Температура плавления металлов. Самый тугоплавкий и легкоплавкий металл

Температура плавления металлов

Большая часть элементов периодической таблицы относится к металлам. В настоящее время их насчитывается примерно 96. Всем им необходимы разные условия, чтобы превратиться в жидкость.

Порог нагревания твердых кристаллических веществ, превысив который они становятся жидкими, называется температурой плавления. У металлов она колеблется в пределах нескольких тысяч градусов. Многие из них переходят в жидкость при относительно большом нагревании. Благодаря этому они являются распространенным материалом для производства кастрюль, сковородок и других кухонных приборов.

Средние температуры плавления имеют серебро (962 °С), алюминий (660,32 °С), золото (1064,18 °С), никель (1455 °С), платина (1772 °С) и т.д. Выделяют также группу тугоплавких и легкоплавких металлов. Первым, чтобы превратиться в жидкость, нужно больше 2000 градусов Цельсия, вторым – меньше 500 градусов.

К легкоплавким металлам обычно относят олово (232 °C), цинк (419 °C), свинец (327 °C). Однако у некоторых из них температуры могут быть еще ниже. Например, франций и галлий плавятся уже в руке, а цезий можно греть только в ампуле, ведь от кислорода он воспламеняется.

Самые низкие и высокие температуры плавления металлов представлены в таблице:

Рекорды в науке и технике. Частицы и вещества

Всё известное вещество на Земле и за ее пределами состоит из химических элементов. Подсчитано, что в известной нам Вселенной имеется 1087 электронов.

Общее количество встречающихся в природе элементов – 94.

При нормальной температуре 2 из них находятся в жидком состоянии, 11 – в газообразном и 81 (включая 72 металла) – в твёрдом.

Так называемым «четвёртым состоянием материи» является плазма, состояние, при котором отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы находятся в постоянном движении.

Самая легкая и самая массивная элементарные частицы

К апрелю 1988 г. науке было известно о существовании 31 стабильной частицы, 64 мезонных мультиплетных резонансов и 52 барионных мультиплетных резонансов, что в итоге может привести к открытию 247 элементарных частиц, а также равного числа античастиц.

Наиболее массивной из общепринятых частиц является нейтральный промежуточный векторный бозон Z0 массой 92,4 ГэВ, впервые открытый в мае 1983 г.

лабораторией UA-1 Европейской организации ядерных исследований (CERN), Женева, Швейцария, работавшей на протон-антипротонном коллайдере SPS (протонный синхротрон на сверхвысокую энергию) с энергией пучка 540 ГэВ.

Самым массивным адроном считается σ-мезонный резонанс (6S) (масса равна 11,02 ГэВ, время жизни – 8,3·10–24 с), coстоящий из красивого кварка (b-кварка) или нижнего кварка (d-кварка) и его антикварка.

Он был впервые обнаружен двумя группами, работавшими на электронном накопительном кольце Корнельского университета, Итака, штат Нью-Йорк, США.

Согласно современной теории элементарных частиц, масса гравитона, фотона и нейтрино должна быть равна нулю.

По оценкам, соответствующим различным космологическим теориям, верхние пределы массы этих частиц составляют 7,6·10–67 г для гравитона, 5,3·10–60 г для фотона и 3,2·10–32 г для нейтрино (ср. масса электрона равна 9,10939·10–28 г).

Наиболее и наименее стабильные

Из «теории великого объединения», описывающей слабые, электромагнитные и сильные взаимодействия, следует, что протон нестабилен. Однако, согласно результатам экспериментов, опубликованным в 1986 г.

, время жизни протона в случае наиболее вероятного способа его распада (на позитрон и нейтральный пион) имеет нижний предел в 3,1·1032 лет, что в 40 с лишним раз больше максимального срока жизни, предсказываемого теорией.

Наиболее нестабильными или самыми короткоживущими частицами являются два барионных резонанса N (2220) и N (2600), время жизни которых составляет 1,6·10–24 с, тогда как теоретически предсказанное время жизни промежуточных векторных бозонов W± и Z0 составляет 2,6·10–25 с.

Новейшие частицы

Новейшими частицами являются χ-мезонные резонансы (2Р), об открытии которых объявила в 1987 г. объединённая группа Колумбийского и Нью-Йоркского (г. Стони-Брук, штат Нью-Йорк, США) университетов.

Ученые использовали электронные накопительные кольца Корнельского университета, Итака, штат Нью-Йорк, США.

Мезоны состоят из b-кварка и его антикварка и имеют массу 10,235 ГэВ (χb0), 10,255 ГэВ (χb1) и 10,269 ГэВ (χb2).

Наиболее зловонное вещество

Самыми дурно пахнущими из 17 тыс.

зарегистрированных до сих пор в мире веществ являются, хотя это, возможно, субъективно, этилмеркаптан (C2H5SH) и бутилселеномеркаптан (C4H9SeH).

Запах каждого из них напоминает смесь запахов гниющей капусты, чеснока, лука, подгоревших тостов и канализационных газов.

Самые дорогие духи

Розничная цена духов определяется скорее рекламными соображениями, а не стоимостью компонентов и упаковки.

Чикагская начала продавать с марта 1984 г.

одеколон под названием «Андрон», содержащий следовые концентрации аттрактанта феромона андростенола, по цене 97 долл. за 1 г.

Самый сильный яд

Болезнь риккетсиоз, или Ку-лихорадка, может быть вызвана единственным микроорганизмом. Однако только в одном случае из тысячи она приводит к смерти.

Около 10 микроорганизмов Francisella tularenesis (ранее Pasteurella tularenesis) могут вызвать заболевание туляремией, называемой по-разному: щелочной болезнью, болезнью Франсиса или «лихорадкой от оленьей мухи». Она вызывает смерть в 10 случаях из тысячи.

Самый сильный нервно-паралитический газ

Газ VX в 300 раз токсичнее фосгена (СОСl2), использовавшегося во время первой мировой войны. Он создан в Экспериментальных лабораториях химической защиты, Портон-Даун, Великобритания, в 1952 г.

Заявки на патент были поданы в 1962 г. и опубликованы только в феврале 1974 г. В них значилось, что этим веществом является этил-S-2-диисопропиламиноэтилметилфосфонотилат.

Летальная доза равна 10 мг·мин/м3 в воздухе или 0,3 мг внутрь.

Самый сильный абсорбент

18 августа 1974 г.

исследовательская служба Министерства сельского хозяйства США объявила о создании суперабсорбента «H-span», в состав которого входят 50% производного крахмала и по 25% акриламида и акриловой кислоты. После обработки железом абсорбент в состоянии поглотить массу воды, в 1300 раз большую его собственной массы.

Самый мелкий порошок

Пределом измельчения является твёрдый гелий, который, как было установлено еще в 1964 г., должен представлять собой моноатомный порошок.

Самое ядовитое искусственное вещество

TCDD, или 2, 3, 7, 8-тетрахлородибензо-п-диоксин, открытый в 1872 г., смертелен в концентрации 3,1·10–9 моль/кг, что в 150 тыс. раз сильнее аналогичной дозы цианида.

Самое тугоплавкое вещество

Карбид тантала ТаС0-88 плавится при температуре 3990°С.

Вещество с наименьшей плотностью

Веществом с наименьшей плотностью являются кремниевые аэрогели, в которых сферы связанных атомов кремния и кислорода образуют разделённые воздушными прослойками длинные пряди. В феврале 1990 г. в Национальной лаборатории им.

Лоуренса, Ливермор, штат Калифорния, США, был получен самый легкий из таких аэрогелей с плотностью всего 0,005 г/см3.

Это вещество предполагается использовать в космических исследованиях при сборе микрометеоритов, присутствующих в хвостах комет.

Вещество с самой высокой температурой сверхпроводимости

В марте 1988 г. в Исследовательском центре компании ИБМ в Сан-Хосе, штат Калифорния, США, при температуре –148°С было получено явление сверхпроводимости. Проводником служила смесь оксидов таллия, кальция, бария и меди – Тl2Са2Ва2Сu3Оx

.

Самое сладкое вещество

Талин, полученный из шелухи катемфе (Thaumatococcus Daniellii), обнаруженного в Западной Африке, в 6150 раз слаще 1%-ного раствора сахарозы.

Самое горькое вещество

Горький вкус вилекса (denatonium benzoate) ощущается при растворении одной его части в 100 миллионах частей раствора.

Ранее опубликовано:

Книга рекордов Гиннеса, 1998 г.

3 февраля 2002 года

Электронная версия:

© НиТ. Cтатьи, 1997

Источник: https://n-t.ru/tp/in/rnt01.htm

Вольфрам

Самая высокая температура плавления — у металла вольфрама. Выше него по этому показателю стоит только неметалл углерод. Вольфрам представляет собой светло-серое блестящее вещество, очень плотное и тяжелое. Он кипит при 5555 °C, что почти приравнивается к температуре фотосферы Солнца.

При комнатных условиях он слабо реагирует с кислородом и не подвергается коррозии. Несмотря на свою тугоплавкость, он довольно пластичен и поддается ковке уже при нагревании до 1600 °C. Эти свойства вольфрама используют для нитей накаливания в лампах и кинескопах электродов для сварки. Большую часть добытого металла сплавляют со сталью, чтобы повысить ее прочность и твердость.

Широкое применение вольфрам имеет в военной сфере и технике. Он незаменим для изготовления боеприпасов, брони, двигателей и наиболее важных частей военного транспорта и самолетов. Из него также делают хирургические инструменты, ящики для хранения радиоактивных веществ.

Самый тугоплавкий металл на земле

Любознательных людей наверняка интересует вопрос, какой металл самый тугоплавкий? Прежде чем дать на него ответ, стоит разобраться с сами понятием тугоплавкости.

Все известные науки металлы имеют разную температуру плавления в связи с различной степенью устойчивости связей между атомами в кристаллической решетке.

Чем слабее эта связь, тем меньшая температура требуется, чтобы ее разорвать.

Самые тугоплавкие металлы в мире используются в чистом виде или в составе сплавов для производства деталей, которые работают в экстремальных термических условиях.

Они позволяют эффективно противостоять высоким температурам и значительно продляют эксплуатационный период агрегатов.

Но стойкость металлов данной группы к термическому воздействию заставляет металлургов прибегать к нестандартным методам их производства.

Какой металл самый тугоплавкий?

Самый тугоплавкий металл на Земле был открыт в 1781 году шведским ученым Карлом Вильгельмом Шееле. Новый материал получил название вольфрам. Шееле удалось синтезировать триокись вольфрама путем растворения руды в азотной кислоте.

Чистый металл был выделен двумя годами позже испанскими химиками Фаусто Фермином и Хуаном Хосе де Элюар. Новый элемент не сразу получил признание и был взят на вооружение промышленниками.

Дело в том, что технологии того времени не позволяли обрабатывать столь тугоплавкое вещество, поэтому большинство современников не придали особого значения научному открытию.

Вольфрам был оценен гораздо позже. На сегодняшний день его сплавы используются при производстве термостойких деталей для различных отраслей промышленности. Нить накаливания в газоразрядных бытовых лампах также изготавливается из вольфрама.

Также он применяется в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел, используется в качестве многоразовых электродов в газодуговой сварке.

Кроме тугоплавкости вольфрам также обладает высокой плотностью, что позволяет использовать его для изготовления высококачественных клюшек для гольфа.

Соединения вольфрама с неметаллами также широко применяется в промышленности.

Так сульфид используется в качестве термостойкой смазки, способной переносить температуры до 500 градусов по Цельсию, карбид служит для изготовления резцов, абразивных дисков и сверл, способных обрабатывать самые твердые вещества и переносить высокие температуры нагрева. Рассмотрим, наконец, промышленное получение вольфрама. Самый тугоплавкий металл имеет температуру плавления 3422 градуса по Цельсию.

Как получают вольфрам?

В природе чистый вольфрам не встречается. Он входит в состав горных пород в виде триоксида, а также вольфрамитов железа, марганца и кальция, реже меди или свинца. По оценкам ученых содержание вольфрама в земной коре в среднем составляет 1,3 грамма на одну тонну.

Это достаточно редкий элемент по сравнению с другими видами металлов. вольфрама в руде после добычи обычно не превышает 2%.

Поэтому добытое сырье отправляется на обогатительные фабрики, где методом магнитной или электростатической сепарации массовая доля металла доводится до отметки 55-60%.

Процесс его получения разделяется на технологические этапы. На первом этапе выделяют чистый триоксид из добытой руды. Для этого используют метод термического разложения.

При температурах от 500 до 800 градусов по Цельсию все лишние элементы расплавляются, а тугоплавкий вольфрам в виде оксида легко можно собрать из расплава.

На выходе получается сырье с содержанием оксида шестивалентного вольфрама на уровне 99%.

Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка.

Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию.

После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.

Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки.

Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла.

Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.

Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.

Ртуть

Ртуть — единственный металл, температура плавления которого имеет минусовое значение. К тому же это один из двух химических элементов, простые вещества которых при нормальных условиях, существуют в виде жидкостей. Интересно, что кипит металл при нагревании до 356,73 °C, а это намного выше температуры его плавления.

Имеет серебристо-белый цвет и ярко выраженный блеск. Она испаряется уже при комнатных условиях, конденсируясь в небольшие шарики. Металл очень токсичен. Он способен накапливается во внутренних органах человека, вызывая болезни головного мозга, селезенки, почек и печени.

Ртуть – один из семи первых металлов, о которых узнал человек. В Средние века она считалась главным алхимическим элементом. Несмотря на ядовитость, когда-то ее применяли в медицине в составе зубных пломб, а также как лекарство от сифилиса. Сейчас ртуть почти полностью исключили из медицинских препаратов, но широко используют ее в измерительных приборах (барометрах, манометрах), для изготовления ламп, переключателей, дверных звонков.

Использование самого легкоплавкого металла в быту

Несмотря на токсичность, человечество до сих пор не может отказаться от ртути.

Хорошая электропроводимость делает ее незаменимой в энергосберегающих лампах, паровых турбинах, вакуумных и диффузных насосах. Умение реагировать на малейшие колебания температуры и давления используется в барометрах и термометрах.

Ртутные градусники

Батарейки, энергосберегающие лампы, аккумуляторы, контакты выключателей — везде содержится этот высокоионизированный металл. В градуснике находится от 1 до 2 гр этого металла (в стандартных российских 1 гр). Но и эти несколько граммов полностью испарятся из помещения только в течение 20 лет. При концентрации менее 0,25 мг\м3 ртуть оседает в легких. При более высоких дозах организм начинает впитывать яд через кожу. Мужчины менее чувствительны к парам, чем дети и женщины.

Энергосберегающие лампы

Вы можете найти ртуть в холодильнике, стиральной машине и кондиционере. Сельское хозяйство чаще всего использует соли ртути в составе пестицидов. Взрывчатка содержит фульминат ртути, антисептики — сульфат.

Фульминат ртути (взрывчатое вещество)

Не могут отказаться от ртути при окрашивании бортов корабля. Морские микроорганизмы всегда селятся там и существенно разрушают обшивку. Только краска на основе «серебряной воды» помогает сохранить судно.

Человечество с самых древних времен использовало ртуть для добычи из руды драгоценных металлов. Ртуть создает сплавы со всеми металлами (амальгамация) и только благодаря ей добыча серебра и золота в Мексике конкистадорами, начиная XVI века, достигла таких впечатляющих размеров и изменила весь мир.

Добыча золота ртутью

Никогда ртуть не транспортируют в самолетах, причем дело не в токсичности. Ртуть хорошо вступает в контакт со всеми металлами, делая их ломкими. Особенно это касается алюминиевых сплавов — случайная авария может повредить самолет.

Сплавы

Чтобы изменить свойства того или иного металла, его сплавляют с другими веществами. Так, он может не только приобрести большую плотность, прочность, но и снизить или повысить температуру плавления.

Сплав может состоять из двух или больше химических элементов, но хотя бы один из них должен быть металлом. Такие «смеси» очень часто используют в промышленности, ведь они позволяют получить именно те качества материалов, которые необходимы.

Температура плавления металлов и сплавов зависит от чистоты первых, а также от пропорций и состава вторых. Для получения легкоплавких сплавов чаще всего используют свинец, ртуть, таллий, олово, кадмий, индий. Те, в составе которых находится ртуть, называются амальгамами. Соединение натрия, калия и цезия в соотношении 12%/47%/41% становится жидкостью уже при минус 78 °C , амальгама ртути и таллия — при минус 61°C. Самым тугоплавким материалом является сплав тантала и карбидов гафния в пропорциях 1:1 с температурой плавления 4115 °C.

Характеристики самого плотного металла

Ученые сошлись во мнении, что, несмотря на практически одинаковую плотность, иридий совсем чуть-чуть уступает самому тяжелому металлу. Однако полностью физико-химические свойства этих двух элементов пока не изучены.

Редкостью и трудозатратностью добычи обусловлена стоимость осмия – в среднем от $15 000 за грамм. Он внесен в группу платиновых и условно считается благородным, однако название металла противоречит статусу: по-гречески «осме» значит «запах». Из-за высокой химической активности осмий пахнет смесью чеснока или редьки с хлором.

Застывая из расплава, осмий образует красивые кристаллы с интересным сине- или серебристо-голубым отливом. Но, несмотря на красоту, для изготовления драгоценных аксессуаров он не подходит, так как не обладает свойствами, необходимыми ювелирам: ковкостью и пластичностью.

Элемент ценен только из-за особой прочности. Сплавы, в которые добавляют совсем малые дозы самого тяжелого металла, становятся невероятно износостойкими. Обычно им покрывают узлы, подвергающиеся постоянному трению.

История открытия

1803—1804 годы стали для самого тяжелого металла поворотными: именно в это время его открытие проходило практически в условиях соревнований.

Сначала английский химик Смитсон Теннант и его ассистент Уильям Хайд Уолластон, совершившие не одно важное открытие, обнаружили в процессе эксперимента с платиновыми рудами и азотной и соляной кислотами необычный осадок с характерным запахом и поделились своей находкой с другими. Далее эстафету перехватили французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен и на основе предыдущих и своих собственных исследований заявили об обнаружении нового элемента. Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым

Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым

Далее эстафету перехватили французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен и на основе предыдущих и своих собственных исследований заявили об обнаружении нового элемента. Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым.

Однако и Теннант не спал: он продолжал свои исследования и не упускал из виду опыты французов. В итоге Смитсон добился более конкретных результатов и в официальном документе, отправленном Лондонскому королевскому обществу, указал, что разделил птен на два родственных элемента: иридий («радуга») и осмий («запах»).

Где применяют

Список сфер применения довольно обширен: авиация, военная и ракетная техника, аэрокосмическая промышленность, медицина. Хотя производители оружия уже задумываются, чем можно заменить самый тяжелый в мире металл, так как осмий слишком трудно обрабатывать.

Почти половина мировых запасов самого тяжелого металла отдана на нужды химической промышленности. Им окрашивают живые ткани под микроскопом, обеспечивая их сохранность. Кроме того, его применяют как краситель при росписи фарфора.

Изотопы самого тяжелого металла используют для изготовления тары для хранения ядерных отходов.

Места природного залегания

В чистом виде осмий обнаружить практически нереально. Обычно этот тяжелый элемент встречается в соединении с иридием. Вещество содержится в месторождениях платиновых руд и на месте падения или в самих попавших на Землю метеоритах.