Самый легкоплавкий металл сообщение

Обновлено: 05.07.2024

У каждого элемента из группы металлов имеются уникальный перечень физических и химических свойств, благодаря которым те могут служить на благо человечества. Температура плавления – отнюдь не последний показатель в данном вопросе.

Если речь о металлических элементах, то здесь происходит преобразование из твердого состояния в жидкое при достижении пикового значения по температуре.

Сегодня мы разберем самый легкоплавкий металл и его ближайших соседей по характеристике – рассмотрим свойства, особенности и области применения элементов периодической системы в промышленности и повседневной жизни человека.

Наиболее легкоплавкие металлы

Плавление – процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Он происходит под воздействием тепла, но зависит еще от ряда физических факторов, например от давления. Важную роль в том, насколько легко и тяжело вещество поддается плавлению, также играет его состав, размер кристаллов в решетке и прочность связей между атомами.

Температура плавления металлов очень разнится и может иметь даже минусовые значения. Она колеблется от -39 до +3410 градусов Цельсия. Тяжелее всего в жидкость превращаются молибден, вольфрам, хром, титан. Для этого процесса их требуется нагреть до температуры не менее 2000 градусов.

Наиболее легкоплавкими металлами являются галлий, ртуть, литий, олово, свинец, цинк, индий, висмут, таллий. Подробнее о некоторых из них читайте далее.

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 0С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 0С.

Видео – плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 0С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

Ртуть

Полезный во многих сферах, но ядовитый металл был известен еще до нашей эры. Ртуть использовали античные и средневековые медики для лечения венерических и многих других заболеваний, алхимики пытались сделать из нее золото. Сегодня она применяется в электротехнике, приборостроении и органической химии.

Руть – это наиболее легкоплавкий металл на планете. При нормальных комнатных условиях она всегда жидкая, так как температура ее плавления составляет -39 градуса. Ее пары очень опасны, поэтому ртуть содержат только в контейнерах и специальных стеклянных колбах. На организм она действует как яд, отравляя его и выводя из строя нервную, иммунную, дыхательную и пищеварительную системы.

Воздействие на организм

Длительное воздействие небольших доз ртути проявляется в виде хронических недугов. Человек становится раздражительным и вспыльчивым, страдает от нехватки сна и головных болей, теряет работоспособность, быстро устает.

Острые отравления могут иметь похожие симптомы вначале. Они также сопровождаются повышенной температурой, слабостью, рвотой и тошнотой, болью в желудке, дрожью во всем теле или в отдельных его частях. Вещество поражает почки, что проявляется частыми позывами к мочеиспусканию.

Пищевые отравления ртутью возможны у тех, кто любит морепродукты. Металл отлично усваивается организмом морских обитателей, постепенно накапливаясь в нём. В регионах, где люди постоянно употребляют рыбу и другие продукты моря, могут возникать симптомы хронического отравления. Особенно часто они встречаются у жителей прибрежных областей Канады, Колумбии, Бразилии и Китая.

Галлий

Вторым в списке наиболее легкоплавких металлов находится галлий. Он становится жидкостью при температуре выше 29,5 градусов Цельсия, и размягчить его можно просто подержав немного в руках. При нормальных условиях галлий очень хрупкий, легко поддается механическому воздействию и окрашен в светло-серебристый, несколько голубоватый оттенок.

Металл очень рассеян в земной коре и не встречается в виде самородков. В природе его находят в составе различных минералов, таких как гранат, мусковит, турмалин, хлорит, полевой шпат. Кроме того, он содержится в морской воде. Галлий используют в высокочастотной электронике, для изготовления зеркал и различных сплавов.

Тантал

Внешне имеет светло-серый цвет с небольшим голубоватым оттенком. Температура плавления близка к 3000 °С. Хорошо поддается основным видам обработки. Его можно ковать, прокатывать, производить волочение для изготовления проволоки. Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов. Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.

Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.

Ввиду ряда своих уникальных качеств, считается незаменимым в ядерной, аэрокосмической и радиоэлектронной промышленности.

Индий

В качестве простого вещества индий очень светлый, ковкий и мягкий настолько, что даже оставляет след, если им провести по бумаге. Он также является одним из наиболее легкоплавких металлов, но воздействуют на него только температуры выше 157 °C. Закипает он при 2072 градусах.

Как и галлий, индий не образует собственных месторождений, но содержится в различных рудах. Благодаря своей рассеяности в природе металл довольно дорогой. Его применяют в микроэлектронике, для изготовления легкоплавких сплавов, припоев, жидкокристаллических экранов для техники.

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 – 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов – порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

Олово

Олово плавится от температуры выше 231 градуса по Цельсию. Это пластичный и мягкий металл, светло-серебристого цвета. Оно существует четырех аллотропных модификациях, две из них появляются только при высоком давлении.

Олово довольно рассеяно в природе, но может образовывать собственные минералы, например, станнин и касситерит. Его используют в качестве покрытия для металлов для усиления их устойчивости к коррозии, а также для производства жести, фольги, разнообразных сплавов, посуды и деталей для музыкальных инструментов.

Физико-механические свойства

Металлы с высокой температурой плавления (тугоплавкие) являются переходными элементами. Согласно таблице Менделеева выделяют 2 их разновидности:

Подгруппа 5A – тантал, ванадий и ниобий.
Подгруппа 6A – вольфрам, хром и молибден.

Наименьшей плотностью обладает ванадий – 6100 кг\м3, наибольшей вольфрам – 19300 кг\м3. Удельный вес остальных металлов находится в рамках этих значений. Эти металлы отличаются малым коэффициентом линейного расширения, пониженной упругостью и теплопроводностью.

Данные металлы плохо проводят электрический ток, но обладает таким качеством как сверхпроводимость. Температура сверхпроводящего режима составляет 0,05-9 К исходя из вида металла.

Абсолютно все тугоплавкие металлы отличаются повышенной пластичностью в комнатных условиях. Вольфрам и молибден помимо этого выделяются на фоне остальных металлов более высокой жаропрочностью.

Коррозионная стойкость

Жаропрочным металлам свойственна высокая стойкость к большинству видов агрессивных сред. Сопротивление коррозии элементов 5A подгрупп увеличивается от ванадия к танталу. Как пример, при 25 ºC ванадий растворяется в царской водке, между тем как ниобий полностью инертен по отношению к данной кислоте.

Тантал, ванадий и ниобий отличаются устойчивостью к воздействию расплавленных щелочных металлов. При условии отсутствия в их составе кислорода, которые значительно усиливает интенсивность протекания химической реакции.

Молибден, хром и вольфрам имеют большую сопротивляемость к коррозии. Так азотная кислота, которая активно растворяет ванадий, значительно менее воздействует на молибден. При температуре 20 ºC данная реакция вообще полностью останавливается.

Все тугоплавкие металлы охотно вступают в химическую связь с газами. Поглощение водорода из окружающей среды ниобием осуществляется при 250 ºC. Тантал при 500 ºC. Единственный способ остановить эти процессы – проведение вакуумного отжига при 1000 ºC. Стоит заметить, что вольфрам, хром и молибден куда менее склонны к взаимодействию с газами.

Как уже было сказано ранее, лишь хром отличается сопротивляемостью к окислению. Данное свойство обусловлено его способностью образовывать твердую пленку оксида хрома на своей поверхности. Растворение кислорода хромом происходит только при 700 С. У остальных тугоплавких металлов процессы окисления начинаются ориентировочно при 550 ºC.

Хладноломкость

Распространению использования жаропрочных металлов в производстве мешает обладание ими повышенной склонности к хладноломкости. Это означает, что при падении температуры ниже определенного уровня происходит резкое возрастание хрупкости металла. Для ванадия такой температурой служит отметка в -195 ºC, для ниобия -120 ºC, а вольфрама +330 ºC.

Наличие хладноломкости жаропрочными металлами обусловлено содержанием примесями в их составе. Молибден особой чистоты (99,995%) сохраняет повышенные пластические свойства вплоть до температуры жидкого азота. Но внедрение всего 0,1% кислорода сдвигает точку хладноломкости к -20 С.

Литий

Литий – наиболее легкоплавкий металл, который становится жидкостью при температуре 180 градусов. Он мягкий, хорошо поддается ковке и механической обработке. Он относится к щелочным металлам, но проявляет активность гораздо хуже остальных представителей группы. Он медленно реагирует с влажным воздухом, а в сухой атмосфере остается практически стабильным

Металл встречается в сподумене, лепидолите, в месторождениях с оловом, висмутом и вольфрамом, содержится в морской воде и в звездных космических объектах. Литий часто используется для изготовления гальванических элементов, аккумуляторов, применяют в качестве окислителя, а также в пиротехнике. В сплавах с кадмием, медью и алюминием используется в космической, военной и авиационной технике.

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.

Каждый человек множество раз держал в руках самый легкоплавкий металл, причём без всяких последствий. Речь идет о ртути, грозном и загадочном элементе из подгруппы цинка, занимающем в периодической таблице атомный номер 80.

Общие сведения

Это редкий элемент — общая доля в земных недрах составляет всего 83 мг на одну тонну, причем чаще в рассеянной форме, чем в виде месторождений. Больше всего ее содержится в сульфидах и сланцах, а всего в мире имеется более 20 минералов со ртутью.

Самый легкоплавкий металл

Это единственный из металлов, который может находиться в жидком состоянии при обычной температуре. Такой же и бром, только он относится к галогенам. Твердеет ртуть (и плавится) при -39 °С.

Всего 7 металлов плавятся при минусовой температуре. Литр ртути очень тяжелый — 13,5 кг, а закипит она при +357°С.

Ртуть в природе

Интересно что доказательства ее принадлежности к металлам были опубликованы только в середине XVIII века Брауном и Ломоносовым. Они смогли заморозить ртуть и убедиться в ее металлических свойствах: ковкости, электропроводности, расширении при нагреве.

Самый токсичный металл

Ртути принадлежит высочайшая степень токсичности. Это самый ядовитый из всех нерадиоактивных элементов на планете, который начинает распространять свои пары при комнатной температуре. Если рядом присутствует человек, происходит поражение пищеварения, легких и нервной системы, причём первые признаки интоксикации наступают очень быстро, через 8 часов.

Симптомы отравления ртутью

И даже воздействие небольших доз, но длительный период, способно проявить себя в виде хронических заболеваний. Нервная система в первую очередь реагирует раздражением, недосыпанием, головными болями и быстрой усталостью. Выводится ртуть через почки. Начинаются частые позывы к мочеиспусканию, повышение температуры, рвота, слабость, тошнота, дрожь в теле.

Самая известная экологическая трагедия XX века, болезнь Минамата, вызвана отравлением метилртутью. Промышленное загрязнение бухты этого японского города в 1956 году привело к 3 тыс. жертв.

Безумный Шляпник из “Алисы в стране чудес”

В обычной жизни пищевые отравления грозят любителям морепродуктов. Ртуть содержится и растворяется в морской воде, накапливаясь в организмах его обитателей.

Симптомы хронического отравления часто встречаются в прибрежных районах по всему миру. Особенно страдают беременные и дети, у которых это основная пища. Умеренная олигофрения диагностируется там намного чаще, чем у тех групп, где морская рыба не является основным источником питания.

Хищники, поедая мелочь, сохраняют и приумножает отраву в своих организмах. У каждой четвертой выловленной рыбы содержание металла превышает допустимые пределы. Особенно много его в тунце и лобстере. Экологи бьют тревогу, а компании по производству рыбных продуктов открещиваются. И никакая тепловая обработка не делает мясо менее токсичным.

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.

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.

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)

Покраска судна

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.

Использование самого легкоплавкого металла в медицине

Ядовитый металл чаще всего встречался в эликсирах бессмертия и лекарствах для продления жизни. Алхимики пробовали добывать золото прямо из ртути, только сначала ее надо было нагреть. Ртуть называли праматерью металлов, она входила в теорию трех начал (с серой и солью) и была основным элементом философского камня.

Ртуть

Древнеегипетские жрецы клали немного ртути в сосуд и помещали в горло фараона, чтобы обезопасить его в загробной жизни.

В Индии йоги пили ртутно-серный напиток и утверждали, что таким образом можно продлить жизнь. Одним из самых вопиющих случаев в древности было лечение заворота кишок с помощью данного химического элемента.

Утверждают, что Иван Грозный стал жертвой именно ртути. Предположительно, ему или лечили сифилис, или давали лекарства, содержащие ртуть. То, что русский царь умер в результате ртутной интоксикации и имел деформации костей, свойственные глубоким старикам, уже доказано несколькими учеными.

Иван Грозный

Историки отмечали, что перед смертью царь очень изменился. Постоянная свирепость, искаженные черты лица, на теле не осталось ни единого волоса. Постоянные эпилептические припадки служили очередным доказательством отравления.

Интересно, что мгновенно покончить с жизнью с помощью ртути ни у кого не получалось. Когда самоубийцы выпивали металл — все они выживали. Самыми опасными являются пары и раствор, а сама ртуть никогда не растворится в желудке и выйдет из организма.

В 70-х годах в продаже можно было встретить множество препаратов с ртутью: мочегонные, слабительные, в мазях для отбеливания лица и антисептиках.

Амальгама серебра не так давно была распространенным пломбировочным стоматологическим материалом в России и до сих пор используется в дешевых пломбах за рубежом.

Пломба из амальгамы

Самый легкоплавкий металл на планете необходим человечеству по-прежнему. А вот смогут ли люди дружить с ним, не отравляя жизнь вокруг — очень спорный вопрос…

Каждый металл и их сплавы имеют различные свойства. Одно из таких свойств — температура плавления. Каждый металл плавится при разной температуре. Все что нужно для перевода вещества из твёрдого состояния в жидкое — источник тепла, который будет разогревать металл до определенной температуры.

Так как у каждого металла температура плавления различная, можно определить менее устойчивый металл к температуре и более. Так самый легкоплавкий металл — ртуть, он готов перейти в жидкое состоянии при температуре равно 39 градусов по цельсию. А вот вольфрам( из чего собственно и сделаны вольфрамовые электроды для аргоновой сварки), расплавится только по достижению температуры в 3422 градусов цельсии.

Что касается сплавов, таких как сталь и прочих, определить температуру, при которой те будут плавиться, довольно сложно. Вся сложность в их составе… Так как состав разный, то и температура плавления различная. Как правило, для сплавов указывается диапазон температур, при которых он будет плавиться. Вообще, температура плавления металлов интересная тема.

Способы плавления

Способов плавления два — внешний и внутренний. Каждый из способов по своему эффективен. Во время применений внешнего способа плавления, на металл или сплав воздействуют теплом с наружи, на пример в печи. А в случае с внутренним, через металл пропускается высокий разряд электрического тока или воздействуют электромагнитным полем.

На фото индукционный электромагнитный нагреватель металла для кузнечного дела.

Суть понятия самого легкоплавкого металла

Классификация металлов по плавкости:

легкоплавкие. Температура плавления элементов обязана быть ниже 600 градусов по Цельсию;

Процесс плавления одинаковый для всех металлических элементов – либо внешнее воздействие, либо внутреннее. В первом случае – это расплавка в печах, а во втором – разогревание через пропуск электрического тока сквозь металл. Иногда используется индукционный нагрев в электромагнитном поле с высокой частотой.

Процесс плавки металла через призму науки:

Разогрев до температуры плавления.
Увеличение амплитуды тепловых колебаний молекул внутри металла.
Возникновение дефектов в структуре решетки материала.
Межатомные связи разрываются + параллельно затрачивается энергия.
Образование на поверхности квазижидкого слоя.
Постепенное разрушение решетки и накопление дефектов, что и принято называть процессом плавления.

В зависимости от температуры плавления, выбирают аппараты из сплавов, способных выдержать пиковые значения. Для легкоплавких металлов вопрос решается проще всего.

Второй весомый параметр – температура кипения металла. В 95% случаев она в 2 раза выше температуры плавления. Между собой эти две величины являются прямо пропорциональными + при снижении/увеличения давления на материал, снижается и его показатели плавления с кипением.

10 самых крепких металлов в мире

Таблицы плавления металлов и сплавов

Ниже, представлены таблицы, для наглядного знакомства с температурами плавления тех или иных металлов и их сплавов.

Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов

Таблица с температурами плавления легкоплавких металлов

Название	Обозначение	Плавление	Кипение
Олово	Sn	232°C	2600°C
Свинец	Pb	327°C	1750°C
Цинк	Zn	420°C	907°C
Калий	K	63,6°C	759°C
Натрий	Na	97,8°C	883°C
Ртуть	Hg	38,9°C	356.73°C
Цезий	Cs	28,4°C	667.5°C
Висмут	Bi	271,4°C	1564°C
Палладий	Pd	327,5°C	1749°C
Полоний	Po	254°C	962°C
Кадмий	Cd	321,07°C	767°C
Рубидий	Rb	39,3°C	688°C
Галлий	Ga	29,76°C	2204°C
Индий	In	156,6°C	2072°C
Таллий	Tl	304°C	1473°C
Литий	Li	18,05°C	1342°C

Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов

Таблица температур плавления среднеплавких металлов и сплавов

Название	Обозначение	t Плавления	t Кипения
Алюминий	Al	660°C	2519°C
Германий	Ge	937°C	2830°C
Магний	Mg	650°C	1100°C
Серебро	Ag	960°C	2180°C
Золото	Au	1063°C	2660°C
Медь	Cu	1083°C	2580°C
Железо	Fe	1539°C	2900°C
Кремний	Si	1415°C	2350°C
Никель	Ni	1455°C	2913°C
Барий	Ba	727°C	1897°C
Бериллий	Be	1287°C	2471°C
Нептуний	Np	644°C	3901,85°C
Протактиний	Pa	1572°C	4027°C
Плутоний	Pu	640°C	3228°C
Актиний	Ac	1051°C	3198°C
Кальций	Ca	842°C	1484°C
Радий	Ra	700°C	1736,85°C
Кобальт	Co	1495°C	2927°C
Сурьма	Sb	630,63°C	1587°C
Стронций	Sr	777°C	1382°C
Уран	U	1135°C	4131°C
Марганец	Mn	1246°C	2061°C
Константин	1260°C
Дуралюмин	Сплав алюминия, магния, меди и марганца	650°C
Инвар	Сплав никеля и железа	1425°C
Латунь	Сплав меди и цинка	1000°C
Нейзильбер	Сплав меди, цинка и никеля	1100°C
Нихром	Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия	1400°C
Сталь	Сплав железа и углерода	1300°C — 1500°C
Фехраль	Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния	1460°C
Чугун	Сплав железа и углерода	1100°C — 1300°C

Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов

Таблица температур плавления тугоплавких металлов и сплавов

Название	Обозначение	t Плавления °C	t Кипения °C
Вольфрам	W	3420	5555
Титан	Ti	1680	3300
Иридий	Ir	2447	4428
Осмий	Os	3054	5012
Платина	Pt	1769,3	3825
Рений	Re	3186	5596
Хром	Cr	1907	2671
Родий	Rh	1964	3695
Рутений	Ru	2334	4150
Гафний	Hf	2233	4603
Тантал	Ta	3017	5458
Технеций	Tc	2157	4265
Торий	Th	1750	4788
Ванадий	V	1910	3407
Цирконий	Zr	1855	4409
Ниобий	Nb	2477	4744
Молибден	Mo	2623	4639
Карбиды гафния	3890
Карбиды ниобия	3760
Карбиды титана	3150
Карбиды циркония	3530

Получение тугоплавких материалов

Основная трудность, встречающаяся при получении тугоплавких металлов и сплавов, это их высокая химическая активность, которая мешает быть элементу в чистом виде.

Установка для получения тугоплавких металлов

Наиболее распространенной технологией получения считается порошковая металлургия. Существует несколько способов получить порошок тугоплавкого металла.

Восстановление с помощью триоксида водорода. Такой метод включает в себя несколько этапов, оборудование для обработки — это многотрубные печи, с диапазоном температур от 750 до 950 °С. Данный способ применяется для получения молибдена и вольфрама.
Восстановление водородом из перрената аммония. При температуре около 500 °С, на заключительном этапе, полученный порошок, отделяют от щелочей с помощью кислот и воды. Применяется для получения рения.
Соли различных металлов также применяются для получения порошка молибдена. Например, используют соль аммония металла и его порошок не более 15% от общей массы. Смесь нагревается до 500-850 °С при помощи инертного газа, а затем технология производства предусматривает провести восстановление водородом при температуре 850 — 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов

Полученный этими способами порошок в дальнейшем подвергают к спеканию в специальные формы, для дальнейшей транспортировки и хранения.

На сегодняшний день, эти способы получения чистых тугоплавких металлов продолжают дорабатываться и применяются новые техники извлечения материала из горных пород. С развитием ядерной энергетики, космической отрасли, металлургии, мы в скором времени сможем наблюдать появление новых методов, возможно более дешевых и простых.

Самый тугоплавкий металл в мире расплавили ученые ИЯФ

Тончайший электронный пучок. Скорость – полмиллиметра в секунду. Самый тугоплавкий материал – карбид гафния – поддается за считанные минуты. Сибирские ученые разработали уникальный подход – прямо в электронно-лучевой установке получают карбид из исходных порошкообразных материалов. Тут же материал плавят в готовое изделие, как в 3D принтере. При такой технологии улучшаются и свойства материала. Раньше его синтезировали в огромной печи и только потом делали расплав.

Извержение в жерле вулкана моделируют ученые Академгородка

– При стандартной технологии просто получаются зерна, требуется очень много время, чтобы они соединились друг с другом. Но все равно остается пористость, которая ухудшает свойства конструкционных материалов. А когда мы ударили электронным пучком, металл не просто расплавился, он стал испаряться, это слишком высокое воздействие, а дальше пошла поверхность ровная и гладкая, – рассказывает старший научный сотрудник Института химии твердого тела Алексей Анчаров.

За один сеанс в установке можно изготовить и многослойное изделие – соединить тугоплавкий слой и, например, теплоизоляционный, который защитит от вредного воздействия. Исследование невозможно было бы без уникальной разработки сибирских физиков.

– Обычный электронный пучок чаще всего используется прямой, в нашем случае – пучок поворачивается на 90 градусов, потому что когда идет испарение, мощный поток паров может попадать на катод и вывести его из строя, – поясняет сотрудник Института ядерной физики Юрий Семенов.

Изделия из карбида гафния можно поставить и на промышленный поток, изготовив штампы и трафареты. То есть снизить цену и временные затраты на производство ядерных ректоров, космических ракет и ускорителей.

– Вы сами понимаете, самый высокотемпературный материал находит применение не только в гражданской области. Поэтому в первую очередь он идет на другие применения, тут пока информации нет, – сообщил старший научный сотрудник Института химии твердого тела Алексей Анчаров.

Дальше ученые разработают оптимальные параметры для автоматизации процесса получения и расплава карбида. Есть и конкретное задание – изготовить новый катод для ускорителя ИЯФ. Детали из самого тугоплавкого материала прочнее и долговечнее и сокращают энергозатраты.

Применение и нахождение в природе

Самый легкоплавкий металл в мире находится в природе очень рассеяно. Общая его концентрация в земной коре составляет примерно 83 мг/т, что делает его довольно редким элементом. В больших количествах он находится в глинистых сланцах и сульфидных минералах, в особенности в сфалеритах и антимонитах. Встречается в ливингстонитах и метациннабаритах.

Несмотря на свою токсичность, ртуть применяется во многих сферах, например, в металлургии, медицине, химической промышленности, машиностроении, электротехнике и даже сельском хозяйстве. Самый легкоплавкий металл подходит для наполнения энергосберегающих ламп, термометров и барометров.

В тяжёлой промышленности вещество используют для ртутнопаровых турбин, вакуумных установок и диффузионных насосов. Им наполняют измерительные приборы, аккумуляторы, сухие батареи. Ртуть участвует в производстве кондиционеров, холодильников и стиральных машин. В сельском хозяйстве её применяют в составе пестицидов.

Свойства ртути

Итак, самый легкоплавкий металл – это ртуть. Для её плавления нужна температура от 234,32 К или -38,83 °С. Кроме неё, при низких температурах плавятся свинец, таллий, галлий, висмут, олово, кадмий. Закипает ртуть при 629,88 К или 356,73 градусов Цельсия, а при 4,155 К ведёт себя как сверхпроводник.

Она обладает серебристо-белым цветом с ярко выраженным блеском. В периодической таблице ей присвоен номер 80. Это единственный металл, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. В твёрдом состоянии она обладает ромбоэдрической решеткой.

Смотреть галерею

Самый легкоплавкий металл малоактивен при небольших температурах. В таких условиях он слабо реагирует на окислительные растворы и многие газы. Не вступает в реакцию он и с кислородом воздуха, хотя прекрасно растворяется в царской водке.

С другими металлами ртуть образует различные сплавы, амальгамы. С органическими соединениями образует очень прочные связи. С хлором или йодом соединяется после нагревания, образуя ядовитые и практически не диссоциирующие вещества.

Температура плавления – важная характеристика, которая чаще всего применяется именно к металлам. Она зависит от многих физических свойств веществ – их чистоты и кристаллической структуры. Какой металл наиболее легкоплавкий: Li, Al, Hg, Cu? Давайте выясним, кто из них действительно может называться таковым.

Наиболее легкоплавкие металлы

Ртуть

Галлий

Индий

Олово

Литий

Однозначности в классификации этой группы металлов у специалистов нет. Их главное свойство содержится в названии – легкоплавкие металлы.

Что представляет собой

Как понятно из названия, легкоплавким считается металл с малой температурой плавления.

Перечень

В соответствии с основной классификацией (температура плавления не более 500°С), к списку легкоплавов причислены следующие элементы:

Название	Температура плавления (°С)
Цинк	419
Палладий	327
Свинец	327
Кадмий	321
Таллий	303
Висмут	271
Полоний	254
Олово	232
Индий	157
Натрий	98
Калий	63
Рубидий	39
Галлий	30
Цезий	28
Ртуть	– 39

Ртуть – самый легкоплавкий металл. Она единственная из группы плавится на морозе.

Галлий называют металлом, тающим в руках (нормальная температура тела человека выше точки плавления вещества почти на семь градусов).

Классификация

Легкоплавы подразделяются на две группы:

Тяжелые легкоплавкие металлы – кадмий, кобальт, свинец, ртуть. легкоплавкие металлы – кадмий, олово, галлий, индий, таллий, полоний, висмут.

К драгоценным элементам причислен палладий.

Палладий

Легкие элементы полоний и висмут радиоактивны .

Висмут

Олово, таллий, свинец, цезий – мягкие легкоплавы.

Свинец

Самый мягкий легкоплавкий металл – цезий (0,2 по шкале твердости Мооса).

Где и как применяются

Для всех сфер применения решающее преимущество данной группы – низкая температура плавления.

Особенности использования

На основании этого свойства легкоплавких металлов определены способы использования:

Мягкие легкоплавы – материал пайки микросхем. Пайка обычным припоем исключена, поскольку создает перегрев, который их расплавит.
Гораздо чаще используются сплавы. Они легкоплавки, но плотные, прочные на разрыв, химически инертны.
Самые востребованные соединения: свинцовые, оловянные, кадмиевые, цинковые, ртутные. А также с висмутом, таллием, индием, галлием как базисным компонентом.

Области применения

Сферы применения материала: энергетика, машиностроение, электро-, радиотехника, химпром:

Основа жидких теплоносителей, смазка.
Выплавка моделей сложной конфигурации.
Пожарный сегмент: термодатчики, клапаны тушения огня, другая аппаратура раннего оповещения о возгораниях.
Основа термометров разных видов и предназначения.
Верхний слой, предохранители, термодатчики микроэлектроники.
Медицина. Материал протезов, фиксатор при переломах.

Это также проводники, антикоррозионные покрытия, компонент антифрикционных сплавов.

Используются уникальные свойства отдельных позиций из списка легкоплавов:

Свинец – материал подшипников, предохранителей, аккумуляторов, оболочка кабеля. Это щит от радиоактивного излучения.
Олово – защитный слой стали.
Цинк – компонент латуней, анодное покрытие стальных изделий с высоким КПД.
Галлий – заменитель ртути, сохраняющий вакуум в аппаратуре.

Легко плавящиеся сплавы образуют также щелочные металлы. На практике такие материалы используются мало из-за чрезмерной химической активности.

Биологическое воздействие

Влияние легкоплавов на организм человека различно:

Без калия как удобрения растения чахнут, плохо плодоносят. В организме человека работает в дуэте с натрием. Под его контролем жизненно важные процессы.
Микродозы кадмия содействуют метаболизму. Однако вещество, его растворимые соединения токсичны.
Висмут токсичен, но безопасен для биологических организмов. Это радиоактивное вещество, поэтому аптечные препараты с ним нужно применять строго по инструкции.
О токсичности галлия точки зрения противоположны – от малой до высокой степени. Но интоксикация веществом реальна.
Бесполезные для человека как биологического объекта свинец и ртуть токсичны. Особенно опасна ртуть из разбившегося домашнего градусника.

Читайте также: