Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

При каких температурах плавятся различные металлы и неметаллы

При каких температурах плавятся различные металлы и неметаллы?

Наблюдения показывают, что если измельчённый лёд, имеющий, например, температуру -10 °С, оставить в тёплой комнате, то его температура будет повышаться. При 0 °С лёд начнет таять, а температура при этом не будет изменяться до тех пор, пока весь лёд не превратится в жидкость. После этого температура образовавшейся изо льда воды будет повышаться.

Это означает, что кристаллические тела, к которым относится и лед, плавятся при определённой температуре, которую называют температурой плавления. Важно, что во время процесса плавления температура кристаллического вещества и образовавшейся в процессе его плавления жидкости остаётся неизменной.

2. В описанном выше опыте лёд получал некоторое количество теплоты, его внутренняя энергия увеличивалась за счёт увеличения средней кинетической энергии движения молекул. Затем лёд плавился, его температура при этом не менялась, хотя лёд получал некоторое количество теплоты. Следовательно, его внутренняя энергия увеличивалась, но не за счёт кинетической, а за счёт потенциальной энергии взаимодействия молекул. Получаемая извне энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. Подобным образом происходит плавление любого кристаллического тела.

Аморфные тела не имеют определённой температуры плавления. При повышении температуры они постепенно размягчаются, пока не превратятся в жидкость.

3. Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние называют кристаллизацией. Охлаждаясь, жидкость будет отдавать некоторое количество теплоты окружающему воздуху. При этом будет уменьшаться её внутренняя энергия за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул. При определённой температуре начнётся процесс кристаллизации, во время этого процесса температура вещества не будет изменяться, пока всё вещество не перейдет в твёрдое состояние. Этот переход сопровождается выделением определённого количества теплоты и соответственно уменьшением внутренней энергии вещества за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия его молекул.

Таким образом, переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние происходит при определённой температуре, называемой температурой кристаллизации. Эта температура остаётся неизменной в течение всего процесса плавления. Она равна температуре плавления этого вещества.

На рисунке 76 приведён график зависимости температуры твёрдого кристаллического вещества от времени в процессе его нагревания от комнатной температуры до температуры плавления (АБ), плавления (БВ), нагревания вещества в жидком состоянии (ВГ), охлаждения жидкого вещества (ГД), кристаллизации (ДЕ) и последующего охлаждения вещества в твёрдом состоянии (ЕЖ).

4. Различные кристаллические вещества имеют разное строение. Соответственно, для того, чтобы разрушить кристаллическую решётку твёрдого тела при температуре его плавления, необходимо ему сообщить разное количество теплоты.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг кристаллического вещества, чтобы превратить его в жидкость при температуре плавления, называют удельной теплотой плавления.

Опыт показывает, что удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.

Удельную теплоту плавления обозначают буквой ​( lambda )​. Единица удельной теплоты плавления — ​( [lambda] )​ = 1 Дж/кг.

Значения удельной теплоты плавления кристаллических веществ приведены в таблице. Удельная теплота плавления алюминия 3,9·105 Дж/кг. Это означает, что для плавления 1 кг алюминия при температуре плавления необходимо затратить количество теплоты 3,9·105 Дж. Этому же значению равно увеличение внутренней энергии 1 кг алюминия.

Чтобы вычислить количество теплоты ​( Q )​, необходимое для плавления вещества массой ​( m )​, взятого при температуре плавления, следует удельную теплоту плавления ​( lambda )​ умножить на массу вещества: ​( Q=lambda m )​.

Эта же формула используется при вычислении количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации жидкости.

Почему твердое становится жидким?

Нагревание твердого тела приводит к увеличению кинетической энергии атомов и молекул, которые при нормальной температуре находятся четко в узлах кристаллической решетки, что и позволяет телу сохранять постоянные форму и размеры. При достижении некоторых критических значений скоростей атомы и молекулы начинают покидать свои места, происходит разрыв связей, тело начинает терять свою форму — становится жидким. Процесс плавление происходит не резким скачком, а постепенно, так, что некоторое время твердая и жидкая компоненты (фазы) находятся в равновесии. Плавление относится к эндотермическим процессам, то есть к таким которые происходят с поглощением теплоты. Противоположный процесс, когда жидкость затвердевает называется кристаллизацией.

Читайте так же:
Схема зарядного устройства для пальчиковых аккумуляторов

Рис. 1. Переход твердого, кристаллического, состояния вещества в жидкую фазу.

Было обнаружено, что до окончания процесса плавления температура не изменяется, хотя тепло все время поступает. Никакого противоречия здесь нет, так как поступающая энергия в этот период времени уходит на разрыв кристаллических связей решетки. После разрушения всех связей приток тепла будет повышать кинетическую энергию молекул, а следовательно, температура начнет расти.

Рис. 2. График зависимости температуры тела от времени нагрева.

Кристаллические решетки металла

В идеальном виде принято считать, что металлам свойственна кубическая решетка (в реальном веществе могут быть изъяны). Между молекулами имеются равные расстояния по горизонтали и вертикали.

Твердое вещество характеризуется постоянством:

  • формы, предмет сохраняет линейные размеры в разных условиях;
  • объема, предмет не изменяет занимаемое количество вещества;
  • массы, количество вещества, выраженное в граммах (килограммах, тоннах);
  • плотности, в единице объема содержится постоянная масса.

При переходе в жидкое состояние, достигнув определенной температуры, кристаллические решетки разрушаются. Теперь нельзя говорить о постоянстве формы. Жидкость будет принимать ту форму, в какую ее зальют.

Когда происходит испарение, то постоянным остается только масса вещества. Газ займет весь объем, который будет ему предоставлен. Здесь нельзя утверждать, что плотность постоянная величина.

Когда соединяются жидкости, то возможны варианты:

  1. Жидкости полностью растворяются одна в другой, так себя ведут вода и спирт. Во всем объеме концентрация веществ будет одинаковой.
  2. Жидкости расслаиваются по плотности, соединение происходит только на границе раздела. Только временно можно получать механическую смесь. Перемешав разные по свойствам жидкости. Примером является масло и вода.

Металлы образуют сплавы в жидком состоянии. Чтобы получить сплав, каждый из компонентов должен быть в жидком состоянии. У сплавов возможны явления полного растворения одного в другом. Не исключаются варианты, когда сплав будет получен только в результате интенсивного перемешивания. Качество сплава в этом случае не гарантируется, поэтому стараются не смешивать компоненты, которые не позволяют получать стабильные сплавы.

Образующиеся растворимые друг в друге вещества при застывании образуют кристаллические решетки нового типа. Определяют:

  • Гелиоцентрированные кристаллические решетки, их еще называют объёмно-центрированными. В середине находится молекула одного вещества, а вокруг располагаются еще четыре молекулы другого. Принято называть подобные решетки рыхлыми, так как в них связь между молекулами металлов слабее.
  • Гранецентрированные кристаллические решетки образуют соединения, в которых молекулы компонента располагаются на гранях. Металловеды называют подобные кристаллические сплавы плотными. В реальности плотность сплава может быть выше, чем у каждого из входящих в состав компонентов (алхимики средних веков искали варианты сплавов, при которых плотность будет соответствовать плотности золота).

Определение удельной теплоты плавления

Удельной теплотой плавления (обозначение — греческая буква “лямбда” – λ ), называется физическая величина равная количеству тепла (в джоулях), которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкую фазу. Формула удельной теплоты плавления выглядит так:

При какой температуре происходит плавление платины

Платина — это химический элемент с символом Pt и атомным номером 78. Температура плавления платины составляет 1768 ˚С, или 3214 ˚F. Это металл серого цвета, плотный, податливый, пластичный, очень инертный и драгоценный. Может переливаться белым в зависимости от нахождения по отношению к источнику света. Название этого металла берет свои корни из испанского термина «platina», который буквально расшифровывается как «маленькое серебро».

Плавление металла

Платина как разновидность металла

Платина относится к одноименной группе элементов и 10-й группе таблицы элементов Менделеева. Этот металл имеет 6 изотопов естественного происхождения. Платина — это один из самых редких элементов, которые входят в состав земной коры (плотность — около 5 мкг/кг). Платину обнаруживают в некоторых разновидностях медных и никелевых руд или непосредственно в самородной платиновой руде. 80% всемирного производства данного металла относится к Южной Африке. Из-за малого содержания платиновой руды в пределах земной коры ежегодно производится сравнительно небольшое количество этого металла. Он очень востребован в некоторых сферах деятельности.

Читайте так же:
Проверка пленочного конденсатора мультиметром

Платина в природе

Платина — это химически малоактивный металл. Он обладает исключительным сопротивлением коррозии даже в условиях высоких температур, поэтому его принято считать благородным. Платину очень часто обнаруживают в самородном виде, что связано с малой химической активностью. Она возникает естественным путем в различных песчаных реках Южной Америки. Во времена, предшествующие открытиям Христофора Колумба, местные жители использовали платину для изготовления артефактов. Эта информация впервые появилась в европейских публикациях начала XVI века. В 1748 году был опубликован официальный доклад о неизвестном металле родом из Колумбии, после чего он начал детально исследоваться учеными.

Платина часто применяется в каталитических преобразователях, лабораторном оборудовании, контактах и электродах, термометрах, стоматологических приборах и в украшениях. Как тяжелый металл платина может вызывать у человека проблемы со здоровьем из-за своих солей. Но благодаря стойкости к коррозии она не столь токсична, как многие другие металлы. Соединения, содержащие платину (цисплатин, оксалиплатин и карбоплатин) применяются в сфере химиотерапии для лечения некоторых разновидностей рака.

Катализатор авто

Из 245 тонн платины, проданной в 2010 году, 113 тонн были использованы для производства устройств, контролирующих выброс вредных веществ в выхлопных системах автомобилей (46%). 76 тонн понадобилось для изготовления ювелирных изделий (31%). Остальное было использовано в основном для изготовления электродов, лекарственных средств для лечения рака, датчиков кислорода, свечей зажигания и газотурбинных двигателей.

Сферы применения платины

Наиболее распространено применение платины в роли катализатора для химических реакций. Впервые она начала применяться в этой сфере в начале XIX века, когда порошок из платины стали использовать в качестве катализатора возгорания водорода. Наиболее важным считается применение в автомобилестроении каталитического нейтрализатора из платины, обеспечивающего тотальное сгорание углеводорода, благодаря чему в выхлопных газах остается только двуокись углерода и водяной пар.

Платина также применяется в сфере нефтяной промышленности в роли катализатора некоторых процессов, в том числе и для производства высокооктанового бензина. Соединение PtO2, также известное под названием катализатора Адамса, применяется для гидрирования растительных масел. Кроме того, платина используется для разделения перекиси водорода на кислород и воду.

В лабораторных условиях платиновая проволока применяется для изготовления электродов. Платиновые емкости и опоры используются для термогравиметрического анализа. Это связано со строгими требованиями к малой химической инертности при нагревании до высоких температур около 1000 ˚С, что гораздо ниже, чем температура плавления, ведь платина хорошо выдерживает такое испытание. Этот металл применяется в качестве легирующего агента для всевозможных металлических изделий, в том числе тонких проволок, устойчивых к коррозии лабораторных контейнеров, различных медицинских инструментов, стоматологических протезов, а также электрических контактов.

Сплав кобальта и платины в пропорции 3:1 используется для изготовления относительно мощных постоянных магнитов. Основанные на платине аноды находят применение в производстве кораблей, трубопроводов и морских причалов. Необходимо обратить внимание на то, что в сплавах с другими металлами показатели температуры плавления платины могут изменятся.

Платина как редкий металл является символом эксклюзивности и богатства.

Так называемые платиновые кредитные и дебетовые карты имеют больше привилегий, если сравнивать с золотыми картами. Платиновые награды занимают второе место по значимости, опережая золотые, серебряные и бронзовые, но уступают алмазным. Например, в США музыкальный альбом, проданный тиражом более 1000000 экземпляров, будет сертифицирован как алмазный. Некоторые изделия серебристо-белого цвета (например, транспортные средства) называют платиновыми. Этот металл считается драгоценным, хотя в ювелирном деле его используют не так часто, как золото и серебро.

Читайте так же:
Регулятор крутящего момента шуруповерта

При какой температуре начинает плавиться платина: проводим домашние исследования

Многим платина известна, как металл для создания ювелирных украшений. Но это далеко не единственная область ее применения. Особые качества сплава позволяют использовать его в разных областях, главное знать свойства металла, в том числе и при какой температуре происходит плавление платины.

Общая характеристика металла

Платина относится к благородным металлам, с высокой плотностью. Узнать ее можно по беловато-серому оттенку и характерному блеску. Она не реагирует на кислоту, щелочи и другие элементы, что делает ее устойчивой к окислению и образованию коррозии. Ближайшими соседями платины в таблице Менделеева выступают иридий, осмий, палладий, родий и рутений.

Первооткрывателями платины стали испанские мореплаватели. Хотя ранее исследователями были найдены артефакты, датированные временами Древнего Египта.

Когда было обнаружено свойство драгметалла сплавляться с золотом, в Европе стали изготавливать поддельные монеты и ювелирные изделия. Желтый металл также является благородным и ценится достаточно высоко, но не так как платина.

В природе платина встречается в примесях к железу, марганцу, никелю и другим рудам. Может находиться в виде отдельной жила или россыпями вокруг рудника. Месторождений металла не так уж и много в мире. Основные из них находятся в ЮАР и России. Также встречаются залежи в Зимбабве, Канаде, США и Китае.

Используют драгметалл в химической и промышленной сферах, в автомобилестроении и космонавтике. В медицине из металла делают инструменты, детали для оборудования. Кроме этого, платиновые молекулы хорошо зарекомендовали себя в химиотерапии при лечении онкологических недугов.

слитки

Слитки платины

Нюансы переработки платинового сырья

От примесей металл очищается сначала механическим способом, затем с применением химических веществ. Последний позволяет улучшить качество сплава и повысить его свойства.

Платиновые слитки нагреваются в специальных емкостях. Туда же добавляется царская водка. Таким образом, отделяются и растворяются ненужные неблагородные металлы и осадок с содержанием других элементов, который не поддается растворению.

Осадки необходимо отфильтровать и обработать царской водкой. Такие вещества как осмий и иридий идут на промышленные нужды, поэтому их после обработки сплава извлекают из котлов.

Образовавшиеся в процессе обработки осмий, палладий и иридий необходимо преобразовать. Это необходимо для того чтобы хлористый аммоний, добавляемый в состав, не мог на них влиять, и они не выпали в осадок. Для этого раствор изменяется прогревом с серной и щавелевой кислотами.

После ввода хлор-аммония платина выпадет в осадок в виде золотистых гранул. Ее извлекают и очищают нашатырем. Готовый продукт просушивают и используют по назначению.

плавка

Промышленная плавка платины

Способы плавления

При плавке благородных металлов и сплавов необходимо создать такие условия, при которых минимизируются их потери.

Плавят платину и ее сплавы в тигельных индукционных печах из оксида кальция, магнезита или оксида циркония. Емкости для плавки изготовляют из огнеупорных материалов. Если нужно получить изделие без примесей кальция или магния, можно использовать тигли из оксидов тория или циркония.

В качестве сырья для плавления используют разную платину: губчатую, спрессованную и в брикетах. Можно использовать также скрап. Дополнительные компоненты вводят в расплавленную платину при температуре 1850-1900 градусов по Цельсию. Несмотря на слабое взаимодействие платины с печными газами, плавку нужно вести очень быстро, не допуская раскисления металла.

плавление платины

Плавление платины в домашних условиях

Температура плавления

Платина, как отдельные элемент, имеет температуру плавления 1774 градуса. Но этот показатель может меняться в зависимости от содержания лигатур в сплаве. Например:

  • сплав платины с иридием 850/900/950 пробы — 1800-1820/1780-1800/1780-1790 градусов;
  • сплав платины с палладием 850/900/950 пробы — 1730-1750/1740-1755/1755-1765 градусов;
  • сплав с кобальтом 950 пробы — 1765-1780 градусов;
  • сплав платины с рутением 950 пробы — 1780-1795 градусов.
Читайте так же:
Прокатный стан для листового металла

Температура плавления платины и другие ее физические характеристики позволяют использовать металл при производстве вискозного волокна. Из сплава изготавливают специальные высокопрочные формы, через которые продавливают пластичный материал.

Плавление платины в домашних условиях

Если возникла такая ситуация, когда нужно переплавить платину в домашних условиях, предварительно нужно ознакомиться с данным процессом. Перед процедурой подготавливают необходимые инструменты и материалы. Плавить платину можно с помощью самодельных газовых горелок с использованием кислородных баллонов. Также используют для этих целей сварочный аппарат. В качестве емкости берут фарфоровый тигель.

тигель

Лабораторный фарфоровый тигель

Подготавливают шихту таким же образом, как и в промышленных условиях. Сам процесс плавки выполняется следующим образом.

  1. Платиновый сплав помещается в тигель и нагревается газовой горелкой или другими самодельными приспособлениями до достижения необходимой температуры.
  2. Вид отлитого металла зависит от созданной формы и личных предпочтений.
  3. После плавления платина должна полностью остыть.
  4. Готовое изделие вынимается из формы с помощью инструментов и с соблюдением необходимых мер осторожности.

Как видите, плавить платину самостоятельно можно, хотя конечный результат во многом зависит от умений мастера, качества материалов и знания технологии. Получить чистый продукт без примесей без специального оборудования практически невозможно, т.к. все способы плавки не идеальны. Если нужен чистый металл, лучше обратиться к специалистам.

При какой температуре начинается плавление платины: таблица в зависимости от сплава + пошаговая инструкция

Платина — очень редкий на Земле металл, считающийся драгоценным и податливым для обработки. Его название пришло из испанского языка, дословно переводится как мелкое серебро. В таблице Менделеева фигурирует под обозначением Pt. Элемент встречается в самородках, различных сплавах и соединениях.

Температура плавления платины, тяжелый вес, твердость и устойчивость в условиях агрессивной среды делают металл незаменимым в различных областях жизни.

Характеристики и свойства платины

Платина обладает очень высокой плотностью. Среди самых тяжелых металлов она занимает особое место и в весе уступает только не менее редким иридию и осмию.

В сравнении с золотом и серебром, имеет большую твердость. Именно это свойство позволяет платине быть устойчивой к механическим воздействиям.

Металл способен поглощать газы — водород и кислород. В некоторых состояниях эта способность усиливается. Особенно хорошо кислород абсорбируется платиновой чернью, которая получается в результате реакции солевых растворов на восстановители.

  • металл белого (иногда с оттенками серого) цвета, блестящий;
  • кристаллическая решетка при 20 °C, нм а = 0,392;
  • твердость равна МПа 390-420;
  • удельное электросопротивление при 0 °C, мкОм•см 9,85;
  • температура плавления, °С — 1773,5;
  • температура кипения, °С — 4410;
  • радиус атома, нм — 0,138;
  • удельная теплоемкость, Дж/(моль/К) — 25,9;
  • модуль упругости, ГПа — 173;
  • теплопроводность при 25 °C, Вт/(м•К) — 74,1;
  • плотность при 20 °C, кг/дм3 — 21,45.

Как происходит переработка платинового сырья

Металл очищается механически от инородных веществ. Затем наступает этап химической очистки, которая направлена на качественное улучшение и повышает свойства металла методом химической очистки от примесей.

На данном этапе очистки самородки нагреваются в крупных фарфоровых емкостях, куда добавляется царская водка. Этот процесс позволяет отделить неблагородные металлы, которые растворяются. Но выделяется также и неподдающийся растворению осадок с содержанием других элементов.

Осадки подвергаются фильтрации с последующей повторной обработкой царской водкой. Осмий и иридий, полученные в ходе этого процесса, в дальнейшем используются в промышленности, поэтому извлекаются из котлов.

В результате этих действий платина остается в двух комплексах:

  • H2[PtCl6];
  • (NO) 2[PtCl6].

Во второй комплекс вводится элемент под названием HCl. Именно он переводит (NO) 2[PtCl6] в первый комплекс. Так получается единый комплекс, в который входят палладий, осмий и иридий, относящиеся к благородным металлам. Их необходимо перевести в соединения (Ir3+, Pd2+), на которые не может влиять хлористый аммоний, чтобы элементы не выпали в осадок. Далее раствор изменяется прогревом с серной и щавелевой кислотами.

Читайте так же:
Трубогиб универсальный своими руками

После ввода хлор-аммония платина попадает в осадок в виде гранул золотого цвета. Платина при этом остается в растворе. Извлеченный металл затем очищается нашатырем и просушивается.

Только после такого длительного процесса очистки платина готова к плавке.

При какой температуре плавится

Температурой плавления платины считается °С — 1773,5, однако существуют рекомендации плавки отдельных видов:

СплавыТемпература плавленияПластичностьУдельный весПрочность
Pt850/ Ir1800—1820 °C15%21,5160 HV
Pt900/ Ir1780—1800 °C20%21,5110 HV
Pt950/ Ir1780—1790 °C30%21,4580 HV
Pt 900/ Co30/ Pd701730°C – 1740 °C22%20,4120 HV
Pt850/ Pd1730—1750 °C76 HV
Pt900/ Pd1740—1755 °C22%19,872 HV
Pt950/ Pd1755—1765 °C22%19,868 HV
Pt950/ Co1780—1765 °C20%20,8135 HV
Pt960/ Cu1725—1745 °C29%20,0108 HV
Pt950/ Co/ Cu1750—1760 °C22%20,1120 HV
Pt950/ 15In/ 30Ga1550—1625 °C26%20,22200 HV
Pt950/ Ru1780—1795 °C34%20,7

Какие металлы используются в платиновых сплавах, как они меняют температуру плавления

К платине часто добавляют другие металлы:

  • вольфрам;
  • иридий;
  • кобальт;
  • медь;
  • галлий;
  • палладий;
  • рутений.

Они способные повысить его физические свойства, а также химические особенности. Это позволяет применять сплавы в более широких областях промышленности и науки.

Легирующие компоненты добавляются в платину в температурном диапазоне 1850—1901в градусах Цельсия.

Способы плавления и температура процесса

Для плавки платины используются тигли с футеровкой из оксида циркония, оксида кальция или магнезита. Как раскислитель нужны силикокальций или алюминий.

Иногда плавка ведется в печах из оксида тория. Такая необходимость возникает, когда требуется получить изделия без примесей кальция или магнезита.

Заливку платины ведут с незначительным перегревом расплава и заливают в известковые формы.

От состава сплава зависит и температура процесса (см. таблицу).

Можно ли расплавить платину в домашних условиях

Интересно, есть ли возможность плавки платины в домашних условиях — сразу оговорюсь, что приступать к таким действиям следует в том случае, если вы разбираетесь в теме! Методы самостоятельного плавления кустарны и порой небезопасны.

Получить чистый продукт без примесей в таких условиях практически невозможно, все способы плавки не идеальны. Лучше обратиться за помощью к специалисту.

Необходимое оборудование и материалы

Некоторые любители плавят платину с помощью собранных своими руками газовых горелок с использованием кислородных баллонов, кто-то делает это сварочным аппаратом. Необходим также фарфоровый тигель (горшочек для нагрева).

Подготовка шихты

В целом процесс подготовки не отличается от промышленного, разумеется, в рамках ваших возможностей, которые в условиях дома крайне ограничены.

Процесс плавки

Сплав помещается в тигель и накаляется газовой горелкой, сварочным инвертором или другими самодельными приспособлениями до достижения необходимой температуры.

Получение отливок

Отлитый металл бывает разного вида в зависимости от созданной формочки. Тут играют роль ваши предпочтения. Главное — дать платине остыть и пользоваться инструментами предосторожности.

Как удалить примеси в домашних условиях

Как правило, в домашних условиях сделать это почти невозможно. Напротив, у любителей получается множество примесей в связи с отсутствием опыта и профессионального оборудования.

Необходимо иметь хорошие знания в химии, чтобы суметь отделить нужный металл с помощью растворов.

На этом на сегодня все. Подписывайтесь на обновления в соцсетях и до встречи!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector