Температура плавления меди и алюминия: Металлы и их свойства

Содержание

Температура плавления свинца и алюминия

Такой металл, как алюминий, очень распространен в мире. Немалое его количество содержится в организме человека, а уж в окружающем мире его еще больше. Среди материалов, из которых построены дома, а также в конструкции любого автомобиля есть некая доля алюминия.

Нередко из этого вещества изготавливаются детали мебели. И если вдруг что-то из этого сломается, то можно либо приобрести новый товар в соответствующем магазине, либо заняться самостоятельным ремонтом изделия. В последнем случае придется плавить металл в домашних условиях, а для этого уже нужно знать о некоторых свойствах этого металла.

Для изготовления какой-либо алюминиевой конструкции вовсе не обязательно подробно изучать все характеристики вещества, но на основные моменты следует обратить свое внимание, включая знание, при какой температуре плавится алюминий.

О температуре плавления

Необходимо помнить: алюминий очень легко поддается литью и начинает превращаться в жидкую субстанцию уже при температуре в 660 градусов. Для того чтобы понять, что этот показатель довольно низкий, достаточно сравнить его с температурами плавления других металлов, которые также нередко используются для изготовления тех или иных, нужных в обиходе предметов.

Например:

  • сталь начинает плавиться лишь при температуре в 1300 градусов;
  • чугун — при 1100 градусах.

Но все же, хоть температура плавления алюминия по Цельсию и не слишком высока по сравнению со многими другими металлами, достичь 600 градусов в домашних условиях с использованием обыкновенной газовой или электрической плиты довольно трудно.

Уменьшение температуры

Прежде чем подвергать металл плавлению, можно специальными методами уменьшить его температуру плавления, например, использовать в виде порошка. В этом случае он начнет плавиться чуть быстрее. Но при этом он становится опасным, так как взаимодействуя с атмосферным кислородом, может окислиться или воспламениться

. А в результате окисления, как мы помним из школьного курса химии, образуется оксид алюминия; и температура, при которой начинает плавиться это вещество, уже превышает две тысячи градусов.

Вообще избежать образования оксида не получится, если заниматься плавлением алюминия, но уменьшить количество лишнего вещества вполне возможно. При плавлении алюминия нужно не допускать попадания в вещество воды. Ведь если это случится, то произойдет взрыв.

Перед началом процесса нужно убедиться в том, что сырье является абсолютно сухим. Чаще всего в качестве исходного материала применяется алюминиевая проволока. Предварительно ее нужно с помощью ножниц разделить на множество мелких по длине кусочков. А для того, чтобы уменьшить площадь контакта с содержащимся в атмосфере кислородом, эти кусочки прессуются пассатижами.

Не всегда есть необходимость создать алюминиевое изделие высокого качества, поэтому вовсе не обязательно всегда использовать порошок или мелко нарезанную и плотно сдавленную проволоку. Можно взять любой предмет, который уже был использован, например, банку, в которой хранились консервы. Но перед плавкой нужно лишить ее нижнего шва или обрезать профиль. Полученное сырье может быть окрашено или испачкано. Не нужно об этом беспокоиться. Все, что имеется лишнее на поверхности, быстро отходит в виде шлаков.

Процесс плавления в домашних условиях

Плавление — это довольно опасный процесс. Предварительно необходимо обязательно побеспокоиться о средствах защиты от различных ядовитых веществ, которые будут образовываться, а также подготовить литейную форму.

Средства защиты

  1. Не обойтись без специальных перчаток даже в том случае, если расплавить алюминий необходимо лишь единожды. Это, пожалуй, основное средство защиты, так как расплавленная масса с большой долей вероятности может попасть на руки, и тогда неминуемо на коже появится ожог, поскольку температура жидкого металла превышает 600 градусов.
  2. Следующая часть тела, которую также необходимо защитить от попадания горячего алюминия — глаза. При частой плавке не обойтись без специальной защитной маски, ну или хотя бы очков. Но лучше всего работать в костюме, который устойчив к воздействию высокой температуры в несколько сотен градусов.
  3. Если необходимо получить чистый алюминий, потребуется рафинирующий флюс. И тогда работать нужно в химическом респираторе.

Выбор формы для литья

Для того, чтобы отлить алюминий, необязательно запасаться литейной формой. Достаточно лишь приобрести лист из более тугоплавкого металла — из стали, вылить на него расплавленный алюминий и подождать, пока последний затвердеет. Но для получения какой-либо детали из алюминия обязательно придется приобретать форму для литья.

Ее можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Для этой цели обычно используется скульптурный гипс. Он заливается в форму, затем какое-то время охлаждается. После этого в него вставляют модель и сверху кладут вторую емкость с гипсом. При этом важно не забыть проделать отверстие в гипсе с помощью какого-нибудь предмета цилиндрической формы. Через это отверстие и будет заливаться горячий алюминий.

При плавлении алюминия не обойтись без так называемого тигеля: то есть емкости из тугоплавкого металла. Она может быть выполнена из фарфора, кварца, стали, чугуна. Впрочем, изготавливать тигель самостоятельно вовсе не обязательно, ведь его можно просто купить в специальном магазине. Объем тигеля зависит от того, какое количество металла требуется получить.

Кратко о процессе

Плавка алюминия в домашних условиях — это не такой уж трудный процесс, которым он может показаться поначалу. Кусочки металла нагреваются до нужной температуры плавки алюминия в специальной емкости.

Некоторое время полученный расплав необходимо выдерживать в разогретом состоянии и периодически удалять с его поверхности образующийся шлак. После этого чистый жидкий металл наливается в специальную форму, в которой он некоторое время будет остывать.

Время, которое уйдет на плавку, зависит от самой печи, а точнее от той температуры, которую она может обеспечить. Если же вместо печи используется газовая горелка, то она должна нагревать металл сверху.

Температуру плавления металлов, которая изменяется от малейшего (-39 °С для ртути) до наибольшего (3400 °С для вольфрама), а также плотность металлов в твердом состоянии при 20 °С и плотности жидких металлов при температуре плавления приведены в таблице плавки цветных металлов.

Таблица 1. Плавки цветных металлов

твердого при 20 °С

Сварка и плавка цветных металлов

Сварка меди. Температура плавки металла Cu, почти в шесть раз превышает температуру плавки стали, медь интенсивно поглощает и растворяет различные газы, образуя с кислородом оксиды. Оксид меди II с медью образует эвтектику, температура плавления которой (1064°С) ниже температуры плавления меди (1083°С). При затвердевании жидкой меди эвтектика располагается по границам зерен, делает медь хрупкой и склонной к образованию трещин. Поэтому основной задачей при сварке меди является защита его от окисления и активное раскисление сварочной ванны.

Наиболее распространенное газовое сварки меди ацетиленокисневим пламенем с помощью горелок, которые в 1,5…2 раза мощнее горелки для сварки сталей. Присадочным металлом есть медные прутки, содержащие фосфор и кремний. Если толщина изделий более 5…6 мм, их сначала подогревают до температуры 250…300°С. Флюсами при сварке является прожаренная бура или смесь, состоящую из 70% буры и 30% борной кислоты. Чтобы повысить механические свойства и улучшить структуру наплавленного металла, медь после сварки проковывают при температуре около 200…300°С. Потом ее снова нагревают до 500-550°С и охлаждают в воде. Медь сваривают также электродуговым способом электродами, в струе защитных газов, под слоем флюса, на конденсаторных машинах, способом трения.

Сварка латуни. Латунь – это сплав меди с цинком (до 50%). Основное загрязнение при этом – испарение цинка, в итоге чего шов теряет свои качества, в нем возникают поры. Латунь, как и медь, в основном сваривают ацетиленовым окислительным пламенем, при котором на поверхности ванны создается пленка тугоплавкого оксида цинка, уменьшающая дальнейшее выгорание и испарение цинка. Флюсы используют такие же, как и при сварке меди. Они создают на поверхности ванны шлаки, которые связывают оксиды цинка и затрудняют выход паров из сварочной ванны. Латунь сваривают также в защитных газах и на контактных машинах.

Сварка бронзы. В большинстве случаев бронза – это литейный материал, поэтому

сварку применяют при исправлении дефектов или во время ремонта. Чаще всего применяют сварку металлическим электродом. Присадочным металлом является прутки того самого состава, что и основной металл, а флюсами или электродным покрытием – хлористые и фтористые соединения калия и натрия.

Сварка алюминия. Основными факторами, затрудняющими сварку алюминия, является низкая температура его плавления (658°С), большая теплопроводность (примерно в 3 раза выше теплопроводности стали), образование тугоплавких оксидов алюминия, которые имеют температуру плавления 2050°С, поэтому технология плавки цветных металлов, таких как медь или бронза, не подходит для плавки алюминия. Кроме того, эти оксиды слабо реагируют как с кислыми, так и основными флюсами, поэтому плохо удаляются из шва.

Чаще всего используют газовую сварку алюминия ацетиленовым пламенем. В последние годы значительно распространилось также автоматическая дуговая сварка металлическими электродами под флюсом и в среде аргона. При всех способах сварки, кроме аргонодуговой, применяют флюсы или электродные покрытия, в состав которых входят фтористые и хлористые соединения лития, калия, натрия и других элементов. Как присадочный металл при всех способах сварки используют проволоку или стержни того же состава, что и основной металл.

Алюминий хорошо сваривается электронным лучом в вакууме, на контактных машинах, электрошлаковым и другими способами.

Сварка сплавов алюминия. Сплавы алюминия с магнием и цинком сваривают без

особых осложнений, так же как и алюминий. Исключением является дюралюминий – сплавы алюминия с медью. Эти сплавы термически упрочняются после закалки и следующего старения. Когда температура плавки цветных металлов свыше 350°С в них происходит снижение прочности, которое не восстанавливается термической обработкой. Поэтому при сварке дюралюминия в зоне термического влияния прочность уменьшается на 40…50%. Если дюралюминий сваривать в защитных газах, то такое снижение может быть восстановлено термической обработкой до 80…90% по отношению к прочности основного металла.

Сварка магниевых сплавов. При газовой сварке обязательно применяют фторидные флюсы, которые в отличие от хлоридных не вызывают коррозии сварных соединений. Дуговая сварка магниевых сплавов металлическими электродами через низкое качество сварных швов до настоящего времени не применяется. При сварке магниевых сплавов наблюдается значительный рост зерна в около шовных участках и сильное развитие столбчатых кристаллов в сварном шве. Поэтому предел прочности сварных соединений составляет 55…60% предела прочности основного металла.

Таблица 2. Физические свойства промышленных цветных металлов

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:

  1. легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
  2. среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
  3. 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:

  1. алюминий — 660 °C;
  2. температура плавления меди — 1083 °C;
  3. температура плавления золота — 1063 °C;
  4. серебро — 960 °C;
  5. олово — 232 °C. Олово часто используют при пайке, так как температура работающего паяльника составляет как раз 250–400 градусов;
  6. свинец — 327 °C;
  7. температура плавления железо — 1539 °C;
  8. температура плавления стали (сплав железа и углерода) — от 1300 °C до 1500 °C. Она колеблется в зависимости от насыщенности стали компонентами;
  9. температура плавления чугуна (также сплав железа и углерода) — от 1100 °C до 1300 °C;
  10. 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.

Медь температура плавления — Энциклопедия по машиностроению XXL

После расплавления олово (температура плавления 232 °С) втягивается капиллярными силами в микропоры между частицами более тугоплавкой меди (температура плавления 1083°С), растекается по поверхности этих частиц и обволакивает их тонкой пленкой. В дальнейшем с повышением температуры усиливается диффузионное проникновение олова в медь, приводящее к образованию новых фаз и в конечном итоге — к образованию однородного а-твердого раствора (при содержании олова в шихте до 14 %). По другим данным, такое представление не очень отвечает действительности, так как образующаяся жидкая фаза должна немедленно обволакиваться тонким, но быстро растущим слоем твердой л-фазы (60,9 % Sn, 39,1 % Си), возникающей в результате растворения меди в олове, которая препятствует растеканию олова. Позтому сколько-нибудь длительное существование жидкой фазы при температурах выше 232 °С невозможно, так как л-фаза вскоре исчезает (еще до температуры ее плавления) и сменяется более тугоплавкими фазами е (38,4 % Sn 61,6 % Си) и 5 (31,8% Sn 68,2% Си). Последняя же разрушается с образованием а-твердого раствора при 580 -640 С, т.е. опять-таки ниже температуры плавления зтой фазы. Эти температурные границы образования и разрушения новых фаз носят условный характер, так как существенно зависят от продолжительности выдержки заготовок при заданной температуре.  [c.47]
Твердые припои имеют температуру плавления 850—900° С и представляют собой сплавы меди с цинком твердость и прочность паяного ими шва — повышенные. Серебряные припои состоят из серебра и меди температура плавления их 740—830° С они имеют ще большую прочность. Пайка ими медных проводов почти не меняет их электропроводность. И здесь прочность спая обеспечивается образованием твердого раствора между припоем и соединяемым металлом.  [c.462]

Медь — температура плавления 1083 °С, плотность 8940 кг/м обладает гранецентрированной кубической решеткой имеет высокие тепло- и электропроводность, а также пластичность коррозионно-устойчива в ряде агрессивных сред [9].  [c.131]

В конце семидесятых годов прошлого века Беккерель создал высокотемпературную термоэлектрическую батарею из сернистой меди (температура плавления более 1000° С) в паре с мельхиором, дававшую большую ТЭДС.  [c.9]

К числу таких припоев относятся сплавы следующих марок СМ-2 (88% алюминия и 12% кремния) 34А (66% алюминия, 6% кремния и 28% меди) и 35А (72% алюминия, 7% кремния и 21% меди). Температура плавления припоев для паяния алюминиевых сплавов 578-—525° С.  [c.246]

При введении в цинк серебра или меди температура плавления цинковых сплавов вследствие образования перитектики повышается. В настоящее время изучены и применяются в качестве припоев некоторые цинковые сплавы с алюминием, кадмием, медью, серебром, оловом, свинцом, температура расплавления которых находится в интервале 340—480° С.  [c.200]

Медно-цинковый припой содержит от 36 до 54% меди. Температура плавления этих припоев не ниже 600—700°, они плавятся в горне, в пламени паяльной лампы и бензиновой горелки.  [c.79]

Алюминий — металл, широко применяю-ш,ийся в промышленности. Удельный вес алюминия 2,72 г/сжз (почти в три раза меньше удельного веса железа и меди). Температура плавления 658°. Алюминий на воздухе покрывается тонкой пленкой окиси, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Алюминий подвергают как холодной, так и горячей прокатке. Температурный интервал горячей прокатки алюминия 350—480°. В отдельных случаях, при калибровке валков, имеющей свободное уширение в первых пропусках, прокатку профилей из алюминия можно производить в валках, предназначенных для прокатки стали. При проектировании специальной калибровки для прокатки алюминия следует учитывать, что уширение алюминия при 400—500° значительно больше, чем уширение железа при 1100— 1150°. Только при 850—1000° уширение железа приближается к уширению алюминия при пониженных температурах (100—200°).  [c.10]


Вычислим, пользуясь формулой А. А, Бочвара, температуру рекристаллизации железа. Температура плавления железа равна 1539°. Для того чтобы вычислить абсолютную температуру, нужно прибавить к этой температуре 273° получим 1812° умножив полученное число на 0,4, как это требуется по формуле А. А. Бочвара, получим 725 вычтем 273, чтобы получить результат не по абсолютной шкале температур, а по обычной шкале Цельсия в результате получим (с округлением) 450°. Предлагаем читателю самому вычислить по формуле А. А. Бочвара температуру рекристаллизации меди. Температура плавления меди равна 1083°.  [c.57]

В качестве припоя может быть использована электролитическая медь (температура плавления 1080° С) или медно-никелевый припой (температура плавления 1220° С) следующего состава 70% меди, 30% никеля. Существуют и другие припои, составы которых приведены в книгах по инструментальному делу.  [c.33]

Резцы с механическим креплением пластинок режущего сплава. Пайка пластинки быстрорежущей стали и твердых сплавов производится чаще всего красной медью. Температура плавления меди около 1000°. Нагрев же под закалку быстрорежущей стали происходит после напайки, при 1280—1300°. Нужно, таким образом, большое искусство, чтобы пластинка быстрорежущей стали при закалке не отпаялась. В силу этого иногда закалку ведут при сниженных температурах, что совершенно нежелательно, так как при этом снижаются режущие качества стали (уменьшается твердость быстрорежущей стали).  [c.262]

Худшими характеристиками обладают никель и медь так для меди температура плавления 1083 °С, оксида меди — 1230 °С, теп-  [c.399]

Промышленная медь содер

Физико-химические процессы, происходящие при плавке меди и ее сплавов :: Технология металлов

Получение меди и ее сплавов сопровождается рядом физико-химических процессов, главными из которых яв­ляются:

1)    нагрев и расплавление шихтовых материалов;

2)     взаимодействие металлов и сплавов с атмосферой печи;

3)     взаимодействие металлов и сплавов с футеровкой печи;

4)     взаимодействие металлов и сплавов с покровными флюсами;

5)     восстановление расплавленных металлов и спла­вов.

Некоторые из происходящих в плавильных печах про­цессов необходимы, другие нежелательны, так как при­водят к ухудшению качества слитков, дополнительным потерям цветных металлов и зарастанию футеровки пе­чей и миксеров.

 

Нагрев и расплавление шихтовых материалов.

 

Для придания металлу или сплаву жидкотекучести, обеспечивающей свободное его перемещение при запол­нении кристаллизатора или изложницы, к нему подводят тепло. Все способы нагрева шихтовых материалов в су­ществующих плавильных печах сводятся к трем основ­ным: а) нагрев сверху; б) нагрев с боков и снизу; в) на­грев всей массы металла индуктируемыми в металле то­ками.

Принцип нагрева металла сверху положен в основу работы отражательных печей. Нижним сло­ям шихтовых материалов или расплавленного металла тепло передается за счет теплопроводности. В то время как верхние слои шихты, нагреваясь, начинают оплав­ляться, нижние слои остаются относительно холодными. Металл верхних слоев, оплавляясь, стекает вниз и про­гревает нижние слои. Даже после полного расплавления всех шихтовых материалов жидкий металл имеет неоди­наковую температуру: верхние слои нагреты значительно выше, чем нижние. Для выравнивания температуры верх­них и нижних слоев расплав периодически перемеши­вают.

При нагреве сплава с боков или снизу создаются условия для конвекции. Более нагретый в нижней части ванны печи расплав поднимается вверх, а более холодный опускается вниз. При боковом или нижнем подводе тепла различие в температуре верхних и нижних слоев значительно меньше, чем при подводе тепла сверху.

Наиболее благоприятные условия для нагрева и перемешивания расплава, а следовательно, и для выравни­вания температуры во всем объеме жидкой ванны дости­гаются при плавлении в индукционных канальных пе­чах.

В случае приготовления тугоплавких металлов и спла­вов большое значение имеет очередность и последова­тельность загрузки компонентов шихты. В первую оче­редь загружают наиболее тугоплавкие компоненты и  только после полного их расплавления — остальную шихту.

Металлы, способные легко окисляться и переходить в шлак или испаряться (марганец, магний, фосфор и др.) вводят в печь в конце плавки. Такой порядок за­грузки сокращает время взаимодействия их с компонен­тами сплава и атмосферой печи, что значительно сни­жает их потери.

Мелкие шихтовые материалы загружают в ванну пе­чи постепенно небольшими порциями и постоянно пере­мешивают с расплавленным металлом. При загрузке од­новременно большого количества мелкой шихты может произойти ее зависание над поверхностью расплава спекание в сплошную глыбу. После того как нижняя часть зависшей шихты расплавится, между ней и зерка­лом жидкого металла образуется заполненное парами цинка и газом пространство, медленно проводящее теп­лоту. Расплавленный металл в каналах будет перегре­баться, и это может привести к размягчению футеровки подового камня, прорыву через нее металла и выходу пе­чи из строя.

 

Взаимодействие меди и медных сплавов с атмосферой печи.

 

В рабочем пространстве плавильных печей без спе­циальной защитной атмосферы шихтовые материалы и расплавленный металл подвергаются воздействию кислорода, водорода, азота, водяного пара, окиси угле­рода, углекислого газа и др. В зависимости от этого над металлом в печи может быть окислительная, восстанови­тельная или нейтральная атмосфера. Если в печное пространство непрерывно поступает поток атмосферного воздуха, то в печи преобладает окислительная атмосфе­ра, если водород или окись углерода — восстановитель­ная. Для нейтральной атмосферы характерно одновре­менное присутствие окислительных и восстановительных газов.

Газ в зависимости от природы, концентрации, време­ни нахождения в печи, температуры и давления может действовать на металл или сплав следующим об­разом:

1)    в результате химического взаимодействия с компо­нентами сплава образовывать продукты реакции, рас­творимые в сплаве;

2)    в результате химического взаимодействия с отдель­ными компонентами сплава образовывать вещества, не­растворимые в сплаве;

3)    растворяться в сплаве без химического взаимодей­ствия с его компонентами;

4)    быть инертным по отношению к сплаву в целом и к отдельным его компонентам.

При плавлении цветных металлов и сплавов в печи чаще всего создается окислительная атмосфера.

Вероятность окисления того или иного элемента, вхо­дящего в сплав, зависит от химической активности этого элемента по отношению к кислороду. По степени актив­ности (сродству к кислороду) все металлы располагают в ряд, в котором-каждый предыдущий металл вытесняет (восстанавливает) последующий. В этом ряду металлы расположены в следующем порядке: кальций, магний,, литий, бериллий, алюминий, кремний, ванадий, марга­нец, хром, цирконий, фосфор, олово, кадмий, железо, ни­кель, кобальт, свинец, (углерод), медь, серебро, золото.

 

Взаимодействие расплавов с кислородом протекает по двум различным путям:

1)       кислород свободно проникает (диффундирует) в жидкий металл и находится в расплаве преимуществен но в виде окислов, например меди, никеля. Длительное время окисление может идти беспрепятственно, так как на поверхности расплава нет плотной окиснои пленки;

2)       кислород не может свободно диффундировать в жидкий металл, так как образует на поверхности распла­ва пленку окиси (свинец, олово, цинк, алюминий и др.). Окисление протекает за счет постепенного утолщения пленки окислов.

Характер взаимодействия медных сплавов с окисла­ми определяется составом входящих в него компонентов. Если сплав состоит из меди и никеля, то весь кислород будет находиться в расплаве. Присадка в сплав неболь­ших количеств элементов, образующих плотные пленки окиси, например алюминия, свинца и др., приводит к об­разованию на поверхности ванны пленки, защищающей расплав от дальнейшего окисления.

Растворимость газов в твердом металле значительно меньше, чем в жидком, поэтому при затвердевании рас­плава газы выделяются, образуя пористость в слитках. Анализ газов, содержащихся в твердой меди и ее спла­вах, показывает, что 80—90% их объема составляет во­дород. В обычных условиях плавки оловяннофосфористая бронза может растворить 3,5 см3 водорода в 100 г металла, медь — до 16 см3, простая латунь — до 28 см3 специальная латунь —до 245 см3. Приемлемо плотный металл должен содержать не более 10—12 см3 водорода в 100 г металла. Поэтому при плавлении стремятся, что­бы металл как можно меньший период времени находил­ся в расплавленном состоянии.

 

Взаимодействие меди и медные сплавов с футеровкой  печи.

 

В процессе работы печи ее футеровка подвергается физическим, механическим и химическим воздействиям расплавленных веществ. Нагрев ее до высокой темпера­туры — это физическое воздействие. Гидростатическое давление столба жидкого металла на футеровку и загру­жаемых шихтовых материалов на подину печи — меха­ническое воздействие. Химическое воздействие проявля­ется в виде обменных реакций между расплавом и футе­ровкой, в результате чего происходит износ ее и расширение каналов печи.

При длительной работе печи жидкий металл и глав­ным образом его пары проникают в футеровку на зна­чительную глубину. Потери металла вследствие этого составляют значительную величину (100% от массы фу­теровки). Для снижения потерь цветных металлов рабо­чую поверхность футеровки предварительно обрабатыва­ют солевым расплавом, состоящим из 80% поваренной соли и 20% криолита.

Огнеупорные футеровочные материалы в основном состоят из смеси окислов различных металлов (кремния, алюминия, магния, кальция и др.). Реакции между рас­плавом и футеровкой протекают в тех случаях, когда плавящийся металл обладает большим сродством к кис­лороду по сравнению с окислами огнеупоров. Металл образует окись, входящую в состав футеровки. Так, при плавлении сплавов, содержащих алюминий, последний будет вступать в химическое взаимодействие с кремнезе­мом по реакции:

 

4Аl + 3SiO2 → 2Аl2O3 + 3Si.

 

При температуре выше 800° С реакция протекает энергично. Футеровка при этом не разъедается, а за­растает, так как окислы алюминия остаются на стенках кладки. После образования слоя окислов взаимодействие не прекращается, а идет дальше. Алюминий непрерывно проникает внутрь футеровки, а кремний переходит в рас­плав. Частицы футеровки могут также переходить в рас­плав и приводить к браку по неметаллическим включе­ниям.

Кроме того, во время плавки в расплаве присутствуют окислы, которые не остаются нейтральными по отноше­нию к футеровке печи. Взаимодействие окислов металлов с окислами футеровки (например, с окисью кремния) идет по реакциям:

Cu2O+ SiO2 →Cu2O*SiO2,

PbO + SiO2→PbO*SiO2,

FeO + SiO2→FeO*SiO2,

 

Продукты реакций имеют температуру плавления 700—1200°С. В результате образования легкоплавких химических соединений футеровка постепенно разъедает­ся, что также приводит к загрязнению расплава.

 

Взаимодействие меди и медных сплавов с покровными флюсами.

 

Одним из основных условий получения качественных слитков является ведение процесса плавки под защитным слоем покровных флюсов. Все флюсы, применяемые для защиты расплава от окисления, подразделяются на ней­тральные и активные. Нейтральные флюсы не взаимо­действуют с расплавленным металлом и служат в основ­ном для предохранения расплава от окисления, газо­поглощения и охлаждения. Активные флюсы помимо защитных функций вступают во взаимодействие с рас­плавом или его отдельными составляющими.

Для защиты меди и ее сплавов от окисления чаще всего применяют древесный уголь. Рекомендуется при­менять уголь, выжженный из древесины лиственных по­род, раздробленный до кусков размером 30—80 мм. Пе­ред употреблением древесный уголь прокаливают при температуре 900—1000° С для удаления влаги и до за­грузки в печь или миксер хранят в герметических сосу­дах. Лучше всего использовать горячий уголь непосред­ственно после прокалки.

При плавлении медноцинковых сплавов древесный уголь не является достаточно надежной защитой от испа­рения цинка. Высокими защитными свойствами в этом случае обладают специальные флюсы, имеющие более низкую, по сравнению с приготовляемым сплавом, тем­пературу плавления и образующие на поверхности рас­плава жидкий покров, изолирующий металл от атмос­феры.

Присутствующие в шихте окислы металлов в процессе расплавления смачиваются флюсом и переходят в шлак.

При плавлении никелевых и медноникелевых сплавов с высоким содержанием никеля древесный уголь приме­нять Fieрекомендуется, так как он насыщает расплав углеродом, который придает металлу хрупкость. В каче­стве защитного покрова при производстве этих сплавов применяют бой оконного стекла, буру и др.

Иногда растворимые в сплаве примеси (железо, алю­миний и др.) путем окисления, например, закисью меди (медной окалиной) переводят в нерастворимые окислы, которые, как более легкие, всплывают на поверхность и растворяются во флюсе, а затем удаляются вместе со шлаком.

Флюс для каждого сплава или группы сплавов подби­рают опытным путем, учитывая его влияние на санитар­но-гигиеническое состояние атмосферы цеха, качество слитков, величину потерь цветных металлов и т.д.

 

Восстановление расплавленных металлов и сплавов.

 

Медь и ее сплавы в процессе нагрева и расплавления шихтовых материалов, перегрева и перелива расплава из печи в миксер и разливки в слитки подвергаются воз­действию атмосферы и, следовательно, окисляются кис­лородом воздуха. Если не принимать специальных мер. по раскислению (восстановлению) металлов, то остав­шиеся в расплаве окислы будут ухудшать технологиче­ские и эксплуатационные свойства деталей, изготовлен­ных из этих металлов или сплавов.

Под восстановлением понимается процесс вытеснения металлов из окислов более активными по отношению к кислороду веществами. Кроме того, для защиты рас­плава от окисления в процессе плавления предусматри­ваются специальные меры:

1)   форсированное ведение процесса плавления;

2)   оптимальные режимы плавления и литья под слоем флюсов и в среде защитной атмосферы;

3)   оптимальные размеры шихтовых материалов;

4)   восстановление металлов и сплавов с помощью
специальных раскислителей.

По характеру распределения в расплаве все раскислители делят на поверхностные и растворимые. Поверх­ностные раскислители в процессе взаимодействия с окис­лами металлов в расплаве не растворяются. Реакции восстановления окислов протекают только на поверхно­сти соприкосновения их с металлом. Несмотря на срав­нительно малую скорость восстановления, поверхностные раскислители широко применяют. Их можно легко нано­сить и удалять с поверхности расплавленных металлов, не загрязняя сплав и, следовательно, не ухудшая его свойств. Одновременно с восстановлением металлов из окислов поверхностные раскислители защищают зеркало металла от взаимодействия с кислородом воздуха, при­сутствующим в атмосфере печи или миксера. Наибо­лее распространенным поверхностным раскислителем при плавлении и литье меди и некоторых ее сплавов яв­ляется углерод, применяемый в виде древесного угля, ламповой сажи, графитового порошка и генераторно­го газа.

Чтобы ускорить процесс восстановления, иногда увеличивают площадь поверхности соприкосновения раскислители с расплавом. Это достигается перемешиванием расплава или пропусканием его через раскислитель, а иногда применяют одновременно несколько раскислителей, например древесный уголь, сажу и генераторный газ.

Растворимые раскислители распределяются по всему объему расплавленного металла, поэтому больше кон­тактируют с окислами, и процесс восстановления прохо­дит значительно быстрее. К числу растворимых в метал­ле раскислителей относят фосфор, вводимый в расплав в виде сплава меди с фосфором, цинк, магний, марганец, кремний, бериллий, литий и др.

При плавлении меди в индукционных канальных пе­чах в качестве раскислителей применяют главным обра­зом древесный уголь, генераторный газ и фосфор (меднофосфористую лигатуру). Химические реакции закиси меди с этими раскислителями могут быть представлены в следующем виде:

6Cu2O + 2P → 2CuPO3 + 10Cu.

Фосфорный ангидрид P2O5имеет температуру возгон­ки 347°С. При температуре расплавленной меди он на­ходится в парообразном состоянии и легко удаляется из ванны. Капли расплавленной фосфорнокислой соли СuРО3 остаются на поверхности жидкой меди в виде «масляных» пятен.

В результате взаимодействия с закисью меди таких раскислителей, как магний, марганец, кремний, берил­лий, литий и др., получаются продукты раскисления в ви­де мелко раздробленных твердых частиц окислов, рас­творенных в расплаве и трудно удаляемых из него даже при отстаивании. Расплавленная медь при наличии в ней таких частиц находится в кашеобразном состоянии; для придания необходимой жидкотекучести ее перегревают.

Отдельные частицы твердых окислов могут образо­вывать крупные ветви, которые после затвердевания рас­плава остаются в слитках в виде неметаллических вклю­чений, понижающих свойства металла. Поэтому раство­римые раскислители, дающие в результате реакции с закисью меди твердые продукты раскисления, широкого применения не имеют.

Для раскисления никеля и медноникелевых сплавов применяют главным образом марганец, кремний и маг­ний. Оловянные бронзы раскисляют фосфором (фосфо­ристой медью). Для латуней наилучшим раскислителем служит цинк, являющийся одновременно одним из основ­ных компонентов сплава. Иногда для повышения жид­котекучести латуни в нее в небольших количествах вво­дят фосфор.

ресурсов ювелира — точки плавления

Удельный вес металла или сплава — это просто вес одного кубического сантиметра в граммах. Когда удобнее работать в тройских весах, количество унций на кубический дюйм любого металла или сплава можно найти, умножив его удельный вес на константу 0,52686.

Температура плавления и масса различных металлов и сплавов
Металл Символ Температура плавления
ºF
Температура плавления
ºC
Удельная
Плотность
Вес в тройке
унций / Cu In
Алюминий Al 1220 660 2.70 1,423
Сурьма Сб 1167 630 6,62 3,448
Бериллий Be 2340 1280 1,82 0,959
висмут Bi 520 271 9.80 5,163
Кадмий Кд 610 321 8,65 4,557
Углерод С 2,22 1,170
Хром Cr 3430 1890 7.19 3,788
Кобальт Co 2070 1132,2 8,9 4,689
Медь Cu 1981 1083 8,96 4,719
Золото, чистое 24 карата Au 1945 1063 19.32 10,180
Иридий Ir 4449 2454 22,50 11,849
Утюг Fe 2802 1539 7,87 4,145
Свинец Пб 621 327 11.34 5,973
Магний мг 1202 650 1,75 0,917
Марганец млн 2273 1245 7,43 3,914
молибден Пн 4760 2625 10.20 5,347
Никель Ni 2651 1455 8,90 4,691
Осмий Ос 4892 2700 22,50 11,854
Палладий Pd 2831 1555 12.00 6.322
фосфор П 111 44 1,82 0,959
Платина, Чистая Pt 3224 1773 21,45 11.301
15% Irid Plat 3310 1821 21.59 11.301
10% Irid Plat 3250 1788 21,54 11,349
5% Irid Plat 3235 1779 21,50 11,325
Родий Rh 3571 1966 12.44 6.553
Рутений Ру 4500 2500 12.20 6,428
Кремний Si 2605 1430 2,33 1,247
Серебро, чистое Ag 1761 961 10.49 5,525
Серебро, стерлинговое серебро 1640 893 10,36 5,457
Серебро, Монета 1615 879 10,31 5,430
Олово Sn 450 232 7.30 3.846
цинк Zn 787 419 7,10 3,7758

Тепловые свойства металлов

ПОЧЕМУ МЫ ХОЧЕМ ДАЖЕ НАГРЕВ И ЧТО С ЭТОМ ДЕЛАТЬ?

Работа кухонной посуды на плите состоит в том, чтобы сглаживать неравномерное тепло, исходящее от находящейся под ней конфорки, чтобы рабочая поверхность посуды имела одинаковую температуру.Если у вас слишком большой дисбаланс температур, вы получите горячие точки, которые могут подорвать ваше блюдо и ваше здоровье, оставив некоторые продукты переваренными (или даже обугленными и канцерогенными), а некоторые продукты — недоваренными. Например, если вы поместите на конфорку плохой теплопроводник, тепло от конфорки будет накапливаться рядом с областями, где пламя касается посуды, потому что посуда не может достаточно быстро распределить тепло по всему основанию сковороды.

ТЕПЛО ПЕРЕДАЧА

Есть три способа переноса тепла из одного места в другое: конвекция, излучение и теплопроводность.

Кипяток с водой. Независимо от того, насколько неравномерно нагревается горшок, вода будет перемещаться из-за конвекционных потоков, тем самым более или менее равномерно распределяя тепло. Здесь местные температуры на поверхности изменяются менее чем на 20 градусов по Фаренгейту.

Конвекция — это передача тепла от одного места к другому посредством движения жидкости / газа. В контексте приготовления пищи это происходит, когда жидкость нагревается в одном направлении, например, в кипящей воде: некоторые части жидкости нагреваются быстрее, но они также удаляются от источника тепла из-за разницы в плотности, позволяя более холодной жидкости. нагреться, и так далее, пока вся жидкость не нагреется примерно до одинаковой температуры.Избыточное тепло просто превращает жидкую воду в водяной пар.

При приготовлении пищи каждый раз, когда у вас есть что-то очень жидкое (то есть жидкая жидкость, такая как водянистый суп, а не густое тушеное мясо), вы будете готовить равномерно из-за конвекции, и, следовательно, почти не имеет значения, из чего сделана посуда. –Вы получите достаточно равномерный нагрев. Например, дно кастрюли с кипящей водой едва ли будет горячее кипящей воды — для любой приличной посуды около 222F вместо 212F (105C вместо 100C).Точно так же многие духовки будут циркулировать воздух за счет принудительной конвекции воздуха (с помощью вентилятора или насоса) и, таким образом, равномерно нагреть все внутри духовки. Духовки заставляют даже самую плохую посуду работать как чемпионы, когда дело доходит до равномерного нагрева, потому что вся посуда нагревается сразу и при одной температуре.

Излучение — это передача тепла посредством испускания и поглощения излучения. Электромагнитное излучение может проходить через пустой вакуум или прозрачную среду, например воздух, и затем поглощаться чем-то, что в результате становится более горячим и возбужденным.Так, например, солнце нагревает землю через космос. Так же и микроволновая печь нагревает пищу.

Проводимость — это прямая передача тепла от материалов, находящихся в физическом контакте друг с другом. Вы можете думать об этом как о молекулах, отскакивающих друг от друга и выполняющих микроскопический эквивалент трения рук друг о друга для генерирования тепла от трения. Поскольку твердые тела обычно имеют самую высокую плотность молекул в единице объема, мы склонны думать о теплопроводности как о передаче тепла от твердого тела к твердому, но жидкости и газы также проводят тепло.Электрические змеевиковые / излучающие / галогенные плиты полагаются на передачу тепла от поверхности варочной панели к посуде. Газовые плиты не полагаются только на теплопроводность; они полагаются на горячие газы, которые циркулируют вокруг посуды за счет конвекционных потоков воздуха на кухне. То есть тепло поднимается от кончика конфорки и падает на дно посуды, а затем поднимается вверх и через дно посуды поднимается в воздух на кухне. Электрическая индукция напрямую возбуждает молекулы в посуде.

Независимо от типа варочной панели, если какая-либо часть твердой емкости для готовки нагревается выше температуры окружающей (комнатной) температуры, сама емкость для приготовления пищи будет проводить тепло к другим частям емкости для готовки.Когда дело доходит до приготовления нежидкой пищи на плите, проводимость посуды — это то, что заставляет ее нагреваться равномерно или неравномерно, поэтому мы будем обсуждать это большую часть нашего времени. (Это относится даже к радиационному нагреву: когда внешняя поверхность посуды нагревается, именно теплопроводный слой посуды заставляет ее распределять тепло равномерно или нет.)

Если вам нужно более подробное объяснение теплопередачи, см. Эту статью в Википедии.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Представьте, что тепло — это вода, а металлы подобны водопроводным трубам того же диаметра.

Серебро — металл с наибольшей теплопроводностью. Это было бы похоже на полностью незасоренный водопровод, по которому в секунду может течь определенное количество воды.

Любой другой металл подобен забитой трубе. Медь почти так же теплопроводна, как серебро, поэтому медь будет похожа на едва забитую трубу. Алюминий был бы наполовину забитой трубой. Чугун был бы в основном забит и так далее и так далее. (Изоляторы, такие как воздух, будут похожи на почти полностью забитые трубы.)

Частично забитые трубы можно восполнить, увеличив их количество. Например, две наполовину забитые трубы дадут вам такую ​​же пропускную способность, как одна незасоренная труба. Они занимают больше места, но, возможно, это не имеет значения, когда трубы измеряются в миллиметрах, а не в дюймах. Мы обсудим это подробнее позже в этой статье.

Вы также можете восполнить частичное засорение труб, снизив давление воды. Если вы переполните водопроводные трубы, давление воды будет расти до тех пор, пока материал трубы не разорвется, и водопроводная труба не лопнет.В контексте кухонной посуды, если вы нагреете сковороду быстрее, чем металл может ее разложить, у вас появятся горячие точки, что приведет к неравномерному нагреву. Итак, в контексте кухонной посуды один из способов справиться с относительно плохим проводником тепла — очень медленно нагревать его. Однако этот метод занимает больше времени, он тратит впустую энергию (так как большая ее часть будет излучаться или поглощаться молекулами воздуха и нагревать вашу кухню), что может увеличить ваши счета за кондиционер и, как правило, сделать жизнь на кухне неприятно жаркой. ), а некоторые материалы являются настолько плохими проводниками, что вам придется почти выключить тепло (превратить воду в струйку).Чугун и углеродистая сталь — самые низкие из возможных, и при этом они все равно нагреваются до приемлемой температуры для жарки. Если у вас есть время и терпение, я предлагаю использовать слабый нагрев или предварительный нагрев в духовке, где потоки воздуха будут равномерно нагревать чугун для вас (за счет еще большего количества времени, терпения и энергии).

Например, см. Серию фотографий ниже, на которых сравнивается нержавеющая сталь All-Clad (общая толщина 2,6 мм) и чугун Lodge Logic (толщина ~ 5 мм, но фактическую толщину трудно измерить из-за неровностей чугуна и даже отклонений). между частями с одинаковым номером модели).Я нагрел их на индукционной плите Cooktek MC1800 на среднем огне.

Свойства и применение меди — электрическая, термическая, коррозионная стойкость, легирование и др.

Слово медь происходит от латинского слова «купрум», что означает «руда Кипра». Вот почему химический символ меди — Cu. Медь обладает множеством чрезвычайно полезных свойств, в том числе:

  • хорошая электропроводность
  • хорошая теплопроводность
  • коррозионная стойкость

Это также:

  • легко легируется
  • гигиенический
  • легко соединяется
  • пластичный
  • жесткий
  • немагнитный
  • привлекательный
  • перерабатываемый
  • каталитический

См. Ниже дополнительную информацию о каждом из этих свойств и о том, какую пользу они приносят нам в повседневной жизни.

Хорошая электропроводность

Медь имеет лучшую электропроводность из всех металлов, кроме серебра.

Хорошая электрическая проводимость равна небольшому электрическому сопротивлению. Электрический ток будет протекать через все металлы, но они все еще имеют некоторое сопротивление, а это означает, что ток должен проталкиваться (батареей), чтобы продолжать течь. Чем больше сопротивление, тем сильнее мы должны толкать (и тем меньше ток). Ток легко протекает через медь благодаря ее небольшому электрическому сопротивлению без больших потерь энергии.Вот почему медные провода используются в сетевых кабелях в домах и под землей (хотя воздушные кабели, как правило, из алюминия, потому что они менее плотные). Однако там, где важен размер, а не вес, медь — лучший выбор. Толстая медная полоса используется для молниеотвода на высоких зданиях, таких как шпили церквей. Медная полоса должна быть толстой, чтобы пропускать большой ток без плавления.

Медный провод можно намотать в катушку. Катушка будет создавать магнитное поле и, поскольку она сделана из меди, не расходует много электроэнергии.Медные катушки можно найти в:

Устройство Использовать
Электромагниты Замки, краны для свалок, электрические звонки. (См.

фтор | Использование, свойства и факты

Фтор (F) , наиболее реактивный химический элемент и самый легкий член галогеновых элементов, или Группа 17 (Группа VIIa) периодической таблицы. Его химическая активность может быть объяснена его исключительной способностью притягивать электроны (это наиболее электроотрицательный элемент) и небольшим размером его атомов.

фтор

Свойства фтора.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов. Насколько хорошо вы знаете их символы? В этом тесте вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Свойства элемента
атомный номер 9
атомный вес 18.998403163
точка плавления −219,62 ° C (−363,32000 ° F) 906 ° C (-306 ° F)
плотность (1 атм, 0 ° C или 32 ° F) 1,696 г / литр (0,226 унции / галлон)
степени окисления -1
электронный конфиг. 1 s 2 2 s 2 2 p 5

История

Фторсодержащий минеральный плавиковый шпат (или флюорит) был описан в 1529 году немецким врачом и минералог Георгий Агрикола. Представляется вероятным, что сырая плавиковая кислота была впервые получена неизвестным английским стекольником в 1720 году. В 1771 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил плавиковую кислоту в нечистом состоянии путем нагревания плавикового шпата с концентрированной серной кислотой в стеклянной реторте, которая подверглась сильной коррозии. продукт; В результате в последующих экспериментах с веществом использовались сосуды из металла.Почти безводная кислота была получена в 1809 году, а два года спустя французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что это соединение водорода с неизвестным элементом, аналогичным хлору, для чего он предложил название фтор. Плавиковый шпат затем был признан фторидом кальция.

Выделение фтора долгое время было одной из главных нерешенных проблем неорганической химии, и только в 1886 году французский химик Анри Муассан получил этот элемент путем электролиза раствора фтороводорода калия во фтористом водороде.Он получил Нобелевскую премию по химии 1906 года за выделение фтора. Сложность обращения с этим элементом и его токсические свойства способствовали медленному прогрессу в химии фтора. Действительно, до Второй мировой войны элемент казался лабораторным диковинкой. Однако затем использование гексафторида урана для разделения изотопов урана, наряду с разработкой органических фторсодержащих соединений, имеющих промышленное значение, сделало фтор значительным промышленным химическим веществом.

Возникновение и распространение

Фторсодержащий минерал плавиковый шпат (флюорит, CaF 2 ) веками использовался в качестве флюса (очищающего агента) в различных металлургических процессах. Название плавиковый шпат происходит от латинского fluere , «течь». Впоследствии выяснилось, что минерал является источником элемента, который получил название фтор. Бесцветные прозрачные кристаллы плавикового шпата при освещении приобретают голубоватый оттенок, и это свойство, соответственно, известно как флуоресценция.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Фтор встречается в природе только в форме своих химических соединений, за исключением следовых количеств свободного элемента в плавиковом шпате, который подвергся облучению радием. Не редкий элемент, он составляет около 0,065 процента земной коры. Основными фторсодержащими минералами являются (1) плавиковый шпат, месторождения которого находятся в Иллинойсе, Кентукки, Дербишире, на юге Германии, юге Франции и России и являются основным источником фтора, (2) криолит (Na 3 AlF 6 ), главным образом из Гренландии, (3) фторапатит (Ca 5 [PO 4 ] 3 [F, Cl]), широко распространенный и содержащий различные количества фтора и хлора, (4) топаз ( Al 2 SiO 4 [F, OH] 2 ), драгоценный камень и (5) лепидолит, слюда, а также компонент костей и зубов животных.

Физические и химические свойства

При комнатной температуре фтор представляет собой газ слегка желтого цвета с раздражающим запахом. Вдыхание газа опасно. При охлаждении фтор становится жидкостью желтого цвета. Существует только один стабильный изотоп элемента — фтор-19.

Поскольку фтор является наиболее электроотрицательным из элементов, атомные группы, богатые фтором, часто имеют отрицательный заряд. Метилиодид (CH 3 I) и трифториодметан (CF 3 I) имеют разные распределения заряда, как показано в следующих формулах, в которых греческий символ δ указывает частичный заряд:

Первая энергия ионизации фтора очень высока (402 килокалорий на моль), что дает стандартное тепловыделение для катиона F + 420 килокалорий на моль.

Небольшой размер атома фтора позволяет упаковать относительно большое количество атомов или ионов фтора вокруг данного координационного центра (центрального атома), где он образует множество стабильных комплексов, например, гексафторсиликат (SiF 6 ) 2- и гексафторалюминат (AlF 6 ) 3-. Фтор — наиболее сильно окисляющий элемент. Следовательно, никакое другое вещество не способно окислять фторид-анион до свободного элемента, и по этой причине этот элемент не находится в свободном состоянии в природе.За более чем 150 лет все химические методы не смогли произвести элемент, успех был достигнут только с помощью электролитических методов. Однако в 1986 году американский химик Карл О. Кристе сообщил о первом химическом получении фтора, где «химическое получение» означает метод, в котором не используются такие методы, как электролиз, фотолиз и разрядка, или сам фтор используется в синтезе любого из исходные материалы. Он использовал K 2 MnF 6 и пентафторид сурьмы (SbF 5 ), оба из которых могут быть легко получены из растворов HF.

Высокая окислительная способность фтора позволяет элементу производить наивысшие степени окисления, возможные в других элементах, и известно множество фторидов элементов с высокой степенью окисления, для которых нет других соответствующих галогенидов, например дифторид серебра (AgF 2 ), трифторид кобальта (CoF 3 ), гептафторид рения (ReF 7 ), пентафторид брома (BrF 5 ) и гептафторид йода (IF 7 ).

Фтор (F 2 ), состоящий из двух атомов фтора, соединяется со всеми другими элементами, кроме гелия и неона, с образованием ионных или ковалентных фторидов.Некоторые металлы, такие как никель, быстро покрываются фторидным слоем, который предотвращает дальнейшее разрушение металла элементом. Некоторые сухие металлы, такие как низкоуглеродистая сталь, медь, алюминий или монель (66 процентов никеля, 31,5 процента медного сплава), не подвергаются воздействию фтора при обычных температурах. Для работы с фтором при температурах до 600 ° C (1100 ° F) подходит монель; спеченный оксид алюминия устойчив до 700 ° C (1300 ° F). Когда требуются смазочные материалы, наиболее подходят фторуглеродные масла.Фтор бурно реагирует с органическими веществами (такими как резина, дерево и ткань), и контролируемое фторирование органических соединений под действием элементарного фтора возможно только при соблюдении особых мер предосторожности.

Физические свойства ионных соединений Учебник по химии

Ключевые концепции

  • Ионное твердое тело состоит из положительных ионов (катионов) и отрицательных ионов (анионов), удерживаемых вместе электростатическими силами в жестком массиве или решетке.
  • Ионная связь относится к электростатическому притяжению между катионами и анионами.
  • Физические свойства ионных соединений:

    ⚛ Высокая температура плавления и высокая температура кипения

    ⚛ Ионные твердые тела не проводят электричество (они изоляторы).

    ⚛ Когда расплавленные (жидкие) ионные соединения проводят электричество.

    ⚛ При растворении в воде с образованием водного раствора ионные соединения проводят электричество.

    ⚛ Жесткий

    ⚛ Хрупкий

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Физические свойства ионных соединений: высокая температура плавления

Ионные соединения имеют высокие температуры плавления.

Электростатическое притяжение (ионная связь) между катионами и анионами сильно.
Чтобы преодолеть это притяжение, требуется много энергии, чтобы ионы могли двигаться более свободно и образовывать жидкость.

Факторы, влияющие на температуру плавления ионного соединения:

  • Заряд на ионах.
  • Размер ионов.

(i) Заряд ионов

Как правило, чем больше заряд, тем больше электростатическое притяжение, чем сильнее ионная связь, тем выше температура плавления.

В таблице ниже сравниваются точка плавления и заряды ионов для двух ионных соединений, хлорида натрия (NaCl) и оксида магния (MgO).

Ионное соединение Точка плавления (° C) Катионный заряд Заряд аниона
NaCl
(Na + Cl )
801 +1 –1
MgO
(Mg 2+ O 2-)
2800 +2 -2

MgO имеет более высокую температуру плавления, чем NaCl, потому что 2 электрона передаются от магния к кислороду с образованием MgO, в то время как только 1 электрон передается от натрия к хлору с образованием NaCl.

(ii) Размер ионов.

Ионы меньшего размера могут упаковываться ближе друг к другу, чем ионы большего размера, поэтому электростатическое притяжение больше, ионная связь сильнее, температура плавления выше.

Температура плавления фторидов щелочных металлов группы 1 сравнивается с ионным радиусом катиона в таблице ниже.

Ионное соединение Температура плавления (° C) Радиус катиона (пм)
NaF 992 выше M.С. 99 меньший радиус
KF 857 136
руб. 775 148
CSF 683 нижний M.С. 169 больший радиус

По мере того как радиус катионов увеличивается вниз по группе 1 от Na + до Cs + , температуры плавления фторидов снижаются.

Физические свойства ионных соединений: проводимость

Для того чтобы вещество проводило электричество, оно должно содержать подвижные частицы, способные нести заряд.

Ионное твердое тело Ионная жидкость Водный раствор
Подвижность ионов очень плохо хорошо хорошо
Электропроводность очень плохо хорошо хорошо

Твердые ионные соединения не проводят электричество, потому что ионы (заряженные частицы) заключены в жесткую решетку или массив.
Ионы не могут выходить из решетки, поэтому твердое тело не может проводить электричество.

При нагревании твердое ионное вещество плавится с образованием жидкости или расплавленного ионного соединения.
Ионы в расплавленном или жидком ионном соединении могут свободно выходить за пределы структуры решетки.

Когда электрический ток проходит через расплавленное ионное соединение:

  • Катионы (положительные ионы) движутся к катоду

    M + (л) + e → M (л)

  • Анионы (отрицательные ионы) движутся к аноду

    X (л) → X + e

Когда твердое ионное вещество растворяется в воде с образованием водного раствора:

MX (водн.) → M + (водн.) + X (водн.)

ионы высвобождаются из структуры решетки и могут свободно перемещаться, поэтому раствор проводит электричество так же, как расплавленное (жидкое) ионное соединение.

Физические свойства ионных соединений: хрупкость

Ионные твердые тела хрупкие.

Когда к ионной решетке прикладывается напряжение, слои слегка сдвигаются.

Слои расположены так, что каждый катион окружен анионами в решетке.
Если слои сдвигаются, ионы с одинаковым зарядом сблизятся.

Ионов одного заряда будут отталкиваться друг от друга, поэтому структура решетки распадается на более мелкие части.

Свойства материалов

Алюминиевые сплавы и их Классификация: Алюминиевые сплавы использовались во многих применения, где легкость конструкции и устойчивость к коррозии важные. Они также очень хорошие проводники электричество (третье место после серебра и меди соответственно), но имеют высокий коэффициент теплового расширения, что делает их непригоден для применения при высоких температурах (например, внешняя оболочка высокоскоростной самолет, некоторые детали двигателей).

Обозначения из алюминиевого сплава:

Алюминиевые сплавы обычно имеют четырехзначное обозначение. Первое цифра обозначает чистоту или тип сплава. Вторая цифра указывает модификации сплава. Только в серии 1ххх третья и четвертые цифры указывают на чистоту. Например, 1050 означает алюминий чистотой 99,50%. Третья и четвертая цифры в другие серии идентифицируют разные сплавы в группе и не имеют численное значение.

1xxx — Алюминий (не менее 99.0% чистота). Характеристики: (а) очень высокая коррозионная стойкость, (б) высокая электрическая и термическая стойкость проводимость, (c) хорошая формуемость, (d) низкая прочность и (e) не термообрабатываемый.

2xxx — Алюминиево-медный сплав. Характеристики: (а) высокая отношение прочности к массе, (б) низкая коррозионная стойкость и (в) термообрабатываемый.

2014-T6 Экструзии — толщина <= 0,499 дюйма (данные из Ref. 2)

Температура (° F) Экспозиция (ч) е (%) s tu (ksi) s cy (тысяч фунтов / кв. Дюйм) E c (10 6 фунт / кв. дюйм) с 0.7 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) с 0,85 (тысяч фунтов / кв. Дюйм) n
75 2,0 7 60 53 10,7 53 50,3 18,5
300 2,0 51 42,5 10.2 41,5 40 24
450 2,0 28 21 9,2 20,5 19,5 25
600 2,0 10 8 7,4 5,5 4,5 5,4

2024-T3 Голые листы и плиты — толщина <= 0,25 дюйма (данные из Ref. 2)

Температура (° F)

Экспозиция (час)

е (%) s tu (ksi) scy (тыс. фунтов на квадратный дюйм) E c (10 6 фунт / кв. дюйм) с 0.7 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) с 0,85 (тысяч фунтов / кв. Дюйм) n
75 2,0 12 65 40 10,7 39 36 11,5
300 2,0 65 37 10.3 35,7 33,5 15
500 2,0 65 26 8,4 24,8 22,8 10,9
700 2,0 65 7,5 6,4 6,2 5,5 8,2

3xxx — Алюминиево-марганцевый сплав. Характеристики: (а) хорошая формуемость, (б) умеренная прочность и (в) не нагревается поддается лечению.

4xxx — Алюминиево-кремниевый сплав. Характеристики: (а) нижний температура плавления выше нормальной, и (б) не подлежат термической обработке.

5xxx — Алюминиево-магниевый сплав. Характеристики: (а) хорошая коррозионная стойкость, (б) легко сваривается, (в) от средней до высокой прочность, и (d) не подлежат термической обработке.

6xxx — Алюминиево-магниево-кремниевый сплав. Характеристики: (а) средняя прочность, (б) хорошая формуемость, обрабатываемость и свариваемость, (c) устойчивость к коррозии, (d) термообработка.

6061-T6 Лист термообработанный и состаренный — толщина <= 0,25 дюйма (данные по ссылке 2)

Температура (° F) Экспозиция (ч) е (%) s tu (ksi) s cy (тысяч фунтов / кв. Дюйм) E c (10 6 фунт / кв. дюйм) с 0,7 (тысяч фунтов / кв. Дюйм) с 0,85 (тысяч фунтов / кв. Дюйм) n
75 0.5 10 42 35 10,1 35 34 31
300 0,5 42 29,5 9,5 29 28 26
450 0,5 42 20,5 8,5 19,3 17,7 10,9
600 0.5 42 7,5 7 6,6 6,2 15,2

7xxx — Алюминиево-цинковый сплав. Характеристики: (а) умеренные очень высокой прочности, (б) поддаются термообработке и (в) склонны к усталость.

7075-T6 Голые листы и плиты — толщина <= 0,5 дюйма (данные из Ref. 2)

Температура (° F) Экспозиция (ч) е (%) s tu (ksi) s cy (тысяч фунтов / кв. Дюйм) E c (10 6 фунт / кв. дюйм) с 0.7 (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) с 0,85 (тысяч фунтов / кв. Дюйм) n
75 2,0 7 76 67 10,5 70 63 9,2
300 2,0 76 54 9.4 55,8 52,5 15,6
450 2,0 76 25,5 8,1 25,4 23,5 12,1
600 2,0 76 8 5,3 7,2 5,2 3,7

Алюминиево-литиевый сплав (без цифрового обозначения). Характеристики: (а) на 10% легче и на 10% жестче, чем другие алюминиевые сплавы и (б) превосходные усталостные характеристики.

Сплав алюминий-железо-молибден-цирконий (без числовых значений обозначение). Характеристики: устойчивость к высоким температурам, 600 ° F.

Термическая обработка:

Четырехзначное обозначение алюминиевых сплавов обычно сопровождается любой из следующих четырех букв: F, O, W и T. Удлинитель F означает готовое изделие (поковки и отливки). до термообработки), O для отожженного, W для нагрева раствора обработанный, и T для термообработки до стабильных условий отпуска другие чем O или F.Обычно используются следующие обозначения характера используемый:

T3 — термообработанный раствор, холодная обработка и естественное старение.

T4 — термообработанный раствор и естественное старение.

Т6 — раствор термообработанный и искусственно состаренный.

Т7 — раствор термообработанный и просроченный.

Т8 — раствор термообработанный, холоднодеформированный и искусственно в возрасте.

В дополнение к этим термообработкам, условие термообработки номер может иметь дополнительную цифровую информацию, например T7xx, где xx описывает либо лечение, снимающее стресс, сплав или степень старения.

Некоторые примеры термической обработки алюминия и сплавов обозначения:

2024 — T3 — сплав алюминия и меди, четвертый в 2xxx серия, которая подвергается термообработке, холодной обработке и, естественно, в возрасте.

7075 — T7351 — это алюминиево-цинковый сплав с износостойкостью и снятие напряжения за счет растяжения [1].

Для получения дополнительной информации о свойствах материала посетите сайт www.matweb.com.

Ссылки:

[1] Ню, Майкл К.Ю., Конструкция планера Проектирование, 1988.

[2] Брюн Э. Ф., Анализ и проектирование летательного аппарата. Конструкции, 1972 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *