Самым легкоплавким среди всех известных сегодня металлов является ртуть. Имя человека, впервые открывшего этот чудо-металл, затерялось в глубине тысячелетий, но доподлинно известно, что ртуть была знакома человечеству еще за несколько веков до нашей эры. Сегодня уже нельзя утверждать, что ртуть – это единственный металл, существующий в жидкой фазе при условиях, которые принято считать нормальными (750,06 мм рт. ст., 25°С).
Франций, очень редкий металл, находится в жидком состоянии уже при 15 – 23o С, но изучение этого вещества очень затруднено вследствие его высокой радиоактивности и малого периода полураспада. При чуть более высоких температурах плавятся цезий и галлий, а именно при +28,5o С и при +29,8o С, соответственно. Ртуть же по температуре плавления бьет все рекорды среди металлов. Переход ртути из твердого состояния в жидкое происходит при минус 38,89 °С!
До середины XVIII века считалось, что ртуть может находиться только в жидком и газообразном состояниях. Наука того времени вообще не относила ртуть к металлам, несмотря на присущие ей некоторые свойства этого класса соединений. Существование ртути в твердой форме было обнаружено случайно. В 1734 году в г. Томске наблюдатель метеостанции, конный казак Саломатов, заметил, что в очень сильный мороз в его барометре застывает ртуть. О своем наблюдении он сообщил ученым Гмелину и Миллеру, членам Академии наук Санкт-Петербурга. Однако непоколебимая уверенность ученых мужей в том, что ртуть не может быть твердой, помешала им серьезно воспринять эту информацию.
Спустя четверть века, зимой 1759 – 1760 гг., при проведении научных опытов замерзание ртути обнаружил ученый Иосиф Адам Браун. В Санкт-Петербурге в тот день, 14 декабря 1759 года, было очень холодно. Показания термометра доходили до -37° С. Браун ставил эксперимент, целью которого было максимально возможное понижение температуры вещества. Ученый смешал в стеклянном сосуде уличный снег с небольшим количеством азотной кислоты и поместил в эту среду ртутный термометр для измерения температуры. И тогда Браун обнаружил, что ртуть в термометре застыла. Это было сенсационное открытие! Ведь до тех пор ни в одном научном труде не было упоминания о том, что ртуть может существовать в твердой фазе.
Опыт Иосифа Адама Брауна был воспроизведен затем академиками Ломоносовым, Цейгером и Эпинусом. Они также подтвердили факт замерзания ртути. Той же зимой, в январе 1760 года, М. В. Ломоносов обнаружил, что ртуть в твердой форме, так же как и в жидкой, обладает свойством электропроводности. После экспериментов Ломоносова спорный вопрос о принадлежности ртути к классу металлов был решен окончательно.
легкоплавкие металлы — Группа цв. металлов с низкой tm, включающая Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi, Ti, Sb и элементы с ослабл. металлич. св вами: Ga, Ge. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN low melting metals … Справочник технического переводчика
легкоплавкие металлы — [low melting metals группа цветных металлов с низкой tпл, включа ющая Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi, TI, Sb и элементы с ослабленными металлическими свойствами: Ga, Ge; Смотри также: Металлы щелочные металлы … Энциклопедический словарь по металлургии
легкоплавкие сплавы — [low melting alloys] сплавы с низкой tпл, основные компоненты которых легкоплавкие металлы: Hg (tпл = 39 °С), Ga (30 °С), In (156 °С), Sn (232 °С), Bi (271 *С), Pb (327 °С), Cd (321 °С) и Zn (419 °С) … Энциклопедический словарь по металлургии
Металлы — [metals] простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электро и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны,… … Энциклопедический словарь по металлургии
ультрачистые металлы — [ultra pure metals] высокочистые, особочистые металлы, в которых массовая доля примесей не превышает 1 • 10 3%. Основные стадии технологии производства ультрачистых металлы: получение чистых химических соединений, восстановление их до… … Энциклопедический словарь по металлургии
чистые металлы — [pure metals] металлы с низким содержанием примесей ( Энциклопедический словарь по металлургии
тугоплавкие металлы — [refractory metals] металлы, у которых tпл > fFe = 1539 °С (например, Cr, V, W, Mo, Nb и др.); применяют как легирующие добавки в стали, а также в качестве основы соответствующих специальных сплавов; Смотри также: Металлы щелочные металлы … Энциклопедический словарь по металлургии
радиоактивные металлы — [radioactive metals] металлы, занимающие места в Периодической системе элементов с атомный номер больше 83 (Bi), испускающие радиоактивные частицы: нейтроны, протоны, альфа , бетачастицы или гамма кванты. В природе обнаружены: At, Ac, Np, Pa, Ро … Энциклопедический словарь по металлургии
переходные металлы — [transition metals] элементы Iб и VIIIб подгруппы Периодической системы. У атомов переходных металлов внутренние оболочки заполнены только частично. Различают d металлы, у которых происходит постепенное заполнение 3d (от Se до Ni), 4d (от Y до… … Энциклопедический словарь по металлургии
первичные металлы — [primary metals] металлы, полученные из руды или рудных материалов, в отличие от вторичных металлов, полученных из отходов и лома (например, первичный и вторичный Al); Смотри также: Металлы щелочные металлы чистые металлы … Энциклопедический словарь по металлургии
Каждый металл или сплав обладает уникальными свойствами, в число которых входит температура плавления. При этом объект переходит из одного состояния в другое, в конкретном случае становится из твёрдого жидким. Чтобы его расплавить, необходимо подвести к нему тепло и нагревать до достижения нужной температуры. В момент, когда достигается нужная точка температуры данного сплава, он ещё может остаться в твёрдом состоянии. При продолжении воздействия начинает плавиться.
Наиболее низкая температура плавления у ртути — она плавится даже при -39 °C, самая высокая у вольфрама — 3422 °C. Для сплавов (стали и других) определить точную цифру крайне сложно. Все зависит от соотношения компонентов в них. У сплавов она записывается как числовой промежуток.
Как происходит процесс
Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты. Воздействие при этом примерно одинаковое.
Когда происходит нагревание, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.
В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:
- легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
- среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
- тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.
В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.
Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.
Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.
Таблица характеристик
Металлы и сплавы — непременная основа для ковки, литейного производства, ювелирной продукции и многих других сфер производства. Чтобы не делал мастер (ювелирные украшения из золота, ограды из чугуна, ножи из стали или браслеты из меди), для правильной работы ему необходимо знать температуры, при которых плавится тот или иной элемент.
Чтобы узнать этот параметр, нужно обратиться к таблице. В таблице также можно найти и градус кипения.
Среди наиболее часто применяемых в быту элементов показатели температуры плавления такие:
- алюминий — 660 °C;
- температура плавления меди — 1083 °C;
- температура плавления золота — 1063 °C;
- серебро — 960 °C;
- олово — 232 °C. Олово часто используют при пайке, так как температура работающего паяльника составляет как раз 250–400 градусов;
- свинец — 327 °C;
- температура плавления железо — 1539 °C;
- температура плавления стали (сплав железа и углерода) — от 1300 °C до 1500 °C. Она колеблется в зависимости от насыщенности стали компонентами;
- температура плавления чугуна (также сплав железа и углерода) — от 1100 °C до 1300 °C;
- ртуть — -38,9 °C.
Как понятно из этой части таблицы, самый легкоплавкий металл — ртуть, которая при плюсовых температурах уже находится в жидком состоянии.
Градус кипения всех этих элементов почти вдвое, а иногда и ещё выше градуса плавления. Например, у золота он 2660 °C, у алюминия — 2519 °C, у железа — 2900 °C, у меди — 2580 °C, у ртути — 356,73 °C.
У сплавов типа стали, чугуна и прочих металлов расчёт примерно такой же и зависит от соотношения компонентов в сплаве.
Максимальная температура кипения у металлов — у рения — 5596 °C. Наибольшая температура кипения — у наиболее тугоплавящихся материалов.
Бывают таблицы, в которых также указана плотность металлов. Самым лёгким металлом является литий, самым тяжёлым — осмий. У осмия плотность выше, чем у урана и плутония, если рассматривать её при комнатной температуре. К лёгким металлам относятся: магний, алюминий, титан. К тяжёлым относится большинство распространённых металлов: железо, медь, цинк, олово и многие другие. Последняя группа — очень тяжёлые металлы, к ним относятся: вольфрам, золото, свинец и другие.
Ещё один показатель, встречающийся в таблицах — это теплопроводность металлов. Хуже всего тепло проводит нептуний, а лучший по теплопроводности металл — серебро. Золото, сталь, железо, чугун и прочие элементы находится посередине между этими двумя крайностями. Чёткие характеристики для каждого можно найти в нужной таблице.