Metalların fiziki xassələri. Əlvan metalların əridilməsi üsulları: ərimə nöqtəsi, sıxlıq və xüsusi həcm

Bəzi metalların sıxlığı və ərimə nöqtəsi.

Metallar üçün aşağıdakı xüsusiyyətlər ən xarakterikdir:
*metal parıltı
*sərtlik,
*plastik,
* çeviklik,
*istilik və elektrikin yaxşı keçiriciliyi.

Bütün metalların metal kristal qəfəsləri var:
onun düyünlərində müsbət yüklü ionlar yerləşir və elektronlar onların arasında sərbəst hərəkət edir.
Sərbəst elektronların olması yüksək elektrik və istilik keçiriciliyini, həmçinin emal olunma qabiliyyətini izah edir.

Metallar seriyasında istilik keçiriciliyi və elektrik keçiriciliyi azalır:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Bütün metallar iki böyük qrupa bölünür:

Qara metallar
Tünd boz rəngə, yüksək sıxlığa, yüksək ərimə nöqtəsinə və nisbətən yüksək sərtliyə malikdirlər.
Dəmir qara metalların tipik nümayəndəsidir.

Əlvan metallar
Onlar xarakterik bir rəngə malikdirlər: qırmızı, sarı, ağ; yüksək plastikliyə, aşağı sərtliyə, nisbətən aşağı ərimə nöqtəsinə malikdir.
Əlvan metalların tipik nümayəndəsi misdir.

Sıxlığına görə metallar aşağıdakılara bölünür:
*Ağciyərlər(sıxlıq 5 q/sm-dən çox deyil)
Yüngül metallara aşağıdakılar daxildir: litium, natrium, kalium, maqnezium, kalsium, sezium, alüminium, barium.
Ən yüngül metal litium 1l, sıxlığı 0,534 q/sm3-dür.
*Ağır(sıxlıq 5 q/sm3-dən çox).
Ağır metallara daxildir: sink, mis, dəmir, qalay, qurğuşun, gümüş, qızıl, civə və s.
Ən ağır metal osmiumdur, sıxlığı 22,5 q/sm3.

Metallar sərtliklərinə görə fərqlənirlər:
*Yumşaq: hətta bıçaqla kəsin (natrium, kalium, indium);
*Möhkəm: metallar sərtliyə görə almazla müqayisə edilir, onun sərtliyi 10. Xrom ən sərt metaldır, şüşə kəsir.

Ərimə nöqtəsindən asılı olaraq metallar şərti olaraq bölünür :
*əriyən(ərimə nöqtəsi 1539°C-ə qədər).
Aşağı əriyən metallara aşağıdakılar daxildir: civə - ərimə temperaturu -38,9°C; qallium - ərimə nöqtəsi 29,78 ° C; sezium - ərimə nöqtəsi 28,5 ° C; və digər metallar.
*Odadavamlı(ərimə nöqtəsi 1539 C-dən yuxarı).
Odadavamlı metallara aşağıdakılar daxildir: xrom - ərimə temperaturu 1890°C; molibden - ərimə nöqtəsi 2620 ° C; vanadium - ərimə nöqtəsi 1900 ° C; tantal - ərimə nöqtəsi 3015 ° C; və bir çox başqa metallar.
Ən odadavamlı metal volframdır - ərimə nöqtəsi 3420°C.

Polad, karbonun əlavə olunduğu dəmir bir ərintidir. Tikintidə əsas istifadəsi gücdür, çünki bu maddə uzun müddət öz həcmini və formasını saxlayır. İş ondadır ki, bədənin hissəcikləri tarazlıq vəziyyətindədir. Bu halda zərrəciklər arasında cazibə qüvvəsi və itələmə qüvvəsi bərabər olur. Hissəciklər aydın şəkildə müəyyən edilmiş qaydadadır.

Bu materialın dörd növü var: adi, alaşımlı, aşağı alaşımlı, yüksək alaşımlı polad. Onlar tərkibindəki əlavələrin miqdarı ilə fərqlənirlər. Adi az miqdarda ehtiva edir, sonra isə artır. Aşağıdakı əlavələrdən istifadə edin:

• manqan.
• Nikel.
• Xrom.
• Vanadium.
• molibden.

Polad ərimə nöqtələri

Müəyyən şəraitdə bərk maddələr əriyir, yəni maye olurlar. Hər bir maddə bunu müəyyən temperaturda edir.

• Ərimə bir maddənin bərk haldan maye vəziyyətə keçməsi prosesidir.
• Ərimə nöqtəsi bərk kristal maddənin əriyib maye halına gəldiyi temperaturdur. İşarələnmiş t.

Fiziklər aşağıda verilmiş xüsusi bir ərimə və kristallaşma cədvəlindən istifadə edirlər:

Cədvəl əsasında əminliklə deyə bilərik ki, poladın ərimə nöqtəsi 1400 ° C-dir.

Paslanmayan polad poladda olan çoxlu dəmir ərintilərindən biridir. Tərkibində 15-30% Xrom var ki, bu da onu pasa davamlı edir, səthdə oksiddən və karbondan qoruyucu təbəqə yaradır. Bu poladın ən məşhur markaları xaricidir. Bunlar 300-cü və 400-cü seriyalardır. Gücü, əlverişsiz şəraitə qarşı müqaviməti və plastikliyi ilə fərqlənirlər. 200-cü seriya aşağı keyfiyyətlidir, lakin daha ucuzdur. Bu istehsalçı üçün sərfəli amildir. İlk dəfə onun tərkibi 1913-cü ildə polad üzərində çoxlu müxtəlif təcrübələr aparan Harri Brearli tərəfindən fərq edildi.

Hal-hazırda paslanmayan polad üç qrupa bölünür:

• istiliyə davamlı- yüksək temperaturda yüksək mexaniki möhkəmliyə və sabitliyə malikdir. Ondan hazırlanan hissələr əczaçılıq, raket sənayesi və tekstil sənayesi sahələrində istifadə olunur.
• Pas davamlı- paslanma proseslərinə qarşı yüksək müqavimətə malikdir. Məişət və tibbi cihazlarda, eləcə də maşınqayırmada hissələrin istehsalı üçün istifadə olunur.
• istiliyə davamlı- yüksək temperaturda korroziyaya davamlıdır, kimya zavodlarında istifadəyə yararlıdır.

Paslanmayan poladın ərimə nöqtəsi onun dərəcəsindən və ərintilərin miqdarından asılı olaraq təxminən 1300 °C ilə 1400 °C arasında dəyişir.

Çuqun karbon və dəmirin bir ərintisidir, tərkibində manqan, silikon, kükürd və fosforun çirkləri var. Aşağı gərginliklərə və yüklərə davamlıdır. Onun bir çox üstünlüklərindən biri istehlakçılar üçün aşağı qiymətdir. Çuqun dörd növdür:

Yuxarıdakı cədvəldə göstərildiyi kimi polad və çuqun ərimə nöqtələri fərqlidir. Polad çuqundan daha yüksək gücə və yüksək temperaturlara qarşı müqavimətə malikdir, temperaturlar 200 dərəcəyə qədər fərqlənir. Çuqunda bu rəqəm tərkibindəki çirklərdən asılı olaraq təxminən 1100 ilə 1200 dərəcə arasında dəyişir.

Metalın ərimə nöqtəsi onun bərkdən maye vəziyyətə keçdiyi minimum temperaturdur. Ərimə zamanı onun həcmi praktiki olaraq dəyişmir. Metallar qızma dərəcəsindən asılı olaraq ərimə nöqtəsinə görə təsnif edilir.

əriyən metallar

Eriyə bilən metalların ərimə nöqtəsi 600°C-dən aşağıdır. Bunlar sink, qalay, vismutdur. Belə metalları sobada qızdırmaqla və ya lehimləmə dəmirindən istifadə etməklə əritmək olar. Eriyən metallar elektronikada və mühəndislikdə elektrik cərəyanının hərəkəti üçün metal elementləri və naqilləri birləşdirmək üçün istifadə olunur. Temperatur 232 dərəcə, sink isə 419 dərəcədir.

Orta ərimə metalları

Orta ərimə metalları 600 ° C-dən 1600 ° C-ə qədər temperaturda bərk haldan maye vəziyyətə keçməyə başlayır. Onlardan plitələr, armaturlar, bloklar və tikinti üçün yararlı olan digər metal konstruksiyalar hazırlanır. Bu metallar qrupuna dəmir, mis, alüminium daxildir, onlar da bir çox ərintilərin bir hissəsidir. Mis qızıl, gümüş və platin kimi qiymətli metal ərintilərinə əlavə edilir. 750 qızılın tərkibində 25% ərinti metalları, o cümlədən mis var ki, bu da ona qırmızımtıl rəng verir. Bu materialın ərimə nöqtəsi 1084 °C-dir. Alüminium isə nisbətən aşağı temperaturda 660 dərəcə Selsidə əriməyə başlayır. Yüngül, çevik və oksidləşməyən və paslanmayan ucuz metal olduğundan qab-qacaq istehsalında geniş istifadə olunur. Temperatur 1539 dərəcədir. Ən populyar və əlverişli metallardan biridir, istifadəsi tikinti və avtomobil sənayesində geniş yayılmışdır. Amma dəmir korroziyaya məruz qaldığından, o, əlavə emal edilməli və qoruyucu boya təbəqəsi ilə örtülməlidir, qurutma yağı və ya nəmin daxil olmasına icazə verilməməlidir.

Odadavamlı metallar

Odadavamlı metalların temperaturu 1600°C-dən yuxarıdır. Bunlar volfram, titan, platin, xrom və başqalarıdır. Onlar işıq mənbələri, maşın hissələri, sürtkü yağları və nüvə sənayesində istifadə olunur. Onlar məftillər, yüksək gərginlikli naqillər hazırlamaq üçün istifadə olunur və daha aşağı ərimə nöqtəsi olan digər metalları əritmək üçün istifadə olunur. Platin bərkdən mayeyə 1769 dərəcədə, volfram isə 3420°C-də dəyişməyə başlayır.

Merkuri normal şəraitdə maye vəziyyətdə olan yeganə metaldır, yəni normal atmosfer təzyiqi və orta mühit temperaturu. Civənin ərimə nöqtəsi mənfi 39°C-dir. Bu metal və onun dumanları zəhərlidir, ona görə də yalnız qapalı qablarda və ya laboratoriyalarda istifadə olunur. Civənin ümumi istifadəsi bədən istiliyini ölçmək üçün bir termometrdir.

Hər bir metal və ərintinin özünəməxsus fiziki və kimyəvi xassələri vardır, ən azı ərimə nöqtəsidir. Prosesin özü bədənin bir birləşmə vəziyyətindən digərinə, bu halda bərk kristal vəziyyətindən maye vəziyyətə keçməsi deməkdir. Metalı əritmək üçün ərimə nöqtəsinə çatana qədər ona istilik vermək lazımdır. Bununla birlikdə, hələ də bərk vəziyyətdə qala bilər, lakin daha çox məruz qalma və istiliyin artması ilə metal əriməyə başlayır. Temperatur aşağı salınarsa, yəni istiliyin bir hissəsi çıxarılarsa, element sərtləşəcəkdir.

Metallar arasında ən yüksək ərimə nöqtəsi volframa aiddir: 3422C o, ən aşağısı civə üçün: element artıq -39C o-da əriyir. Bir qayda olaraq, ərintilər üçün dəqiq dəyəri müəyyən etmək mümkün deyil: komponentlərin faizindən asılı olaraq əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Onlar adətən ədəd aralığı kimi yazılır.

Necə baş verir

Bütün metalların əriməsi təxminən eyni şəkildə baş verir - xarici və ya daxili istilik köməyi ilə. Birincisi istilik sobasında həyata keçirilir, ikincisi üçün rezistiv istilik yüksək tezlikli elektromaqnit sahəsində elektrik cərəyanının və ya induksiya istiliyinin keçməsi ilə istifadə olunur. Hər iki seçim metala təxminən eyni şəkildə təsir göstərir.

Temperatur artdıqca, yüksəlir molekulların istilik vibrasiyalarının amplitudası, dislokasiyaların böyüməsi, atomların hoppanması və digər pozulmalarda ifadə olunan struktur şəbəkə qüsurları meydana çıxır. Bu, atomlararası bağların qırılması ilə müşayiət olunur və müəyyən miqdarda enerji tələb edir. Eyni zamanda, bədənin səthində kvazi maye təbəqə əmələ gəlir. Şəbəkənin məhv olması və qüsurların yığılması dövrü ərimə adlanır.

Ərimə nöqtəsindən asılı olaraq metallar aşağıdakılara bölünür:

Ərimə nöqtəsindən asılı olaraq seçmək və əritmə aparatı. Hesab nə qədər yüksək olsa, bir o qədər güclü olmalıdır. Lazım olan elementin temperaturunu cədvəldən öyrənə bilərsiniz.

Başqa bir vacib dəyər qaynama nöqtəsidir. Bu, mayelərin qaynadılması prosesinin başladığı dəyərdir, qaynar mayenin düz səthinin üstündə əmələ gələn doymuş buxarın istiliyinə uyğundur. Adətən ərimə nöqtəsindən təxminən iki dəfə yüksəkdir.

Hər iki dəyər normal təzyiqdə verilir. Öz aralarında düz mütənasibdir.

1. Təzyiq artır - ərimə miqdarı artacaq.
2. Təzyiq azalır - ərimə miqdarı azalır.

Əriyən metallar və ərintilər cədvəli (600C o qədər)

Orta ərimə metallar və ərintilər cədvəli (600С-dən 1600С-ə qədər)

Hal-hazırda geniş istifadə olunan demək olar ki, bütün metalların ərimə nöqtələri Cədvəldə verilmişdir. 1. İstehsalı və istifadəsi durmadan artırılan bəzi nadir metallardan da bəhs edilir. Gördüyünüz kimi, metalların ərimə nöqtəsi -39 (civə) ilə 3400 °C (volfram) arasında çox böyük diapazonu əhatə edir.
Ərimə nöqtəsi 500-600 ° C-dən aşağı olan metallara əriyən deyilir. Aşağı əriyən metallara sink və Cədvəldə yerləşən bütün digər metallar daxildir. ondan 1 yuxarı. Dəmirdən (1539 ° C) daha yüksək ərimə nöqtəsinə malik olanlara istinad edərək, odadavamlı metalları ayırmaq adətdir, yəni cədvələ uyğun olaraq. 1 titan və daha sonra volframdır.

Cədvəldəki məlumatlardan. 1 otaq temperaturunda metalların sıxlıqlarının da çox geniş diapazona malik olduğunu göstərir. Ən yüngül metal sudan təxminən 2 dəfə yüngül olan litiumdur. Texnologiyada, aviasiya və raket elmində struktur metal materialları üçün əsas kimi xidmət edən bir qrup yüngül metalları ayırmaq adətdir. Yüngül metallara sıxlığı 5 q/sm3-dən çox olmayanlar daxildir. Bu qrupa titan, alüminium, maqnezium, berilyum, litium daxildir.
D hərfi ilə qeyd olunan sıxlıqla yanaşı, metalların xassələrini təsvir etmək üçün tərs dəyər istifadə olunur - xüsusi həcm v = 1d (sm3 g).
Temperaturun artması ilə bərk vəziyyətdə olan bütün metalların sıxlığı azalır və müvafiq olaraq xüsusi həcm də artır. Δt ilə qızdırıldıqda polimorfik çevrilmələrə məruz qalmayan bərk metalın xüsusi həcminin artması vtvt=vtv20°C (1+βtv Δt) xətti asılılığı ilə kifayət qədər dəqiq təsvir edilə bilər, burada βtv həcmin genişlənməsinin temperatur əmsalıdır. . Fizikadan məlum olduğu kimi, βtv=3α, burada α verilmiş temperatur intervalında xətti genişlənmənin temperatur əmsalıdır. Əksər metallar üçün otaq temperaturundan ərimə temperaturuna qədər qızdırma həcminin 4-5% artmasına səbəb olur ki, dtvtmelt = 0,95/0,96dtv20°C olur.
Metalın maye vəziyyətinə keçməsi əksər hallarda həcmin artması və müvafiq olaraq sıxlığın azalması ilə müşayiət olunur. Cədvəldə. 1 bu, xüsusi həcmlərin dəyişməsi ilə ifadə edilir Δv = 100 (vl - vtv)/vl, burada vl və vtv ərimə temperaturunda maye və bərk metalın xüsusi həcmləridir. Göstərilə bilər ki, Δv \u003d 100 (vl - vtv) / vl \u003d Δd \u003d 100 (dtv - dl) / dtv. Ərimə zamanı sıxlığın azalması bir neçə faizlə ifadə edilir. Bir neçə metal və qeyri-metal var ki, ərimə zamanı sıxlıq və xüsusi həcmdə tərs dəyişiklik nümayiş etdirir. Qallium, vismut, sürmə, germanium, silisium ərimə zamanı həcmi azalır və buna görə də onların Δv mənfi qiymətə malikdir. Müqayisə üçün qeyd etmək olar ki, Veda üçün Δv = -11%.
Ərimə zamanı metalların həcmində cüzi dəyişiklik maye metalda atomlar arasındakı məsafələrin kristal qəfəsdəki atomlararası məsafələrdən az fərqləndiyini göstərir. Bir mayedə hər bir atom üçün ən yaxın qonşuların sayı (sözdə koordinasiya nömrəsi) kristal qəfəsdəkindən bir qədər azdır. Bir-birinə sıx bağlanmış strukturları olan metallar üçün ərimə zamanı koordinasiya sayı 12-dən 10-11-ə, o olan metallar üçün azalır. c. strukturu, bu rəqəm 8-dən 6-a dəyişir. Ərimə nöqtəsinə yaxın maye metalda, qonşu atomların təxminən üç atom diametrinə qədər məsafədə düzülüşü əvvəlkinə bənzər olaraq qaldığı qısa mənzilli nizam qorunur. kristal qəfəsdə, məlum olduğu kimi, o da çox uzaqdadır. Ərimə zamanı metallar bir sıra xüsusiyyətlərdə əsaslı dəyişiklik müşahidə etmirlər: istilik keçiriciliyi, istilik tutumu; elektrik keçiriciliyi ərimə nöqtəsinə yaxın bərk metalda olduğu kimi eyni qaydada qalır.
Maye metalın temperaturunun artması təkcə onun bütün xassələrinin tədricən dəyişməsinə səbəb olmur, həm də koordinasiya sayının azalması və tənzimləmədə qısa mənzilli nizamın tədricən yox olması ilə ifadə olunan tədricən struktur yenidən qurulmasına səbəb olur. atomların. Temperaturun artması nəticəsində yaranan maye metalın xüsusi həcminin artması təxminən vzht = vzhtpl (1 + βl Δt) xətti asılılığı ilə təsvir edilə bilər. Maye metalın həcm genişlənməsinin temperatur əmsalı bərk metaldan əhəmiyyətli dərəcədə böyükdür. Adətən βl = 1.5/3βtv.
Həm bərk, həm də maye vəziyyətdə olan ərintilər, ümumiyyətlə, mükəmməl həllər deyil və iki və ya daha çox metalın birləşməsi həmişə həcm dəyişikliyi ilə əlaqələndirilir. Bir qayda olaraq, ərintidə olan tərkibi nəzərə alınmaqla, təmiz komponentlərin ümumi həcmi ilə müqayisədə ərinti həcmində azalma var. Bununla belə, texniki hesablamalar üçün birləşmə zamanı həcmin azalması laqeyd qala bilər. Bu halda, ərintinin xüsusi həcmi aşqar qaydası ilə, yəni ərintidəki tərkibi nəzərə alınmaqla təmiz komponentlərin xüsusi həcmlərinin dəyərlərindən müəyyən edilə bilər. Beləliklə, A, B, C, ..., X komponentlərindən ibarət olan ərintinin a, b, c, ..., x miqdarında çəki faizində olan xüsusi həcmi

burada vA, vB, vC, vX ərintinin xüsusi həcminin hesablandığı temperaturda təmiz komponentlərin xüsusi həcmləridir.
Kristallaşmadan əvvəl və kristallaşma zamanı maye metalın həcminin dəyişməsi ən mühüm tökmə xassəsini - həcm büzülməsini əvvəlcədən müəyyənləşdirir, bu da sonradan göstərildiyi kimi, tökmə gövdəsində büzülmə boşluqları və məsaməlilik (boşluq) şəklində özünü göstərir.
Tökmənin nisbi həcm büzülməsinin maksimum mümkün qiyməti Δvmax = 100 (vЖt - vтвтм)/vЖt-ə bərabərdir, burada vЖt maye metalın t tökmə temperaturunda xüsusi həcmidir; ttvtpl - ərimə nöqtəsində bərk metalın xüsusi həcmi.
Dökümlərdə eksperimental olaraq aşkar edilmiş həcm büzülməsi adətən Δvmax-dan az olur. Bu onunla izah olunur ki, qəlib doldurulduqda ərinti soyuyur və hətta kristallaşma başlaya bilər, ona görə də qəlibdə əridin ilkin vəziyyəti xüsusi həcm vtl ilə xarakterizə olunmur. Sərtləşdirilmiş tökmənin otaq temperaturuna qədər soyudulması nisbi həcm büzülməsinə təsir göstərmir.
Δv mənfi dəyərləri olan metallardan və ərintilərdən tökmələrdə (Cədvəl 1-ə baxın) büzülmə deyil, sözdə böyümə tapılır - ərimənin tökmə səthinə ekstruziyası.