Измерение температуры и теплоты плавления олова

Химические свойства.

При комнатной температуре олово химически инертно к кислороду и воде. На воздухе олово постепенно покрывается защитной оксидной пленкой, которая повышает его коррозионную стойкость. С химической инертностью олова и его оксидной пленки в обычных условиях связано использование его в покрытии жестяной тары для продуктов питания, прежде всего – консервных банок. Олово легко наносится на сталь и продукты его коррозии безвредны. В соединениях олово проявляет две степени окисления: +2 и +4, причем соединения олова(II) в большинстве своем относительно нестабильны в разбавленных водных растворах и окисляются до соединений олова(IV) (их используют иногда как восстановители, например SnCl2). Разбавленные соляная и серная кислоты действуют на олово очень медленно, а концентрированные, особенно при нагревании, растворяют его, причем в соляной кислоте получается хлорид олова(II), а в серной – сульфат олова(IV). С азотной кислотой олово реагирует тем интенсивнее, чем выше концентрация и температура: в разбавленной HNO3 образуется растворимый нитрат олова(II), а в концентрированной HNO3 – нерастворимая b-оловянная кислота H2SnO3. Концентрированные щелочи растворяют олово с образованием станнитов – солей оловянистой кислоты H2SnO2; в растворах станниты существуют в гидроксоформе, например Na2. Наибольшее промышленное значение соединения олова(II) имеют в производстве гальванических покрытий. Соединения олова(IV) находят обширное промышленное применение.

Оксиды олова амфотерны, проявляют и кислотные, и основные свойства. Оксид олова(IV) встречается в природе в виде минерала касситерита, а чистый SnO2 получают из чистого металла; диоксид олова SnO2 применяется для приготовления белых глазурей и эмалей. Из SnO2 при взаимодействии со щелочами получают станнаты – соли оловянной кислоты, наиболее важные из которых – станнаты калия и натрия; растворы станнатов находят широкое применение как электролиты для осаждения олова и его сплавов. SnCl4 – тетрахлорид олова, исходное соединение для многих синтезов других соединений олова, включая и оловоорганические.

Производство такого металла

Технология получения олова напрямую связана с формой нахождения. В остальном она не слишком отличается от традиционных методов получения цветных металлов. Схема включает следующие стадии:

обработка руды;
восстановительная плавка – получение чернового металла;
рафинирование чернового металла допустимыми методами.

Необходимое оборудование и материалы

Форма нахождения олова составляет значительные трудности в его производстве. Целесообразным считается переработка руды, содержащей 0,1% металла. А в россыпях его содержанием может быть даже меньше – 0,01%. Часто олово сопровождают ценные и редкоземельные металлы – W, Zr, Та, Nb, что делает обработку бедной руды более перспективным делом.
Самой известной минеральной формой вещества является касситерит – оксид олова. Называют так, собственно, не оксид, а рудный минерал. Оксид образует собой зерна, выделения и агрегаты, в которых размер зерна может быть равным 3–4 мм. Минерал обладает очень широкой цветовой гаммой – от желтого до черного. Красный камень называют «рубиновым оловом». Прозрачные кристаллы встречаются крайне редко и высоко ценятся.

Касситерит входит в состав минералов в качестве микровключений, разного рода выделений и включений. Наиболее известны месторождения России, Малайзии, Индонезии и КНР.

Сульфидные соединения – станнины, выступают второй группой, имеющей промышленное значение. В российских месторождениях эта форма очень распространена.
Разрабатывают минералы, в состав которых входят гидроксидные соединения, а также силикаты и шпинелиды – нигерит, например.

Получение сырья

Метод добычи и получение годного для плавки сырья зависит от типа месторождения. Россыпные, например, разрабатывать проще.

Россыпное месторождение составляют, как правило, пески – мелкозернистые. Разрабатывают их драгированием или с помощью песковых насосов.

Драгирование – включает элементы гравитационного обогащения. Драга – горно-обогатительная установка, который извлекает руду со дна рек, озер или искусственных водоемов. При этом производятся и все остальные процедуры гравитационного обогащения – грохочение, отсадка, концентрирование. Отходы сбрасываются во время работы.
При использовании песковых насосов, грунт вскрывают каким-либо механическим методом, а затем песок смывают водяными струями в искусственный водоем. Затем песковым насосом руда подается на промывную галерею – систему длинных промывных лотков. Так как касситерит довольно тяжел, он оседает на дне. Затем концентрат собирают и подают на обогатительный стол.

Коренное месторождение чаще всего представляют собой наклонную, реже вертикальную штольню. Руда подается на мельницы и щековые дробилки, где измельчается до состояния песка. Затем руду обогащают: пирит и породные хвосты отделяют методами гравитационного или флотационного обогащения. Сульфидные руды отжигают или выщелачивают – так улавливают свинец, золото, медь. Так как руда коренного месторождения более бедна, то после обжига опять проводится гравитационное обогащение.

В целом на россыпных месторождениях получают концентрат касситерита с долей металла в 70–76%, а на коренных – 18–60%.

О добыче олово расскажет этот видеоролик:

Технологии

На завод по плавке цветного металла руда попадает уже обогащенная. При необходимости процесс обогащения повторяется, например, путем возгонки олова. Затем руду измельчают в порошок и промывают на специальных устройствах. Таким образом получают рудный шлих.

Шлих обязательно подвергается обжигу, чтобы удалить мышьяк и вольфрам. Для извлечения вольфрама может производиться спекание с содой.

Восстановительная плавка

Для восстановления, то есть, получения металла из оксида, применяют плавку с углеродсодержащими соединениями. В качестве оборудования используют 2 вида аппаратов.

Шахтные оловоплавильные – восстанавливает оксид древесный уголь, который загружают послойно вместе с касситеритом. При нагревании металл восстанавливается.
Отражательные печи – здесь руда подается вместе с каменным углем и известняком.

В обоих случаях получают шлаки чересчур «богатые» – содержащие до 25% вещества, поэтому они подвергаются вторичной плавке при более высокой температуре и с новыми порциями угля. В итоге выплавляют черновое олово с большой долей железа – железистая печная настыль.

Получение олова в домашних условиях

Сегодня олово в чистом виде встречается довольно редко. Даже припой для паяльника имеет примеси. Но пытливые умы, постоянно задаются вопросом: «Где взять чистое олово?». Добыть его можно довольно просто, прямо у себя на кухне, из обычной консервной банки. Фокус состоит в том, что такие банки изнутри луженые, то есть, покрыты тонким слоем олова. Это делается, для защиты метала от коррозии. Для извлечения олова нам понадобится:

консервная банка,
стиральная сода,
несколько батареек (чтобы общее напряжение составило 9-12 Вольт),
раствор щелочи (его приготовление будет описано ниже).

Предварительно банку требуется хорошо очистить. Для этого налейте в нее концентрированный раствор стиральной соды и прокипятите 30 мин. Далее нужно промыть ее несколько раз водой. Батарейки нужно соединить последовательно либо можно использовать автомобильный аккумулятор.

Положительный контакт соединяется непосредственно с банкой. Отрицательный – с угольным стержнем, который можно добыть из той же самой батарейки. Он находится внутри ее. Аккуратно опустите стержень в банку с раствором. Главное, что бы он не касался ее стенок. Через некоторое время, на отрицательном контакте начнет собираться губчатое олово.

Это будет сопровождаться пузырьками в электролите. После окончания процедуры, требуется достать стержень покрытый оловом, положить в чистую банку из металла и поставить на огонь. Олово сплавится в слиток.

Приготовление щелочи

Сделать его очень легко. Для этого требуется смешать стиральную соду с гашеной известью и прокипятить раствор. В результате образуется едкий натр (щелочь), а мел выпадет в осадок. После охлаждения и фильтрации, останется только щелочной раствор.

«Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления»

Плавление

Плавление — это процесс превращения вещества из твёрдого состояния в жидкое.

Наблюдения показывают, что если измельчённый лёд, имеющий, например, температуру –10 °С, оставить в тёплой комнате, то его температура будет повышаться. При 0 °С лёд начнет таять, а температура при этом не будет изменяться до тех пор, пока весь лёд не превратится в жидкость. После этого температура образовавшейся изо льда воды будет повышаться.

Это означает, что кристаллические тела, к которым относится и лед, плавятся при определённой температуре, которую называют температурой плавления

Важно, что во время процесса плавления температура кристаллического вещества и образовавшейся в процессе его плавления жидкости остаётся неизменной

В описанном выше опыте лёд получал некоторое количество теплоты, его внутренняя энергия увеличивалась за счёт увеличения средней кинетической энергии движения молекул. Затем лёд плавился, его температура при этом не менялась, хотя лёд получал некоторое количество теплоты. Следовательно, его внутренняя энергия увеличивалась, но не за счёт кинетической, а за счёт потенциальной энергии взаимодействия молекул. Получаемая извне энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. Подобным образом происходит плавление любого кристаллического тела.

Аморфные тела не имеют определённой температуры плавления. При повышении температуры они постепенно размягчаются, пока не превратятся в жидкость.

Кристаллизация

Кристаллизация — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние. Охлаждаясь, жидкость будет отдавать некоторое количество теплоты окружающему воздуху. При этом будет уменьшаться её внутренняя энергия за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул. При определённой температуре начнётся процесс кристаллизации, во время этого процесса температура вещества не будет изменяться, пока всё вещество не перейдет в твёрдое состояние. Этот переход сопровождается выделением определённого количества теплоты и соответственно уменьшением внутренней энергии вещества за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия его молекул.

Таким образом, переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние происходит при определённой температуре, называемой температурой кристаллизации. Эта температура остаётся неизменной в течение всего процесса плавления. Она равна температуре плавления этого вещества.

На рисунке приведён график зависимости температуры твёрдого кристаллического вещества от времени в процессе его нагревания от комнатной температуры до температуры плавления, плавления, нагревания вещества в жидком состоянии, охлаждения жидкого вещества, кристаллизации и последующего охлаждения вещества в твёрдом состоянии.

Удельная теплота плавления

Различные кристаллические вещества имеют разное строение. Соответственно, для того, чтобы разрушить кристаллическую решётку твёрдого тела при температуре его плавления, необходимо ему сообщить разное количество теплоты.

Удельная теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг кристаллического вещества, чтобы превратить его в жидкость при температуре плавления. Опыт показывает, что удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.

Удельная теплота плавления обозначается буквой λ. Единица удельной теплоты плавления — = 1 Дж/кг.

Значения удельной теплоты плавления кристаллических веществ приведены в таблице. Удельная теплота плавления алюминия 3,9*105 Дж/кг. Это означает, что для плавления 1 кг алюминия при температуре плавления необходимо затратить количество теплоты 3,9*105 Дж. Этому же значению равно увеличение внутренней энергии 1 кг алюминия.

Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для плавления вещества массой m, взятого при температуре плавления, следует удельную теплоту плавления λ умножить на массу вещества: Q = λm.

Эта же формула используется при вычислении количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации жидкости.

Конспект урока «Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления».

Следующая тема: «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания топлива».

Характеристики алюминиевых сплавов

Сплавы на основе алюминия могут обладать самыми различными характеристиками, так как при их получении проводится смешивание различных примесей

Именно поэтому рассматривая механические свойства алюминиевых сплавов следует уделить внимание тому, какие именно элементы входят в состав

Для начала отметим классификацию материалов, которые получаются при соединении меди и алюминия. Они делятся на три основные группы:

Действующие элементы медь и алюминий.
Действующие элементы медь, магний и алюминий.
Сочетание меди, алюминия и магния с добавлением легирующих элементов (в основном марганца).

Последняя группа сегодня получила довольно большое распространение, так как температура плавления алюминиевых сплавов, входящих в нее, довольно высока. Сплавы последней группы называют дюралюминием.

Слитки из алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы

Рассматривая дюралюминий уделим внимание нижеприведенным моментам:

В состав данного сплава входят железо и кремний. В большинстве случаев подобные легирующие элементы воспринимаются как вещества, ухудшающие эксплуатационные качества. В данном случае железо способствует повышению жаростойкости, а кремний позволяет с высокой эффективностью провести старение.
Входящие в состав магний и марганец повышают прочность. За счет их включения в состав стало возможно использовать дюралюминий при производстве обшивочных листов для высокоскоростных поездов и летательных аппаратов или самолетов.

Среди основных особенностей можно отметить нижеприведенные моменты:

С увеличением концентрации магния повышается прочность, но уменьшается коррозионная стойкость.
Прирост магния на 1% приводит к повышению прочности примерно на 30 000 Па.
В большинстве сплавов не более 6% магния. Это связано с тем, что слишком большая концентрация станет причиной покрытия всей поверхности коррозией. Также большая концентрация марганца становится причиной неоднородности структуры, неравномерная нагрузка может стать причиной появления трещины или другой деформации.

Сочетание алюминия с марганцем практически не подвергают термической обработке. Это связано с тем, что даже при соблюдении условий проведения закалки существенно изменить эксплуатационные качества сплава не получится. Плотность алюминиевого сплава может колебаться в достаточно большом диапазоне: от 2 до 4 грамм на кубический сантиметр.

Рассматривая слав, прочность которого имеет рекордные показатели, следует уделить внимание сплаву алюминия с цинком и магнием. При применении современных технологий производства можно добиться качеств, которые будут характерны для титана. Среди особенностей подобного сплава отметим:

Среди особенностей подобного сплава отметим:

Термическая обработка становится причиной растворения цинка, за счет чего предел прочности алюминиевого сплава возрастает в несколько раз.
Применять подобный материал в электрической промышленности нельзя, так как прохождение электричества становится причиной существенного снижения коррозионной стойкости.
Коррозионная стойкость в некоторых случаях повышается путем добавления меди, но все же она становится низкой.

В литейной промышленности весьма большое распространение получили алюминиевые сплавы, которые в своем составе имеют кремний. Тот момент, что при термической обработке кремний отлично растворяется в алюминии, позволяет использовать металл при фасонном или формовочном литье. Получаемые изделия хорошо обрабатываются резанием, а также обладают повышенной плотностью.

Примером можно назвать то, что железо добавляется в состав для упрощения процесса отделения детали от формы. В состав могут добавляться титан, который существенно повышает показатель прочности.

Подводя итоги по характеристикам алюминиевых сплавов можно отметить нижеприведенные моменты:

Предел текучести может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
Температура плавления алюминия может изменяться в зависимости от того, какие применялись легирующие вещества.
Прочность материала можно существенно повысить.
Некоторые легирующие элементы снижают коррозионную стойкость, улучшая другие эксплуатационные качества. Именно поэтому проводится покрытие поверхности защитными веществами.

Из-за легкости и прочности, а также относительно высокой коррозионной стойкости алюминиевые сплавы получили достаточно широкое применение. Альтернативных материалов, которые обладают подобными свойствами и низкой стоимостью, практически нет.

График плавления льда

Ниже на рисунке представлен график плавления кристаллического тела, в данном случае льда.

График показывает зависимость температуры льда от времени, которое его нагревают. На вертикально оси отложена температура, по горизонтальной — время.

Из графика, что изначально температура льда была -20 градусов. Потом его начали нагревать. Температура начала расти. Участок АВ это участок нагревания льда. С течением времени, температура увеличилась до 0 градусов. Эта температура считается температурой плавления льда. При этой температуре лед начал плавиться, но при этом перестала возрастать его температура, хотя при этом лед также продолжали нагревать. Участку плавления соответствует участок ВС на графике.

Затем, когда весь лед расплавился и превратился в жидкость, температура воды снова стала увеличиваться. Это показано на графике лучом C. То есть делаем вывод, что во время плавления температура тела не изменяется, вся поступающая энергия идет на плвление.

Месторождения оловянных руд

Д.И. Менделеев писал:

Олово относится к редким рассеянным металлам. В природе среди элементов занимает 47-е место по распространенности.

Мировые запасы оловянных руд расположены в:

Китае;
Малайзии;
Индонезии;
Бразилии;
Перу;
Австралии.

Значимые месторождения российских оловянных руд сосредоточены на Дальнем Востоке (в Приморском крае, в Якутии, в Хабаровском крае). Добыча металла большей частью происходит в подземных шахтах.

Основные руды:

оловянный камень, касситерит — содержит до 78% металла;
Кристаллы касситерита
оловянный колчедан (станин), 27,5% олова;
тиллит.

Печально: по подсчетам ученых, оловосодержащих минералов на Земле осталось лет на 30. Потом придется добывать его из лома, или искать замену…

Сплавы для пайки

На практике многие сталкиваются с плавлением при пайке деталей. Если поверхности соединяемых материалов очищены от загрязнений и окислов, то их нетрудно спаять припоями. Принято делить припои на твердые и мягкие. Мягкие получили наибольшее распространение:

ПОС-15 — 278…282 °C;
ПОС-25 — 258…262 °C;
ПОС-33 — 245…249 °C;
ПОС-40 — 236…241 °C;
ПОС-61 — 181…185 °C;
ПОС-90 — 217…222 °C.

Их выпускают для предприятий, изготавливающих разные радиотехнические приборы.

Твердые припои на основе цинка, меди, серебра и висмута имеют более высокую температуру плавления:

ПСр-10 — 825…835 °С;
ПСр-12 — 780…790 °С;
ПСр-25 — 760…770 °С;
ПСр-45 — 715…721 °С;
ПСр-65 — 738…743 °С;
ПСр-70 — 778…783 °С;
ПМЦ-36 — 823…828 °С;
ПМЦ-42 — 830…837 °С;
ПМЦ-51 — 867…884 °С.

Использование твердых припоев позволяет получать прочные соединения.

Внимание! Ср означает, что в составе припоя использовано серебро. Такие сплавы обладают минимальным электрическим сопротивлением

Свойства металла и использование в производстве

Цвет чистого металла — серебристо-белый. Довольно хрупок при температуре двадцать-двадцать пять градусов (т.е. комнатной), особенно если содержит примеси. При нагревании до 100 — 150 градусов по Цельсию металл становится пластичным и ковким. При разогревании выше чем сто-сто пятьдесят градусов хрупкость опять возвращается.

Температура плавления цинка — 907 градусов по Цельсию.
Относительная атомная масса цинка — 65,38 а. е. м. ± 0,002 а. е. м.
Плотность цинка — 7,14 г/см3.

Металл цинк занимает четвертое место по использованию в различных сферах производства:

Он применяется при добыче и обработке золотой и серебряной руды.
Оцинковка защищает сталь от коррозии.
Важную роль металл играет в батарейках и аккумуляторах.
С помощью цинковых пластинок печатаются иллюстрации в журналах и книгах.
В медицине цинковая окись используется как антисептик.
Применяется в автомопроизводстве.

Задача №1

Кусок алюминия массой $10 \space кг$, взятый при температуре плавления $660 \degree C$, полностью расплавился. Какое для этого потребовалось количество теплоты?

Дано:$m = 10 \space кг$$t = 660 \degree C$$\lambda = 8.9 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг}$

$Q — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Так как тело взято при его температуре плавления $t = 660 \degree C$, нужно рассчитать количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела, по формуле:$Q = \lambda m$,

$Q = \lambda = 8.9 \cdot 10^5 \frac{Дж}{кг} \cdot 10 \space кг = 8.9 \cdot 10^6 \space Дж = 8.9 \space МДж$.

Ответ: $Q = 8.9 \space МДж$.

Технология получения

Исходником для получения металла служит касситерит.

Кристаллы касситерита — оловянная руда

Процесс несложен:

Руду дробят до частиц не крупнее сантиметра.
Методом флотации отделяют пустую породу. Содержание металла повышается до 42-68%.
Серу и мышьяк удаляют кислородным обжигом концентрата.
Полученным продуктом загружают плавильную печь, чередуя послойно концентрат с древесным углем. Получается восстановленное олово.
Второй вариант восстановления – алюминием либо цинком.

Оловянная руда При необходимости металл дополнительно очищают зонной плавкой либо электрохимическим рафинированием.

Почему твердое становится жидким?

Нагревание твердого тела приводит к увеличению кинетической энергии атомов и молекул, которые при нормальной температуре находятся четко в узлах кристаллической решетки, что и позволяет телу сохранять постоянные форму и размеры. При достижении некоторых критических значений скоростей атомы и молекулы начинают покидать свои места, происходит разрыв связей, тело начинает терять свою форму — становится жидким. Процесс плавление происходит не резким скачком, а постепенно, так, что некоторое время твердая и жидкая компоненты (фазы) находятся в равновесии. Плавление относится к эндотермическим процессам, то есть к таким которые происходят с поглощением теплоты. Противоположный процесс, когда жидкость затвердевает называется кристаллизацией.

Рис. 1. Переход твердого, кристаллического, состояния вещества в жидкую фазу.

Было обнаружено, что до окончания процесса плавления температура не изменяется, хотя тепло все время поступает. Никакого противоречия здесь нет, так как поступающая энергия в этот период времени уходит на разрыв кристаллических связей решетки. После разрушения всех связей приток тепла будет повышать кинетическую энергию молекул, а следовательно, температура начнет расти.

Рис. 2. График зависимости температуры тела от времени нагрева.

ПРИМЕНЕНИЕ

Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb₃Sn.
Дисульфид олова SnS₂ применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).

Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова 117mSn и 119mSn — источники гамма-излучения, являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
Интерметаллические соединения олова и циркония обладают высокими температурами плавления (до 2000 °C) и стойкостью к окислению при нагревании на воздухе и имеют ряд областей применения.

Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.
Двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.
Смесь солей олова — «жёлтая композиция» — ранее использовалась как краситель для шерсти.

Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
Исследуются изолированные двумерные слои олова (станен), созданные по аналогии с графеном.

Олово (англ. Tin) – Sn

Молекулярный вес	118.71 г/моль
Происхождение названия	от ср. древневерхненемецкого elo — «жёлтый», лат. albus — «белый», так что металл назван по цвету
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

Основные характеристики алюминия

33 3превышает аналогичный показатель

Благодаря своему составу, этот металл можно легко раскатать в тонкий лист или вытянуть в проволоку. При соприкосновении с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка (оксид алюминия), которая является защитой от окисления и обеспечивает его высокие антикоррозионные свойства. Тонкий алюминий, например, фольга или порошок этого металла мгновенно сгорают, если их нагреть до высоких температур и становятся оксидом алюминия.

Металл не особенно устойчив к агрессивным кислотам. К примеру, его можно растворить в серной или соляной кислотах даже, если они разбавленны, особенно, если их нагреть. Однако он не растворяется ни в разбавленной ни в концентрированной и при этом холодной азотной кислоте, благодаря оксидной пленке. Определенное воздействие на металл имеют водные растворы щелочей — оксидный слой растворяется и образуются соли, содержащие этот металл в составе аниона — алюминаты.

Известно, что алюминий является самым часто встречающимся металлом в природе, но впервые в чистом виде его смог получить ученый-физик из Дании Х. Эрстед еще в 1925 году XIX века. Этот металл занимает третье место по распространенности в природе среди элементов и является лидером среди металлов. 8,8% алюминия содержит земная кора. Его выявили в составе слюд, полевых шпатов, глин и минералов.

Что такое температура плавки металлов?

Итак, для расплавления металл нагревают извне до температуры плавки и продолжают нагревать для преодоления границы фазового перехода. Суть в том, что показатель температуры плавки означает температуру, при которой металл находится в фазовом равновесии, то есть между жидким и твердым телом. Другими словами существует одновременно, как в том, так и в другом состоянии. А для плавления нужно нагреть его больше пограничной температуры, чтобы процесс пошел в нужную сторону.

Стоит сказать о том, что только для чистых составов температура плавки постоянна. Если в составе металла находятся примеси, то это сместит границу фазового перехода, а, соответственно, и температура плавления будет другой. Это объясняется тем, что состав с примесями имеет иную кристаллическую структуру, в которой атомы взаимодейстуют между собой по-другому. Исходя из этого принципа, металлы можно разделить на:

легкого плавления, такие как ртуть и галлий, например, (температура плавки до 600°С)
среднеплавкие — это алюминий и медь (600-1600°С)
тугоплавкие — молибден , вольфрам (больше 1600°С).

Знание показателя температуры плавления необходимо, как при производстве сплавов для правильного расчета их параметров, так и при эксплуатации изделий из них, поскольку этот показатель определяет ограничения их использования. Уже давным давно для удобства ученые физики свели эти данные в одну таблицу. Существуют таблицы температур плавки как металлов, так и их сплавов.

Температура плавления алюминия

температура плавления влияет на выбор

Указанная температура относится к процессу расплавки чистого алюминия. Так как в чистом виде он применяется реже, а введение в его состав примесей меняет температуру плавления. Сплавы алюминия изготавливаются для того, чтобы изменить какие-либо его свойства, увеличить прочность, например, или жароустойчивость. В качестве добавок применяют:

цинк
медь
магний
кремний
марганец.

Обычно добавление других элементов в металл приводит к тому, что температура плавления сплава понижается, но не всегда. К примеру, добавление меди в объеме 5,7% приводит к понижению температуры плавления до 548ºС. Полученный сплав называют дюралюминием, его подвергают дальнейшей термической закалке. А алюминиево-магниевые составы плавятся при температуре 700 — 750ºС.

Во время процесса плавления необходим строгий контроль температуры расплава, а также присутствия газов в составе, которые выявляют через технологические пробы или способом вакуумной экстракции. На заключительной стадии производства сплавов алюминия проводят их модифицирование.

Для чего необходима плавка латуни

Как правило, латунь плавится прежде, чем из нее изготовят фасонные части, конденсационные трубы, сепараторы, червячные винты, втулки, а также иные детали, предназначенные для использования при высоких температурах (до 300 градусов по Цельсию). Плавят латунь для отливки перил, карнизов, дверных ручек, декоративных панно, рам для зеркал и картин. Из этого сплава могут быть отлиты и кухонные принадлежности: чайники, самовары, подносы, хлебницы, декоративная посуда для размещения на стене. Для изготовления сувениров и украшений также пригодится смесь меди и цинка.

Зная, как расплавить латунь, можно осуществить это в домашних условиях. В быту из расплавленной латуни отливают больстеры, затыльники, мебельную и оконную фурнитуру и т.д.

Сплавы металлов

Чтобы проектировать изделия из сплавов, сначала изучают их свойства. Для изучения в небольших емкостях расплавляют изучаемые металлы в разном соотношении между собой. По итогам строят графики.

Нижняя ось представляет концентрацию компонента А с компонентом В. По вертикали рассматривают температуру. Здесь отмечают значения максимальной температуры, когда весь металл находится в расплавленном состоянии.

При охлаждении один из компонентов начинает образовывать кристаллы. В жидком состоянии находится эвтектика – идеальное соединение металлов в сплаве.

Металловеды выделяют особое соотношение компонентов, при котором температура плавления минимальная. Когда составляют сплавы, то стараются подбирать количество используемых веществ, чтобы получать именно эвтектоидный сплав. Его механические свойства наилучшие из возможных. Кристаллические решетки образуют идеальные гранецентрированные положения атомов.

Изучают процесс кристаллизации путем исследования твердения образцов при охлаждении. Строят специальные графики, где наблюдают, как изменяется скорость охлаждения. Для разных сплавов имеются готовые диаграммы. Отмечая точки начала и конца кристаллизации, определяют состав сплава.

Можно ли паять латунь

пайка латуни

Многих новичков, как правило, волнуют вопросы: паяется латунь или нет и до скольки градусов ее можно нагревать. Ответ однозначный: паять латунь можно. Произвести спайку латунных поверхностей вполне реально, хоть и потребуется больше сноровки, чем при соединении обычным припоем. Припой для латуни должен состоять из меди и серебра, соединенных в соотношении 1 к 2. Размещенные на асбестовом основании детали смачивают флюсом (бура, борная кислота, вода), посыпают измельченным припоем, затем нагревают газовой горелкой. Температура не должна превышать 700° C во избежание деформации деталей, нагрев нужно производить постепенно.

Разница между температурами плавления припоя и латунных деталей не превышает 50 °С, поэтому при перегреве есть риск получить вместо качественного изделия большой слиток. Если работа была проделана качественно, то шов будет иметь такой же цвет, как и латунная поверхность детали. Это объясняется химической диффузией. Последний этап пайки – удаление остатков флюса. Для этого используется горячая трехпроцентная серная кислота, которая затем смывается с изделия водой. [Всего: 0 Средний: 0/5]