Temperatura de topire a metalelor neferoase și feroase. Punctul de topire al metalelor Punctul de topire al fierului

Punctul de topire al fierului este un indicator important al tehnologiei de producție a metalului și a aliajelor acestuia. La topirea materiilor prime, fizice si proprietăți chimice minereu și metal.

Cel mai comun element chimic de pe Pământ.

Proprietățile fizice și chimice ale fierului

• Elementul chimic numărul 26 este cel mai abundent în sistemul solar. Conform cercetărilor, conținutul de fier din nucleul Pământului este de 79–85,5%. În ceea ce privește abundența în scoarța planetei, este al doilea după aluminiu.
• Metalul în forma sa pură este alb cu o tentă argintie și se distinge prin ductilitate. Prezența impurităților îi determină parametrii fizici. Fierul tinde să reacționeze la un magnet.
• Acest element chimic este caracterizat de polimorfism, care apare atunci când este încălzit. Se observă concentrații crescute de metal în zonele cu erupții de rocă. Depozitele industriale se formează ca urmare a proceselor externe și interne care au loc în scoarța terestră.
• Apa râului conține aproximativ 2 mg/l de metal, iar cifra pentru apa de mare este de 100-1000 de ori mai mică.
• Fierul are mai multe stări de oxidare, care îi determină caracteristicile geochimice într-un anumit mediu. În forma sa neutră, metalul se găsește în miezul Pământului.
• Oxidul de fier este forma principală găsită în natură, iar oxidul de fier este situat în partea superioară a scoarței terestre, ca parte a formațiunilor sedimentare.
• Conținutul elementului chimic nr. 26 în minerale cu compoziție instabilă crește odată cu scăderea gradientului de temperatură. Fierberea are loc când este încălzită la + 2861 °C. Căldura specifică de fuziune este de 247,1 KJ/kg.

Exploatarea metalelor

Dintre minereurile care conțin fier, materia primă pt producție industrială sunt:

• hematit;
• goethit;
• magnetit.

Goethit și hidrogoethite formează formațiuni în scoarța de intemperii care au o dimensiune de sute de metri. În zona de raft și lacuri, soluțiile coloidale de minerale formează ooliți (minereuri de fier leguminoase) ca urmare a precipitațiilor.

Pirita și pirotita, minerale de fier care apar pe scară largă în natură, sunt folosite ca materii prime pentru producerea acidului sulfuric.

Mineralele de fier frecvent întâlnite includ, de asemenea:

• siderit;
• lelingita;
• marcasit;
• ilmenit;
• este violent.

Melanteritul mineral, care este cristale verzi fragile cu un luciu sticlos, este utilizat în industria farmaceutica pentru producerea preparatelor care conțin fier.

Principalul zăcământ al acestui metal este situat în Brazilia. Recent, atenția s-a concentrat asupra nodulilor minieri prezenți pe fundul mării care conțin fier și mangan.

Fier de topire

Ce determină punctul de topire al fierului?

Producția de metal implică diverse tehnologii pentru extragerea acestuia din materii prime minereu. Cea mai comună metodă de topire a fierului este metoda furnalului.

Înainte de topirea metalului, acesta este redus într-un cuptor la o temperatură de +2000 °C. Pentru a extrage impuritățile, se adaugă flux, care se descompune atunci când este încălzit la un oxid, urmat de combinarea cu dioxid de siliciu și formarea de zgură.

Pe lângă metoda furnalului, topirea fierului se realizează prin prăjirea minereului zdrobit cu argilă. Amestecul este transformat în pelete și procesat într-un cuptor de reducere a hidrogenului. Topirea în continuare a fierului se realizează în cuptoare electrice.

Producția de aliaje în cuptoare.

Proprietățile unui metal depind de puritatea materialului. Pentru fierul tehnic pur, punctul de topire este de +1539 °C. Sulful este o impuritate dăunătoare. Poate fi extras doar dintr-o soluție lichidă. Materialul chimic pur este obținut prin electroliza sărurilor metalice.

Aliaje metalice

În forma sa pură, acest material este moale, astfel încât carbonul este adăugat în compoziție pentru a crește rezistența.

În metalurgie, aliajele de fier sunt numite metale feroase.

În funcție de componentele aliajului, proprietățile materialelor se modifică. Punctul de topire al fierului se modifică și în prezența componentelor din aliaj.

Căldura specifică de topire a oțelului este de 84 kJ. Acest indicator înseamnă că, la temperatura de topire a oțelului, este nevoie de 84 kJ de energie pentru a transfera 1 kg de aliaj dintr-o stare cristalină în stare lichidă.

Compușii diferitelor metale formează aliaje. Căldura specifică de fuziune fontă este 96–140 kJ. Fonta conține până la 4% carbon, 1,5% mangan, până la 4,5% siliciu și impurități sub formă de sulf și fosfor. Există aliaje albe și gri.

În alb, o parte din carbon se află în compusul de carbură de fier. Acest aliaj este fragil și dur. Este destinat fabricării de structuri și piese.

Un aliaj gri care conține carbon sub formă de grafit, este ușor de prelucrat. Fonta brută este topită din minereu de fier în furnalele înalte. Topirea minereului este însoțită reacție de recuperare fier din oxizi de carbon.

Majoritatea substanțelor se pot topi cu volumul crescând atunci când sunt încălzite. Pentru fonta cu un volum de 1000 cm³, această cifră este de 988–994 cm³.

Fonta este o materie primă pentru producția de oțel, caracterizată prin conținut de carbon (nu mai mare de 2,14%).

De compozitia chimica distinge oțelul:

• aliat;
• carbon

Oțelul carbon conține impurități de sulf, fosfor și siliciu. Se caracterizează prin proprietăți electrice scăzute, rezistență scăzută și este ușor susceptibil la coroziune.

Prezența aditivilor din aliaj conferă oțelului noi proprietăți tehnice. Următoarele sunt utilizate ca componente suplimentare:

• molibden;
• nichel;
• tungsten;
• crom;
• vanadiu.

Oțelul înalt aliat nu conține mai mult de 10% aditivi. Aliajul este durabil. Tehnologia de producere a oțelului din fontă ne permite să obținem material de înaltă calitate pentru producerea:

Oțelul este folosit ca materie primă în diverse industrii. Fără el, este imposibil să ne imaginăm producția de avioane, construcțiile navale, industria auto și multe alte domenii de producție.

Punctul de topire al unui metal este temperatura minimă la care acesta trece de la solid la lichid. La topire, volumul său practic nu se schimbă. Metalele sunt clasificate după punctul de topire în funcție de gradul de încălzire.

Metale cu punct de topire scăzut

Metalele cu punct de topire scăzut au un punct de topire sub 600°C. Acestea sunt zinc, staniu, bismut. Astfel de metale pot fi topite prin încălzirea lor pe aragaz sau folosind un fier de lipit. Metalele cu punct de topire scăzut sunt folosite în electronică și tehnologie pentru a conecta elemente metalice și fire pentru mișcare curent electric. Temperatura este de 232 de grade, iar zincul de 419.

Metale cu topire medie

Metalele cu topire medie încep să se transforme din solid în lichid la temperaturi de la 600°C la 1600°C. Acestea sunt folosite pentru a face plăci, armături, blocuri și alte structuri metalice potrivite pentru construcție. Acest grup de metale include fier, cupru, aluminiu și, de asemenea, fac parte din multe aliaje. Cuprul este adăugat aliajelor metale pretioase precum aur, argint, platină. Aurul 750 este format din metale aliaje de 25%, inclusiv cupru, care îi conferă o nuanță roșiatică. Punctul de topire al acestui material este de 1084 °C. Iar aluminiul începe să se topească la o temperatură relativ scăzută de 660 de grade Celsius. Acesta este un metal ușor, ductil și ieftin, care nu se oxidează și nu ruginește, prin urmare este utilizat pe scară largă la fabricarea de veselă. Temperatura este de 1539 de grade. Acesta este unul dintre cele mai populare și mai accesibile metale, utilizarea sa este larg răspândită în industria construcțiilor și auto. Dar, datorită faptului că fierul este supus coroziunii, acesta trebuie prelucrat suplimentar și acoperit cu un strat protector de vopsea, ulei de uscare sau împiedică pătrunderea umezelii.

Metale refractare

Temperatura metalelor refractare este peste 1600°C. Acestea sunt wolfram, titan, platină, crom și altele. Sunt folosite ca surse de lumină, piese de mașini, lubrifianți și în industria nucleară. Sunt folosite pentru a face fire, fire de înaltă tensiune și sunt folosite pentru a topi alte metale cu un punct de topire mai scăzut. Platina începe să treacă de la solid la lichid la o temperatură de 1769 de grade, iar wolfram la o temperatură de 3420°C.

Mercurul este singurul metal care se află în stare lichidă la conditii normale, și anume, normal presiunea atmosferică si temperatura medie mediu. Punctul de topire al mercurului este minus 39°C. Acest metal și vaporii săi sunt otrăvitori, așa că este folosit doar în recipiente închise sau în laboratoare. O utilizare comună a mercurului este ca termometru pentru măsurarea temperaturii corpului.

Tabelul arată punctul de topire al metalelor t pl , punctul lor de fierbere t la la presiunea atmosferică, densitatea metalelor ρ la 25°C și conductivitate termică λ la 27°C.

Punctul de topire al metalelor, precum și densitatea și conductibilitatea termică ale acestora sunt date în tabel pentru următoarele metale: actiniu Ac, argint Ag, aur Au, bariu Ba, beriliu Be, calciu Ca, cadmiu Cd, cobalt Co, crom Cr , cesiu Cs, galiu Ga, hafniu Hf, mercur Hg, indiu In, iridiu Ir, potasiu K, litiu Li, neptuniu Np, osmiu Os, protactiniu Pa, plumb Pb, paladiu Pd, poloniu Po, plutoniu Pu, radiu Ra, rubidiu Pb, reniu Re, rodiu Rh, ruteniu Ru, antimoniu Sb, stronțiu Sr, tantal Ta, tehnețiu Tc, toriu Th, taliu Tl, uraniu U, vanadiu V, zinc Zn, zirconiu Zr.

Conform tabelului, se poate observa că punctul de topire al metalelor variază într-un interval larg (de la -38,83°C pentru wolfram până la 3422°C). Metale precum litiu (18,05°C), cesiu (28,44°C), rubidiu (39,3°C) și alte metale alcaline au un punct de topire pozitiv scăzut.

Cele mai refractare metale sunt: hafniu, iridiu, molibden, niobiu, osmiu, reniu, ruteniu, tantal, tehnetiu, wolfram. Punctul de topire al acestor metale este peste 2000°C.

Să dăm exemple de punct de topire al metalelor, utilizat pe scară largă în industrie și în viața de zi cu zi:

• punctul de topire al aluminiului 660,32 °C;
• punctul de topire a cuprului 1084,62 °C;
• punctul de topire al plumbului 327,46 °C;
• punctul de topire a aurului 1064,18 °C;
• punctul de topire al staniului 231,93 °C;
• punctul de topire al argintului este de 961,78 °C;
• Punctul de topire al mercurului este de -38,83°C.

Reniul Re are punctul maxim de fierbere al metalelor prezentate în tabel - este de 5596°C. De asemenea, metalele aparținând grupului cu punct de topire ridicat au puncte de fierbere ridicate.

În tabel, acesta variază de la 0,534 la 22,59, adică cel mai ușor metal este , iar cel mai greu metal este osmiul. Trebuie remarcat faptul că osmiul are o densitate mai mare decât plutoniul la temperatura camerei.

Tabelul variază de la 6,3 la 427 W/(m grade), astfel cel mai prost conductor de căldură este un metal precum neptuniul, iar cel mai bun metal conducător de căldură este argintul.

Punctul de topire al oțelului

Este prezentat un tabel cu valorile temperaturii de topire pentru clasele comune de oțel. Sunt considerate oțeluri pentru turnare, oțeluri structurale, rezistente la căldură, carbon și alte clase de oțeluri.

Punctul de topire al oțelului variază între 1350 și 1535°C. Otelurile din tabel sunt dispuse in ordinea cresterii punctului de topire.

Punctul de topire al oțelului - masă

Oţel	t pl, °С	Oţel	t pl, °С
Oțeluri pentru turnare Х28Л și Х34Л	1350	Rezistent la coroziune rezistent la căldură 12Х18Н9Т	1425
Oțel structural 12Х18Н10Т	1400	Înalt aliaj rezistent la căldură 20Х23Н13	1440
Înalt aliaj rezistent la căldură 20Х20Н14С2	1400	Înalt aliaj rezistent la căldură 40Х10С2М	1480
Înalt aliaj rezistent la căldură 20Х25Н20С2	1400	Oțel rezistent la coroziune X25S3N (EI261)	1480
Oțel structural 12Х18Н10	1410	Înalt aliaj rezistent la căldură 40Х9С2 (ESKH8)	1480
Rezistent la coroziune rezistent la căldură 12Х18Н9	1410	Rezistent la coroziune obișnuit 95Х18…15Х28	1500
Oțel rezistent la căldură Х20Н35	1410	Rezistent la coroziune rezistent la căldură 15Х25Т (EI439)	1500
Aliaj rezistent la căldură 20Х23Н18 (ЭИ417)	1415	Oțeluri carbon	1535

Surse:

1. Volkov A. I., Zharsky I. M. Bolșoi carte de referință chimică. - M: Şcoala Sovietică, 2005. - 608 p.
2. Mărimi fizice. Director. A. P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M. Bratkovsky și alții; Ed. I. S. Grigorieva, E. Z. Meilikhova. - M.: Energoatomizdat, 1991. - 1232 p.

În care rețeaua cristalină a metalului este distrusă și trece din starea solidă în starea lichidă.

Punctul de topire al metalelor este un indicator al temperaturii metalului încălzit, la atingerea căreia începe procesul (topirea). Procesul în sine este inversul cristalizării și este indisolubil legat de acesta. Pentru a topi metalul? trebuie încălzit folosind sursă externăîncălziți până la temperatura de topire și apoi continuați să adăugați căldură pentru a depăși energia tranziției de fază. Faptul este că însăși valoarea punctului de topire al metalelor indică temperatura la care materialul va fi în echilibru de fază, la limita dintre lichid și corp solid. La această temperatură, metalul pur poate exista simultan atât în ​​stare solidă, cât și în stare lichidă. Pentru a efectua procesul de topire, este necesar să supraîncălziți metalul puțin peste temperatura de echilibru pentru a oferi un potențial termodinamic pozitiv. Dați un fel de impuls procesului.

Punctul de topire al metalelor este constant doar pentru substanțe pure. Prezența impurităților va schimba potențialul de echilibru într-o direcție sau alta. Acest lucru se întâmplă deoarece un metal cu impurități formează o rețea cristalină diferită, iar forțele de interacțiune dintre atomi din ele vor diferi de cele prezente în materialele pure În funcție de punctul de topire, metalele sunt împărțite în cele cu punct de topire scăzut (până la 600 °. C, cum ar fi galiu, mercur), cu topire medie (600-1600°C, cupru, aluminiu) și refractar (>1600°C, wolfram, molibden).

ÎN lumea modernă Metalele pure sunt rareori folosite din cauza faptului că au o gamă limitată de proprietăți fizice. Industria a folosit de mult și pe scară largă diverse combinații de metale - aliaje, ale căror varietăți și caracteristici sunt mult mai mari. Punctul de topire al metalelor incluse în compoziție diferite aliaje, vor diferi de asemenea de punctul de topire al aliajului lor. Concentrațiile diferite de substanțe determină ordinea de topire sau cristalizare a acestora. Există însă concentrații de echilibru la care metalele care compun aliajul se solidifică sau se topesc simultan, adică se comportă ca un material omogen. Astfel de aliaje sunt numite eutectice.

Cunoașterea punctului de topire este foarte importantă atunci când se lucrează cu metal, această valoare este necesară atât în ​​producție, pentru calcularea parametrilor aliajelor, cât și în timpul funcționării produse metalice, când temperatura de tranziție de fază a materialului din care este fabricat produsul determină restricțiile de utilizare a acestuia. Pentru comoditate, aceste date sunt combinate într-o singură topire a metalelor - un rezultat rezumat al studiilor fizice ale caracteristicilor diferitelor metale. Există și tabele similare pentru aliaje. De asemenea, punctul de topire al metalelor depinde în mod semnificativ de presiune, astfel încât datele din tabel sunt relevante pentru o anumită valoare a presiunii (de obicei, acestea sunt condiții normale când presiunea este de 101,325 kPa). Cu cât presiunea este mai mare, cu atât este mai mare punctul de topire și invers.

Aproape toate metalele sunt solide în condiții normale. Dar la anumite temperaturi își pot schimba starea de agregare și devin lichide. Să aflăm care este cel mai înalt punct de topire al metalului? Care este cel mai mic?

Punctul de topire al metalelor

Majoritatea elementelor din tabelul periodic sunt metale. În prezent, sunt aproximativ 96 dintre ei conditii diferite a se transforma in lichid.

Pragul de încălzire al substanțelor cristaline solide, peste care devin lichide, se numește punct de topire. Pentru metale variază în câteva mii de grade. Multe dintre ele se transformă în lichid la căldură relativ mare. Acest lucru le face un material comun pentru a face oale, tigăi și alte ustensile de bucătărie.

Argintul (962 °C), aluminiu (660,32 °C), aurul (1064,18 °C), nichel (1455 °C), platina (1772 °C), etc. au puncte medii de topire. Există, de asemenea, un grup de metale refractare și cu punct de topire scăzut. Primul are nevoie de mai mult de 2000 de grade Celsius pentru a se transforma în lichid, al doilea are nevoie de mai puțin de 500 de grade.

Metalele cu punct de topire scăzut includ de obicei staniu (232 °C), zinc (419 °C) și plumb (327 °C). Cu toate acestea, unele dintre ele pot avea temperaturi și mai scăzute. De exemplu, franciul și galiul se topesc în mână, dar cesiul poate fi încălzit doar într-o fiolă, deoarece se aprinde cu oxigen.

Cele mai scăzute și mai ridicate temperaturi de topire ale metalelor sunt prezentate în tabel:

Tungsten

Metalul de tungsten are cel mai înalt punct de topire. Doar carbonul nemetalic se clasează mai sus în acest indicator. Tungstenul este o substanță strălucitoare de culoare gri deschis, foarte densă și grea. Fierbe la 5555 °C, care este aproape egală cu temperatura fotosferei Soarelui.

În condiții de cameră, reacționează slab cu oxigenul și nu se corodează. În ciuda refractarității sale, este destul de ductil și poate fi forjat chiar și atunci când este încălzit la 1600 °C. Aceste proprietăți ale wolframului sunt folosite pentru filamentele incandescente din lămpi și tuburi de imagine, electrozi pentru sudare. Majoritatea metalului extras este aliat cu oțel pentru a crește rezistența și duritatea acestuia.

Tungstenul este utilizat pe scară largă în sfera militară și în tehnologie. Este indispensabil pentru fabricarea muniției, blindajelor, motoarelor și a celor mai importante părți ale vehiculelor și aeronavelor militare. De asemenea, este folosit pentru a face instrumente chirurgicale, cutii de depozitare substanțe radioactive.

Mercur

Mercurul este singurul metal al cărui punct de topire este minus. În plus, este unul dintre cele două elemente chimice ale căror substanțe simple, în condiții normale, există sub formă de lichide. Interesant este că metalul fierbe când este încălzit la 356,73 °C, iar acesta este mult mai mare decât punctul său de topire.

Are o culoare alb-argintiu și o strălucire pronunțată. Se evaporă deja în condiții de cameră, condensându-se în bile mici. Metalul este foarte toxic. Se poate acumula în organele interne oameni, provocând boli ale creierului, splinei, rinichilor și ficatului.

Mercurul este unul dintre primele șapte metale despre care a învățat omul. În Evul Mediu era considerat principalul element alchimic. În ciuda toxicității sale, a fost folosit cândva în medicină ca parte a obturațiilor dentare și, de asemenea, ca leac pentru sifilis. În zilele noastre, mercurul a fost aproape complet eliminat din preparatele medicale, dar este utilizat pe scară largă în instrumente de măsurare(barometre, manometre), pentru fabricarea lămpilor, întrerupătoarelor, soneriei.

Aliaje

Pentru a modifica proprietățile unui anumit metal, acesta este aliat cu alte substanțe. Astfel, nu numai că poate dobândi o densitate și o rezistență mai mare, ci și să reducă sau să mărească punctul de topire.

Un aliaj poate consta din două sau mai multe elemente chimice, dar cel puțin unul dintre ele trebuie să fie un metal. Astfel de „amestecuri” sunt foarte des folosite în industrie, deoarece fac posibilă obținerea exactă a calităților materialelor necesare.

Punctul de topire al metalelor și aliajelor depinde de puritatea primelor, precum și de proporțiile și compoziția celor din urmă. Pentru a obține aliaje cu punct de topire scăzut, cel mai des se folosesc plumbul, mercurul, taliul, staniul, cadmiul și indiul. Cele care conțin mercur se numesc amalgame. Un compus de sodiu, potasiu și cesiu într-un raport de 12%/47%/41% devine lichid deja la minus 78 °C, un amalgam de mercur și taliu - la minus 61 °C. Cel mai refractar material este un aliaj de carburi de tantal și hafniu în proporții 1:1, cu un punct de topire de 4115 °C.