Галлий используют в высокочастотной электронике, для изготовления зеркал и различных сплавов.
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.
Интересное: Как варить чугун
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.
Индий
В качестве простого вещества индий очень светлый, ковкий и мягкий настолько, что даже оставляет след, если им провести по бумаге. Он также является одним из наиболее легкоплавких металлов, но воздействуют на него только температуры выше 157 °C. Закипает он при 2072 градусах.
Как и галлий, индий не образует собственных месторождений, но содержится в различных рудах. Благодаря своей рассеяности в природе металл довольно дорогой. Его применяют в микроэлектронике, для изготовления легкоплавких сплавов, припоев, жидкокристаллических экранов для техники.
Виды и составы легкоплавких сплавов
Легкоплавкие сплавы применяемые в современной мировой промышленности:
| Состав сплава | Tпл, | Плот- ность г/см³ | Область приме- нения | Примечание | Другие сведения |
| висмут 76,5 %, таллий 23,5 % | 198 | Т, П | Кислотоупорен | Эвтектический сплав | |
| олово 89 %, цинк 11 % | 198 | Т, П | |||
| висмут 47,5 %, таллий 52,5 % | 188 | Т | Эвтектический сплав | ||
| висмут 44,2 %, свинец 9,8 %, таллий 48 % | 186 | Т | ∑? | Эвтектический сплав | |
| олово 62 %, свинец 38 % | 183 | 8,5 | Т, П | ~ПОС 61 | |
| олово 64 %, свинец 36 % | 181 | Т, П | Эвтектический сплав, ~ПОС 63 | ||
| натрий 70 %, ртуть 30 % | 181 | Т | Хим.акт, Токсичен. | ||
| кадмий 32 %, олово 68 % | 177 (178) | Т, П | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| свинец 32 %, олово 68 % | 177 | Т, П | |||
| висмут 12,8 %, свинец 49 %, олово 38,2 % | 172 | Т, П | |||
| калий 80 %, таллий 20 % | 165 | Т | Хим.акт | ||
| висмут 13,3 %, свинец 46 %, олово 40,1 % | 165 | Т, П | ∑? | ||
| висмут 10,5 %, свинец 42 %, олово 47,5 % | 160 | Т, П | |||
| висмут 13,7 %, свинец 44,8 %, олово 41,5 % | 160 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| висмут 16 %, свинец 36 %, олово 48 % | 155 | Т, П | |||
| висмут 18,1 %, свинец 36,2 %, олово 45,7 % | 151 | Т, П | |||
| висмут 25 %, свинец 50 %, олово 25 % | 149 | Т, П | |||
| висмут 62,5 %, кадмий 37,5 % | 149 | Т, П | Токсичен. | ||
| висмут 19 %, свинец 38 %, олово 43 % | 148 | Т, П | |||
| висмут 50 %, свинец 50 % | 145 | Т, П | |||
| свинец 32 %, олово 50 %, кадмий 18 % | 145 | Т, П | Токсичен. | ||
| висмут 60 %, кадмий 40 % | 144 | Т, П | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| свинец 42 %, олово 37 % | 143 | Т, П | ∑? | ||
| кадмий 18,2 %, свинец 30,6 %, олово 51,2 % | 142 | 8,8 | Т, П | Токсичен. | ~ПОСК 50-18 |
| висмут 57 %, таллий 43 % | 139 | Т | Эвтектический сплав | ||
| висмут 57 %, олово 43 % | 139 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| ртуть 70 %, калий 30 % | 135 | Т | Хим.акт, Токсичен. | ||
| калий 90 %, таллий 10 % | 133 | Т | Хим.акт | ||
| висмут 28,5 %, свинец 43 %, олово 28,5 % | 132 | Т, П | |||
| висмут 56 %, олово 40 %, цинк 4 % | 130 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| висмут 43 %, свинец 43 %, олово 13 % | 128 | Т, П | ∑? | ||
| висмут 27,2 %, свинец 44,5 %, олово 33,3 % | 127 | Т, П | ∑? | ||
| висмут 56,5 %, свинец 43,5 % | 125 | Т, П | Эвтектический сплав | ||
| олово 52 %, индий 48 % | 125 | П | ~ПОИн 52 | ||
| висмут 33,4 %, свинец 33,3 %, олово 33,3 % | 123 | Т, П | ~ПОСВ 33 | ||
| висмут 36,5 %, свинец 36,5 %, олово 27 % | 117 | Т, П | |||
| висмут 40 %, свинец 40 %, олово 20 % | 113 | Т, П | Висмутовый Сплав | ||
| висмут 42,1 %, свинец 42,1 %, олово 15,8 % | 108 | Т, П | |||
| висмут 48 %, свинец 28,5 %, олово 14,5 %, ртуть 9 % | 105 | Т | |||
| висмут 53 %, олово 26 %, кадмий 21 % | 103 | Т, П | Токсичен. | ||
| висмут 50 %, олово 25 %, кадмий 25 % | 95 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 49,9 %, свинец 43,4 %, кадмий 6,7 % | 95 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 50 %, свинец 31,2 %, олово 18,8 % | 97 | Т, П, М | Сплав Ньютона | ||
| висмут 50 %, свинец 25–28%, олово 22–25 % | 94–98 | Т, П, М | Сплав Розе | ||
| висмут 52.5 %, свинец 32.0 %, олово 15.5 % | 95 | Т, П, М | Эвтектический сплав | ||
| висмут 51,6 %, кадмий 8,1 %, свинец 40,3 % | 91 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 55,2 %, свинец 33,3 %, таллий 11,5 % | 91 | Т | Эвтектический сплав | ||
| натрий 50 %, ртуть 50 % | 90 | Т | Хим.акт, Токсичен. | ||
| натрий 90 %, ртуть 10 % | 90 | Т | Хим.акт, Токсичен. | ||
| висмут 53,2 %, кадмий 7,1 %, свинец 39,7 % | 89,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| натрий 96,7 %, золото 3,3 % | 80 | Т | Хим.акт. | Эвтектический сплав | |
| натрий 80 %, ртуть 20 % | 80 | Т | Хим.акт, Токсичен. | ||
| висмут 35,3 %, кадмий 9,5 %, свинец 35,1 %, олово 20,1 % | 80 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 58 %, индий 17 %, олово 25 % | 79 | Т, П, М | Эвтектический сплав . Сплав Филдса (англ.)русск.. | ||
| висмут 50 %, свинец 34,5 %, олово 9,3 %, кадмий 6,2 % | 77 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 50 %, свинец 34,4 %, олово 9,4 %, кадмий 6,2 % | 76,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 27,5 %, кадмий 34,5 %, свинец 27,5 %, олово 10,5 % | 75 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 33,7 %, индий 65,3 % | 72 | Т, П, М | ∑? | Эвтектический сплав | |
| висмут 38,4 %, свинец 30,8 %, олово 15,4 %, кадмий 15,4 % | 71 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 49,5 %, свинец 27,27 %, олово 13,13 %, кадмий 10,1 % | 70 | Т, П, М | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| висмут 50 %, свинец 26,3 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % | 70 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| натрий 70 %, ртуть 30 % | 70 | Т | Хим.акт, Токсичен. | ||
| висмут 48,8 %, свинец 24,3 %, олово 13,8 %, кадмий 13,1 % | 68,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 52,2 %, свинец 26 %, олово 14,8 %, кадмий 7 % | 68,5 | Т, П, М | Токсичен. | ||
| висмут 50,1 %, свинец 26,6 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % | 68 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Липовица | |
| висмут 50 %, свинец 25 %, олово 12,5 %, кадмий 12,5 % | 68 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Вуда | |
| висмут 50,4 %, свинец 25,1 %, олово 14,3 %, кадмий 10,2 % | 67,5 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Вуда | |
| висмут 50,1 %, свинец 24,9 %, олово 14,2 %, кадмий 10,8 % | 65,5 | Т, П, М | Токсичен. | Сплав Вуда | |
| натрий 99 %, таллий 1 % | 64 | Т | Хим.акт | Эвтектический сплав | |
| висмут 50,0 %, олово 12,5 %, свинец 25 %, кадмий 12,5 % | 60,5 | Т, П, М, Ж | Токсичен. | ||
| висмут 53,5 %, олово 19 %, свинец 17 %, ртуть 10,5 % | 60 | Т | токсичен | ||
| натрий 60 %, ртуть 40 % | 60 | Т | Хим.акт. Токсичен. | ||
| висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 % | 57 | Т, П, М, Ж | Эвтектический сплав | ||
| ртуть 70 %, натрий 30 % | 55 | Т | токсичен, реаг.с водой. | ||
| висмут 42 %, свинец 32 %, ртуть 20 %, кадмий 6 % | 50 | Т | токсичен | ||
| висмут 36 %, ртуть 30 %, свинец 28 %, кадмий 6 % | 48 | Т | токсичен | ||
| висмут 47,7 %, индий 19,1 %, олово 8,3 %, кадмий 5,3 %, свинец 22,6 % | 47 | Т, П, М, Ж | Токсичен. | Эвтектический сплав | |
| натрий 50 %, ртуть 50 % | 45 | Т | Хим.акт. | ||
| висмут 40,2 %, кадмий 8,1 %, индий 17,8 %, свинец 22,2 %, олово 10,7 %, таллий 1 % | 41,5 | Т, П, М, Ж | Токсичен. | ||
| галлий 95 %, цинк 5 % | 25 | 5,95 | Т | ||
| натрий 85,2 %, ртуть 14,8 % | 21,4 | Т | Хим.акт. | ||
| галлий 92 %, олово 8 % | 20 | Т | |||
| галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 % | 17 | 6,13 | Т | ||
| галлий 76 %, индий 24 % | 16 | 6,235 | Т | ||
| галлий 67 %, индий 29 %, цинк 4 % | 13 | 6,355 | Т | ||
| Галлий 67 %, индий 20,5 %, олово 12,5 % | 10,6 | Т | |||
| галлий 62 %, индий 25 %, олово 13 % | 4,85 | 6,44 | Т | ||
| галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 % | 3 | 6,4 | Т | Русский сплав | |
| рубидий 91,8 %, натрий 8,2 % | −4,5 | 1,485 | Т | Хим.акт. | |
| калий 77,3 %, натрий 22,7 % | −12,5 | 0,882 | Т, Л, И | Хим.акт. | Эвтектический сплав NaK |
| цезий 93 %, натрий 7 % | −28 | 1,765 | Т, И | Хим.акт. | |
| цезий 94,5 %, натрий 5,5 % | −30 | 1,778 | Т, И | Хим.акт. | |
| ртуть 97,2 %, натрий 2,8 % | −48,2 | 13,16 | Т | Реаг.с водой. | |
| ртуть 91,44 %, таллий 8,56 % | −61 | 13,45 | Т | Наиболее легкоплавкая амальгама | |
| натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % | −78 | 1,28 | Т, И | Реаг. с водой. | Советский сплав |
Примечание: Несколько различных Tпл для одного и того же сплава — результат разночтений источников данных
Обозначения:
- Т — теплоноситель
- П — припой
- М — модельный литейный сплав
- Ж — для датчиков пожарной сигнализации
- Л — лабораторный для абсолютирования растворителей
- И — рабочее тело ионных ракетных двигателей
↕
Олово
Олово плавится от температуры выше 231 градуса по Цельсию. Это пластичный и мягкий металл, светло-серебристого цвета. Оно существует четырех аллотропных модификациях, две из них появляются только при высоком давлении.
Олово довольно рассеяно в природе, но может образовывать собственные минералы, например, станнин и касситерит. Его используют в качестве покрытия для металлов для усиления их устойчивости к коррозии, а также для производства жести, фольги, разнообразных сплавов, посуды и деталей для музыкальных инструментов.
Литий
Литий – наиболее легкоплавкий металл, который становится жидкостью при температуре 180 градусов. Он мягкий, хорошо поддается ковке и механической обработке. Он относится к щелочным металлам, но проявляет активность гораздо хуже остальных представителей группы. Он медленно реагирует с влажным воздухом, а в сухой атмосфере остается практически стабильным
Металл встречается в сподумене, лепидолите, в месторождениях с оловом, висмутом и вольфрамом, содержится в морской воде и в звездных космических объектах. Литий часто используется для изготовления гальванических элементов, аккумуляторов, применяют в качестве окислителя, а также в пиротехнике. В сплавах с кадмием, медью и алюминием используется в космической, военной и авиационной технике.
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.
Интересное: Сварные швы — дефекты и их устранение
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.
