Физические свойства температура плавления

Плотность, температура плавления и кипения простых веществ

В таблице приводятся основные физические свойства простых веществ: плотность при температуре 20°С (в случае, если плотность измерена при другой температуре, последняя указана в скобках), температура плавления и температура кипения веществ в градусах Цельсия.

Указаны плотность и температуры плавления и кипения следующих простых веществ: азот N₂, актиний Ac, алюминий Al, америций Am, аргон Ar, астат At, барий Ba, бериллий Be, бор B, бром Br, ванадий V, висмут Bi, водород H₂, вольфрам W, гадолиний Gd, галлий Ga, гафний Hf, гелий He, германий Ge, гольмий Ho, диспрозий Dy, европий Eu, железо Fe, золото Au, индий In, йод (иод) J, иридий Ir, иттербий Yb, иттрий Y, кадмий Cd, калий K, кальций Ca, кислород O₂, озон O₃, кобальт Co, кремний Si, криптон Kr, ксенон Xe, кюрий Cm, лантан La, литий Li, лютеций Lu, магний Mg, марганец Mn, медь Cu, молибден Mo, мышьяк As, натрий Na, неодим Nd, неон Ne, нептуний Np, никель Ni, ниобий Nb, олово Sn, осмий Os, палладий Pd, платина Pt, плутоний Pu, полоний Po, празеодим Pr, прометий Pm, протактиний Pa, радий Ra, радон Rn, рений Re, родий Rh, ртуть Hg, рубидий Rb, рутений Ru, самарий Sm, свинец Pb, селен Se, сера S, серебро Ag, скандий Sc, стронций Sr, сурьма Sb, таллий Tl, тантал Ta, теллур Te, тербий Tb, технеций Tc, титан Ti, торий Th, тулий Tu, углерод C (алмаз, графит), уран U, фосфор P (белый, красный), франций Fr, фтор F, хлор Cl, хром Cr, цезий Cs, церий Ce, цинк Zn, цирконий Zr, эрбий Er.

Следует отметить, что плотность веществ в таблице выражена в размерности кг/м 3 . В таблице можно выделить вещества (химические элементы) с минимальной и максимальной плотностью. Наименьшей плотностью из химических элементов обладают газы — например, плотность водорода равна всего 0,08987 кг/м 3 — это самый легкий газ на планете. Из тяжелых элементов высокой плотностью отличаются вольфрам, уран, нептуний, осмий и другие металлы.

Цифры в скобках означают, что вещество при данной температуре разлагается. Сокращения: г. — газ, ж. — жидкость, тв. — твердое вещество, возг. — возгоняется, ромб. — ромбическая структура.

По данным таблицы можно выделить вещества, обладающие минимальной и максимальной температурой плавления и кипения. Самую низкую температуру плавления имеет химический элемент гелий — его температура плавления равна минус 272,2 °С. Гелий также обладает и самой низкой температурой кипения.

Самую высокую температуру плавления среди простых веществ имеет такой химический элемент, как углерод в виде графита. Он начинает плавиться при температуре 3600°С. Другая модификация углерода — алмаз также относится к тугоплавким веществам с температурой плавления 3500°С.

Самую высокую температуру кипения имеет элемент кадмий, он кипит при температуре не ниже 7670°С, хотя начинает плавиться всего лишь при 321°С.

Атомная масса и плотность простых веществ

В таблице приведена атомная масса и плотность следующих химических элементов: азот ,актиний, алюминий, америций, аргон, астат, барий, бериллий, берклий, бор, бром, ванадий, висмут, водород, вольфрам, гадолиний, галлий, гафний, гелий, германий, гольмий, диспрозий, европий, железо, золото, индий, йод, иридий, иттербий, иттрий, кадмий, калий, калифорний, кальций, кислород, кобальт, кремний, криптон, ксенон, кюрий, лантан, литий, лютеций, магний, марганец, медь, менделевий, молибден, мышьяк, натрий, неодим, неон, нептуний, никель, ниобий, олово, осмий, палладий, платина, плутоний, полоний, празеодим, прометий, протактиний, радий, радон, рений, родий, ртуть, рубидий, рутений, самарий, свинец, селен, сера, серебро, скандий, стронций, сурьма, таллий, тантал, теллур, тербий, технеций, титан, торий, тулий, углерод (графит, алмаз), уран, фермий, фосфор, франций, фтор, хлор, хром, цезий, церий, цинк, цирконий, эйнштейний, эрбий.

Указанные значения плотности соответствуют плотности веществ при температуре 20°С и атмосферном давлении, за исключением тех случаев, когда в скобках указана другая температура.

Плотность элементов дана в размерности тонна на кубометр. Например, плотность жидкого азота при температуре -195,8°С равна 0,808 т/м 3 или 808 кг/м 3 ; плотность хлора в газообразном состоянии равна 3,214 кг/м 3 , жидкого — 1557 кг/м 3 . Значения плотности веществ приведены для их естественного молекулярного и агрегатного состояний при указанной температуре.

Источники:
1. Писаренко В.В. Справочник лаборанта-химика. Справ. пособие для проф.-техн. учебн. заведений. М., «Высшая школа», 1970. — 192 стр. с илл.
2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Таблица температур плавления различных металлов, и при скольки градусах они плавятся

В таблице приводятся температуры кипения и плавления простых веществ (химических элементов). Цифры в скобках обозначают, что вещество при данной температуре и разлагается.

Температура кипения и плавления простых веществ

Сокращения: г.— газ; ж. — жидкость; тв. — твердое вещество: возг. — возгорается; ромб. — ромбическая.

ПОИСК

Металлы, температура плавления которых превышает температуру плавления хрома (1890°С), условно относят к тугоплавким.

Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э «) очень близки из-за лантаноидного сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств.

В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием относятся к тугоплавким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (1890°С). Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике.

В производстве тугоплавких металлов (вольфрам, титан и другие) применяется метод порошковой металлургии, заключающийся в восстановлении металла из окислов в форме порошка. Тугоплавкие сплавы производятся прессованием металлических порошков с последующим спеканием в электрических печах. Температура спекания порошка обычно составляет 2/3 от температуры плавления металла.

Температура плавления смесей порошков также бывает ниже плавления чистых металлов. Таким образом, применяя порошковую металлургию, удается понизить температуру, требуемую для получения тугоплавких сплавов, что и является крупным преимуществом порошкового метода.

Следует обратить внимание на постепенное снижение температур ликвидуса по мере перехода от литиевой системы к натриевой и калиевой. У литиевой системы кривые ликвидуса располагаются выше 1000°, у натриевой они снижаются до 800°, а у калиевой — еще ниже, т. е. с увеличением ионного радиуса катиона щелочного металла температура плавления смесей уменьшается.

Некоторые физические свойства переходных металлов (температуры плавления и кипения, а также твердость) обусловлены числом имеющихся в их атомах неспаренных -электронов. Эти свойства постепенно усиливаются, достигая максимума в группе Мп, а затем с юза уменьшаются с увеличением порядкового номера элементов.

Помимо рассмотренных типов связи, особо выделяют металлическую связь, которая проявляется при взаимодействии атомов элементов, имеющих избыток свободных валентных орбиталей по отношению к числу валентных электронов.

При сближении таких атомов, например в результате конденсации пара, электроны приобретают способность свободно перемеш,аться между ядрами в прострaнcтве именно благодаря относительно высокой концентрации свободных орбиталей.

В результате этого в решетке металлов возникают свободные электроны (электронный газ), которые непрерывно перемещаются между положительными ионами, электростатически их притягивают и обеспечивают стабильность решетки металлов. Таков механизм образования металлической связи у непереходных металлов.

У переходных металлов механизм ее образования несколько усложняется часть валентных электронов оказывается локализованной, осуществляя направленные ковалентные связи между соседними атомами.

Поскольку ковалентная связь более прочная, чем металлическая, у переходных металлов температуры плавления и кипения выше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов, а также у переходных металлов с электронными оболочками, близкими к завершению. Это наглядно видно при сопоставлении температур плавления и кипения металлов 6-го периода .

Металлическое олово серебристо-белого цвета, тускнеет на воздухе. Это мягкий легкоплавкий металл (температура плавления 231,9 °С), существующий в двух аллотропных формах а — серое олово, устойчивое ниже 13,2 °С, и р — белое олово, устойчивое выше 13,2 °С. Выше 161 °С и ниже 13,2 °С олово легко рассыпается в порошок.

Сильное различие в температурах плавления н кипения следует объяснить различием прочности химической связи между атомами в металлах. Исследования показали, что в чистом виде металлическая связь хаpaктерна лишь для щелочных и щелочноземельных металлов.

Однако у других металлов, и особенно переходных, часть валентных электронов локализована, т. е. осуществляет ковалентные связи между соседними атомами. А поскольку ковалентная связь прочнее металлической, то у переходных металлов температуры плавления и кипения, намного выше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов.

Свойства металлов температура плавления, прочность, твердость — зависят главным образом от прочности металлической связи. Она у разных металлов неодинакова, и особенно велика у тяжелых металлов с достраивающимся предпоследним электронным слоем атома, поэтому такие металлы отличаются высокой тугоплавкостью и высокой твердостью.

Свинец — мягкий пластичный синевато-серый металл температура плавления 237,4°С.

Свойства. Галлий, индий и таллий представляют собой мягкие серебристо-белые металлы. Температура плавления этих металлов составляет 29,8 °С (Ga), 156,4°С (In) и 304 °С (Т1). Галлий отличается от других элементов подгруппы низкой температурой плавления.

Кадмий и ртуть — серебристо-белые металлы. В обычных условиях ртуть — жидкость, ее температура плавления равна —38,9 С. Это самый легкоплавкий металл. Температура плавления кадмия 321 С.

Хром — серебристо-серый металл. Температура плавления его составляет 1890°С, плотность 7,19 г/см . Чистый хром достаточно пластичен, а технический — самый твердый из всех металлов.

К тугоплавким металлам относят металлы, температура плавления которых выше температуры плавления железа (1539°С), кроме металлов платиновой и урановой групп и некоторых редкоземельных, которые ш этому признаку (температуре плавления) также можно отнести к тугоплавким.

Висмут относится к металлам. Температура плавления 544,5 К, температура кипения 1833 5 К. Энтальпия плавления ДЯ л = 10,48 кДж/моль. Энтальпия испарения А исп= 179,1 кДж/моль.

Кристаллический порошок белого цвета с желтоватым оттенком, растворимый в воде (4. .. 5 %). Малотоксичен. Относится к летучим ингибиторам атмосферной коррозии металлов. Температура плавления 129. .. 134 °С.

Защищает от атмосферной коррозии серебро, никель, олово, алюминий. Не полностью защищает оксидированный магний, кадмий, цинк, медь, железо.

На упаковочные материалы, деревянную тару, краски, органические покрытия, текстиль, кожу отрицательного действия не оказывает.

С увеличением содержания кислорода в металле температура плавления ниобия снижается, чем в значительной степени объясняется разноречивость данных из различных источников.

Второе отличительное свойство карбидов и нитридов переходных металлов — очень высокие температуры плавления.

Некоторые карбиды и нитриды плавятся или разлагаются при температурах выше 3000 °С, а ТаС имеет наивысшую из известных температур плавления — примерно 3983 °С (графит возгоняется при 4000°С).

Читать еще:  Как проверить переменный резистор мультиметром

Температуры плавления карбидов обычно выше, чем у соответствующих переходных металлов температуры плавления или разложения нитридов сравнимы с таковыми у чистых переходных металлов.

Сравнивая эти температуры, можно наблюдать интересное смещение номера группы с максимальной температурой плавления. Среди переходных металлов наивысшие точки плавления имеют элементы VI группы среди карбидов — производные элементов V группы.

Висмут — красновато-белый легкоплавкий металл. Температура плавления его 271,3° С.

Свинец принадлежит к числу легкоплавких металлов (температура плавления 327,3° С), хаpaктеризуется низкой прочностью и высокой пластичностью. Поэтому свинец редко применяется в качестве конструкционного материала. Чаш,е его используют для футеровки некоторых аппаратов, покрытия жести с целью защиты от радиоактивных излучений, для кабельных изделий и т. д.

Температуры плавления и кристаллизации совпад иот только у гшдивпдуальных веществ, в данном случае только у чистых металлов. Температуры плавления твердого раствора и кристаллизации жидкого раствора одинакового состава различны. Твердый раствор одного состава (например, точка q) находится в равновесии с жидким раствором (расплавом) другого состава (точка г).

Физические свойства. Цинк, кадмий и ртуть являются тяжелыми металлами. Ртуть — единственный жидкий при обыкновенных условиях металл температура плавления его около —39° С. Плотности и атомные объемы возрастают от цинка к ртути, а температуры плавления и кипения в том же направлении падают.

По физическим свойствам эти металлы резко отличаются от щелочноземельных металлов . Теплоты сублимации цинка, кадмия и ртути соответственно равны 131,38 112,97 и, 64,64 кдж1г-атом. Они в 1,3—2,7 раза меньше, чем у кальция, стронция и бария, и этим объясняется большая летучесть этих металлов.

При температурах, близких к абсолютному нулю, цинк (0,84° К) и ртуть (4,12° К) являются сверхпроводниками.

Жидкое состояние вещества является промежуточным между твердым и газообразным. Сбласть существования жидкости ограничена со стороны низких температур переходом в твердое состоянии, а со стороны высоких — переходом в газообразное состояние.

Линия, разделяющая жидкую и газообразную фазы, заканчивается критической точкой, соответствующей температуре и давлению, выше которых невозможно существование жидкости в равновесии с паром. Линия равновесия жидкость — твердая фаза критической точки не имеет.

У металлов температура плавления повышается с увеличением давления у льда, кремния, гер1иа-ния — понижается. Жидкости сочетают некоторые свойства как твердых тел, так и газов.

Твердые тела бывают кристаллические и аморфные. По типам связи кристаллы подразделяют на атомные, ионные, металлические и молекулярные. Они обладают ближним и дальним порядками. Ближний порядок означает правильное расположение около фиксированного атома, иона или молекулы определенного числа ближайших соседей.

Дальним порядком называется расположение частиц в определенной последовательности с образованием единой трехмерной решетки. При наличии дальнего порядка расстояние до любого атома кристалла вычисляется через параметры элементарной ячейки по формуле.

Поскольку ковалентная связь более прочна, чем металлическая, можно ожидать, что у переходных металлов температуры плавления и кипения, а также теплота атомизацпи, выше, чем у металлов.

В электрохимических исследованиях иногда используют электроды из сурьмы. Сурьма — легкоплавкий металл (температура плавления 630,5°С), поэтому ее не/гьзя спаивать со стеклом. Для получения электрода используют одновременное расплавление стеклянной трубки и сурьмы, заключенной в ней, на пламени горелки с последующим вытягиванием трубки в капилляр.

В первый период шихта прогревается и сульфат натрия плавится. Чистый сульфат натрия плавится при 890 °С, но при наличии в шихте примесей сульфида натрия, сульфатов и сульфидов щелочных и п1,елочнозсмельных металлов температура плавления сульфата натрия понижается, В период плавления сульфата натрия скорость., его. восстановления гюстепенно растет.

Искрение зависит от многих факторов, к числу которых относятся температура воспламенения металлов, температура плавления и Кипения металлов и продуктов горения, летучесть веществ и др.

Условно жаропрочными металлами называют металлы, температура плавления которых равна или превышает температуру плавления хрома (1875° С).

Все эти металлы представляют собой элементы переменной валентности, входящие в подгруппы от IV левой до VIII правой периодической системы и включают (в последовательности снижения температуры плавления) вольфрам, рений, осмий, тантал, молибден, иридий, ниобий, рутений, гафний, родий, ванадий и хром.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Температура плавления его по новейшим данным 3377° С. Температура кипения около 5800° К [121, 122].

Таблица температур плавления различных металлов, и при скольки градусах они плавятся

В таблице приводятся температуры кипения и плавления простых веществ (химических элементов). Цифры в скобках обозначают, что вещество при данной температуре и разлагается.

Температура кипения и плавления простых веществ

Сокращения: г.— газ; ж. — жидкость; тв. — твердое вещество: возг. — возгорается; ромб. — ромбическая.

ПОИСК

Металлы, температура плавления которых превышает температуру плавления хрома (1890°С), условно относят к тугоплавким.

Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э «) очень близки из-за лантаноидного сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств.

В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием относятся к тугоплавким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (1890°С). Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике.

В производстве тугоплавких металлов (вольфрам, титан и другие) применяется метод порошковой металлургии, заключающийся в восстановлении металла из окислов в форме порошка. Тугоплавкие сплавы производятся прессованием металлических порошков с последующим спеканием в электрических печах. Температура спекания порошка обычно составляет 2/3 от температуры плавления металла.

Температура плавления смесей порошков также бывает ниже плавления чистых металлов. Таким образом, применяя порошковую металлургию, удается понизить температуру, требуемую для получения тугоплавких сплавов, что и является крупным преимуществом порошкового метода.

Следует обратить внимание на постепенное снижение температур ликвидуса по мере перехода от литиевой системы к натриевой и калиевой. У литиевой системы кривые ликвидуса располагаются выше 1000°, у натриевой они снижаются до 800°, а у калиевой — еще ниже, т. е. с увеличением ионного радиуса катиона щелочного металла температура плавления смесей уменьшается.

Некоторые физические свойства переходных металлов (температуры плавления и кипения, а также твердость) обусловлены числом имеющихся в их атомах неспаренных -электронов. Эти свойства постепенно усиливаются, достигая максимума в группе Мп, а затем с юза уменьшаются с увеличением порядкового номера элементов.

Помимо рассмотренных типов связи, особо выделяют металлическую связь, которая проявляется при взаимодействии атомов элементов, имеющих избыток свободных валентных орбиталей по отношению к числу валентных электронов.

При сближении таких атомов, например в результате конденсации пара, электроны приобретают способность свободно перемеш,аться между ядрами в прострaнcтве именно благодаря относительно высокой концентрации свободных орбиталей.

В результате этого в решетке металлов возникают свободные электроны (электронный газ), которые непрерывно перемещаются между положительными ионами, электростатически их притягивают и обеспечивают стабильность решетки металлов. Таков механизм образования металлической связи у непереходных металлов.

У переходных металлов механизм ее образования несколько усложняется часть валентных электронов оказывается локализованной, осуществляя направленные ковалентные связи между соседними атомами.

Поскольку ковалентная связь более прочная, чем металлическая, у переходных металлов температуры плавления и кипения выше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов, а также у переходных металлов с электронными оболочками, близкими к завершению. Это наглядно видно при сопоставлении температур плавления и кипения металлов 6-го периода .

Металлическое олово серебристо-белого цвета, тускнеет на воздухе. Это мягкий легкоплавкий металл (температура плавления 231,9 °С), существующий в двух аллотропных формах а — серое олово, устойчивое ниже 13,2 °С, и р — белое олово, устойчивое выше 13,2 °С. Выше 161 °С и ниже 13,2 °С олово легко рассыпается в порошок.

Сильное различие в температурах плавления н кипения следует объяснить различием прочности химической связи между атомами в металлах. Исследования показали, что в чистом виде металлическая связь хаpaктерна лишь для щелочных и щелочноземельных металлов.

Однако у других металлов, и особенно переходных, часть валентных электронов локализована, т. е. осуществляет ковалентные связи между соседними атомами. А поскольку ковалентная связь прочнее металлической, то у переходных металлов температуры плавления и кипения, намного выше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов.

Свойства металлов температура плавления, прочность, твердость — зависят главным образом от прочности металлической связи. Она у разных металлов неодинакова, и особенно велика у тяжелых металлов с достраивающимся предпоследним электронным слоем атома, поэтому такие металлы отличаются высокой тугоплавкостью и высокой твердостью.

Свинец — мягкий пластичный синевато-серый металл температура плавления 237,4°С.

Свойства. Галлий, индий и таллий представляют собой мягкие серебристо-белые металлы. Температура плавления этих металлов составляет 29,8 °С (Ga), 156,4°С (In) и 304 °С (Т1). Галлий отличается от других элементов подгруппы низкой температурой плавления.

Кадмий и ртуть — серебристо-белые металлы. В обычных условиях ртуть — жидкость, ее температура плавления равна —38,9 С. Это самый легкоплавкий металл. Температура плавления кадмия 321 С.

Хром — серебристо-серый металл. Температура плавления его составляет 1890°С, плотность 7,19 г/см . Чистый хром достаточно пластичен, а технический — самый твердый из всех металлов.

К тугоплавким металлам относят металлы, температура плавления которых выше температуры плавления железа (1539°С), кроме металлов платиновой и урановой групп и некоторых редкоземельных, которые ш этому признаку (температуре плавления) также можно отнести к тугоплавким.

Висмут относится к металлам. Температура плавления 544,5 К, температура кипения 1833 5 К. Энтальпия плавления ДЯ л = 10,48 кДж/моль. Энтальпия испарения А исп= 179,1 кДж/моль.

Кристаллический порошок белого цвета с желтоватым оттенком, растворимый в воде (4. .. 5 %). Малотоксичен. Относится к летучим ингибиторам атмосферной коррозии металлов. Температура плавления 129. .. 134 °С.

Защищает от атмосферной коррозии серебро, никель, олово, алюминий. Не полностью защищает оксидированный магний, кадмий, цинк, медь, железо.

На упаковочные материалы, деревянную тару, краски, органические покрытия, текстиль, кожу отрицательного действия не оказывает.

С увеличением содержания кислорода в металле температура плавления ниобия снижается, чем в значительной степени объясняется разноречивость данных из различных источников.

Второе отличительное свойство карбидов и нитридов переходных металлов — очень высокие температуры плавления.

Некоторые карбиды и нитриды плавятся или разлагаются при температурах выше 3000 °С, а ТаС имеет наивысшую из известных температур плавления — примерно 3983 °С (графит возгоняется при 4000°С).

Температуры плавления карбидов обычно выше, чем у соответствующих переходных металлов температуры плавления или разложения нитридов сравнимы с таковыми у чистых переходных металлов.

Читать еще:  Какие бывают роботы пылесосы

Сравнивая эти температуры, можно наблюдать интересное смещение номера группы с максимальной температурой плавления. Среди переходных металлов наивысшие точки плавления имеют элементы VI группы среди карбидов — производные элементов V группы.

Висмут — красновато-белый легкоплавкий металл. Температура плавления его 271,3° С.

Свинец принадлежит к числу легкоплавких металлов (температура плавления 327,3° С), хаpaктеризуется низкой прочностью и высокой пластичностью. Поэтому свинец редко применяется в качестве конструкционного материала. Чаш,е его используют для футеровки некоторых аппаратов, покрытия жести с целью защиты от радиоактивных излучений, для кабельных изделий и т. д.

Температуры плавления и кристаллизации совпад иот только у гшдивпдуальных веществ, в данном случае только у чистых металлов. Температуры плавления твердого раствора и кристаллизации жидкого раствора одинакового состава различны. Твердый раствор одного состава (например, точка q) находится в равновесии с жидким раствором (расплавом) другого состава (точка г).

Физические свойства. Цинк, кадмий и ртуть являются тяжелыми металлами. Ртуть — единственный жидкий при обыкновенных условиях металл температура плавления его около —39° С. Плотности и атомные объемы возрастают от цинка к ртути, а температуры плавления и кипения в том же направлении падают.

По физическим свойствам эти металлы резко отличаются от щелочноземельных металлов . Теплоты сублимации цинка, кадмия и ртути соответственно равны 131,38 112,97 и, 64,64 кдж1г-атом. Они в 1,3—2,7 раза меньше, чем у кальция, стронция и бария, и этим объясняется большая летучесть этих металлов.

При температурах, близких к абсолютному нулю, цинк (0,84° К) и ртуть (4,12° К) являются сверхпроводниками.

Жидкое состояние вещества является промежуточным между твердым и газообразным. Сбласть существования жидкости ограничена со стороны низких температур переходом в твердое состоянии, а со стороны высоких — переходом в газообразное состояние.

Линия, разделяющая жидкую и газообразную фазы, заканчивается критической точкой, соответствующей температуре и давлению, выше которых невозможно существование жидкости в равновесии с паром. Линия равновесия жидкость — твердая фаза критической точки не имеет.

У металлов температура плавления повышается с увеличением давления у льда, кремния, гер1иа-ния — понижается. Жидкости сочетают некоторые свойства как твердых тел, так и газов.

Твердые тела бывают кристаллические и аморфные. По типам связи кристаллы подразделяют на атомные, ионные, металлические и молекулярные. Они обладают ближним и дальним порядками. Ближний порядок означает правильное расположение около фиксированного атома, иона или молекулы определенного числа ближайших соседей.

Дальним порядком называется расположение частиц в определенной последовательности с образованием единой трехмерной решетки. При наличии дальнего порядка расстояние до любого атома кристалла вычисляется через параметры элементарной ячейки по формуле.

Поскольку ковалентная связь более прочна, чем металлическая, можно ожидать, что у переходных металлов температуры плавления и кипения, а также теплота атомизацпи, выше, чем у металлов.

В электрохимических исследованиях иногда используют электроды из сурьмы. Сурьма — легкоплавкий металл (температура плавления 630,5°С), поэтому ее не/гьзя спаивать со стеклом. Для получения электрода используют одновременное расплавление стеклянной трубки и сурьмы, заключенной в ней, на пламени горелки с последующим вытягиванием трубки в капилляр.

В первый период шихта прогревается и сульфат натрия плавится. Чистый сульфат натрия плавится при 890 °С, но при наличии в шихте примесей сульфида натрия, сульфатов и сульфидов щелочных и п1,елочнозсмельных металлов температура плавления сульфата натрия понижается, В период плавления сульфата натрия скорость., его. восстановления гюстепенно растет.

Искрение зависит от многих факторов, к числу которых относятся температура воспламенения металлов, температура плавления и Кипения металлов и продуктов горения, летучесть веществ и др.

Условно жаропрочными металлами называют металлы, температура плавления которых равна или превышает температуру плавления хрома (1875° С).

Все эти металлы представляют собой элементы переменной валентности, входящие в подгруппы от IV левой до VIII правой периодической системы и включают (в последовательности снижения температуры плавления) вольфрам, рений, осмий, тантал, молибден, иридий, ниобий, рутений, гафний, родий, ванадий и хром.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Температура плавления его по новейшим данным 3377° С. Температура кипения около 5800° К [121, 122].

Температура плавления

Температура плавления и кристаллизации — температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдёт в жидкое состояние, а температура не будет изменяться, пока всё вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в твёрдое состояние (застывать) и, пока оно не застынет полностью, температура не изменится.

Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не изменяется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.

Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления — точкой ликвидуса). Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определенной температурой плавления, как чистые вещества.

Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления. С ростом температуры вязкость таких веществ снижается и материал становится более жидким.

Существует распространенное заблуждение, согласно которому оконные стёкла медленно «сползают» вниз под действием гравитации. В качестве примера приводятся средневековые витражи, стёкла которых были толще в нижней части. Истинная же причина неравномерной толщины связана со старинной технологией изготовления оконных стёкол. Стеклодув выдувал большой пузырь из размягченного стекла и расплющивал его. Из получившегося диска от центра к краям нарезали узкие стекла для витражей. Такие стекла были толще со стороны, соответствующей краю диска, и при установке в переплёт размещались толстой частью вниз. [1]

Поскольку при плавлении объём тела изменяется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы даётся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.

Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана) [ править ]

Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом (англ.). Идея заключалась в наблюдении того, что средняя амплитуда тепловых колебаний увеличивается с увеличением температуры. Плавление начинается тогда, когда амплитуда колебаний становится достаточно большой для того, чтобы соседние атомы начали частично занимать одно и то же прострaнcтво. Критерий Линдемана утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.

Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана [2] :

где — средний радиус элементарной ячейки, — температура Дебая, а параметр для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.

Определение температуры плавления вещества

Температурой плавления (Т_пл) твердого кристаллического вещества называется температура, при которой оно начинает переходить в жидкое состояние при атмосферном давлении. Абсолютно чистое индивидуальное вещество имеет строго определенную Т_пл. Однако в обычной пpaктике вещество редко удается довести до чистоты, близкой к 100 %, поэтому полное превращение твердого образца в жидкость происходит в некотором температурном интервале DТ_пл = Т_к — Т_н, где Т_к и Т_н — соответственно температуры начала и конца плавления. Эти температуры обычно и указывают при хаpaктеристике чистоты полученного вещества (в том числе довольно часто в справочниках; например, в “Справочнике химика”, т. II, для п-аминоацетанилида Т_пл 161 — 162° С, для ванилина 81 — 83° С и т. п.). Чем чище вещество, тем меньше DТ_пл. Пpaктически чистое вещество имеет DТ_пл не более 0,5° С. Разность между началом и концом плавления в 1° С свидетельствует о хорошем качестве полученного продукта. Неправильно принимать за температуру плавления среднюю величину (Т_н + Т_к )/2.

Примесь любого другого вещества, способного полностью или частично смешиваться с исследуемым соединением, понижает его температуру плавления и, как правило, расширяет температурный интервал DТ_пл. Величина DТ_пл получается завышенной также из-за неправильного, слишком быстрого, нагревания образца.

том, что вещество совершенно сухое, стаканчик перед помещением на него образца можно слабо нагреть и подержать измельченное вещество на теплой поверхности в течение некоторого времени (

10 минут). Прикасаются открытым концом капилляра к “горке” измельченного вещества и попавшие внутрь кристаллы проталкивают вниз капилляра, бросая его несколько раз запаянным концом вниз в трубку длиной 60 – 70 см и диаметром около 1 см, поставленную вертикально на металлическую, стеклянную или керамическую поверхность. Уплотнение образца в капилляре происходит при ударе о твердую поверхность. При этом из-за упругой деформации стекла капилляр несколько раз подскакивает внутри трубки. Высота столбика вещества в капилляре должна быть 4 – 5 мм (не больше). Чем лучше уплотнено вещество в капилляре, тем точнее может быть определена температура плавления.

Капилляр прикрепляют к термометру, как об этом было сказано выше, и начинают нагрев прибора.

Если температуру плавления измеряют с целью определения степени чистоты известного продукта, прибор нагревают сначала быстро до температуры приблизительно на 10° С ниже известной из справочника Т_пл чистого вещества. После этого горелку на короткое время отставляют, однако столбик термометра еще продолжает подниматься из-за тепловой инерции. Затем, тщательно дозируя подвод тепла расположением пламени горелки под сеткой, очень медленно поднимают температуру (1 – 2° С за 1 минуту). Чем медленнее поднимается столбик ртути в термометре, тем точнее может быть измерена температура плавления.

В процессе нагревания наблюдают за состоянием вещества в капилляре. Температуру, при которой столбик вещества в результате появления жидкой фазы начинает разрушаться, уменьшаясь в объеме (“съеживается”), принимают за начало плавления. В этот момент отмечают показание термометра (T_н). Еще более замедляют темп нагревания и дожидаются момента, когда вещество в капилляре полностью превратиться в жидкость. Это – конец плавления. Ему соответствует показание термометра T_к.

Если необходимо определить температуру плавления неизвестного вещества, то, прежде всего, следует убедиться, что оно вообще способно расплавляться при такой температуре, которая лежит в обычных пределах величин Т_пл органических соединений (

Читать еще:  Медь и латунь разница

Таблица температур плавления различных металлов, и при скольки градусах они плавятся

В таблице приводятся температуры кипения и плавления простых веществ (химических элементов). Цифры в скобках обозначают, что вещество при данной температуре и разлагается.

Температура кипения и плавления простых веществ

Сокращения: г.— газ; ж. — жидкость; тв. — твердое вещество: возг. — возгорается; ромб. — ромбическая.

ПОИСК

Металлы, температура плавления которых превышает температуру плавления хрома (1890°С), условно относят к тугоплавким.

Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э «) очень близки из-за лантаноидного сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств.

В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием относятся к тугоплавким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (1890°С). Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике.

В производстве тугоплавких металлов (вольфрам, титан и другие) применяется метод порошковой металлургии, заключающийся в восстановлении металла из окислов в форме порошка. Тугоплавкие сплавы производятся прессованием металлических порошков с последующим спеканием в электрических печах. Температура спекания порошка обычно составляет 2/3 от температуры плавления металла.

Температура плавления смесей порошков также бывает ниже плавления чистых металлов. Таким образом, применяя порошковую металлургию, удается понизить температуру, требуемую для получения тугоплавких сплавов, что и является крупным преимуществом порошкового метода.

Следует обратить внимание на постепенное снижение температур ликвидуса по мере перехода от литиевой системы к натриевой и калиевой. У литиевой системы кривые ликвидуса располагаются выше 1000°, у натриевой они снижаются до 800°, а у калиевой — еще ниже, т. е. с увеличением ионного радиуса катиона щелочного металла температура плавления смесей уменьшается.

Некоторые физические свойства переходных металлов (температуры плавления и кипения, а также твердость) обусловлены числом имеющихся в их атомах неспаренных -электронов. Эти свойства постепенно усиливаются, достигая максимума в группе Мп, а затем с юза уменьшаются с увеличением порядкового номера элементов.

Помимо рассмотренных типов связи, особо выделяют металлическую связь, которая проявляется при взаимодействии атомов элементов, имеющих избыток свободных валентных орбиталей по отношению к числу валентных электронов.

При сближении таких атомов, например в результате конденсации пара, электроны приобретают способность свободно перемеш,аться между ядрами в прострaнcтве именно благодаря относительно высокой концентрации свободных орбиталей.

В результате этого в решетке металлов возникают свободные электроны (электронный газ), которые непрерывно перемещаются между положительными ионами, электростатически их притягивают и обеспечивают стабильность решетки металлов. Таков механизм образования металлической связи у непереходных металлов.

У переходных металлов механизм ее образования несколько усложняется часть валентных электронов оказывается локализованной, осуществляя направленные ковалентные связи между соседними атомами.

Поскольку ковалентная связь более прочная, чем металлическая, у переходных металлов температуры плавления и кипения выше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов, а также у переходных металлов с электронными оболочками, близкими к завершению. Это наглядно видно при сопоставлении температур плавления и кипения металлов 6-го периода .

Металлическое олово серебристо-белого цвета, тускнеет на воздухе. Это мягкий легкоплавкий металл (температура плавления 231,9 °С), существующий в двух аллотропных формах а — серое олово, устойчивое ниже 13,2 °С, и р — белое олово, устойчивое выше 13,2 °С. Выше 161 °С и ниже 13,2 °С олово легко рассыпается в порошок.

Сильное различие в температурах плавления н кипения следует объяснить различием прочности химической связи между атомами в металлах. Исследования показали, что в чистом виде металлическая связь хаpaктерна лишь для щелочных и щелочноземельных металлов.

Однако у других металлов, и особенно переходных, часть валентных электронов локализована, т. е. осуществляет ковалентные связи между соседними атомами. А поскольку ковалентная связь прочнее металлической, то у переходных металлов температуры плавления и кипения, намного выше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов.

Свойства металлов температура плавления, прочность, твердость — зависят главным образом от прочности металлической связи. Она у разных металлов неодинакова, и особенно велика у тяжелых металлов с достраивающимся предпоследним электронным слоем атома, поэтому такие металлы отличаются высокой тугоплавкостью и высокой твердостью.

Свинец — мягкий пластичный синевато-серый металл температура плавления 237,4°С.

Свойства. Галлий, индий и таллий представляют собой мягкие серебристо-белые металлы. Температура плавления этих металлов составляет 29,8 °С (Ga), 156,4°С (In) и 304 °С (Т1). Галлий отличается от других элементов подгруппы низкой температурой плавления.

Кадмий и ртуть — серебристо-белые металлы. В обычных условиях ртуть — жидкость, ее температура плавления равна —38,9 С. Это самый легкоплавкий металл. Температура плавления кадмия 321 С.

Хром — серебристо-серый металл. Температура плавления его составляет 1890°С, плотность 7,19 г/см . Чистый хром достаточно пластичен, а технический — самый твердый из всех металлов.

К тугоплавким металлам относят металлы, температура плавления которых выше температуры плавления железа (1539°С), кроме металлов платиновой и урановой групп и некоторых редкоземельных, которые ш этому признаку (температуре плавления) также можно отнести к тугоплавким.

Висмут относится к металлам. Температура плавления 544,5 К, температура кипения 1833 5 К. Энтальпия плавления ДЯ л = 10,48 кДж/моль. Энтальпия испарения А исп= 179,1 кДж/моль.

Кристаллический порошок белого цвета с желтоватым оттенком, растворимый в воде (4. .. 5 %). Малотоксичен. Относится к летучим ингибиторам атмосферной коррозии металлов. Температура плавления 129. .. 134 °С.

Защищает от атмосферной коррозии серебро, никель, олово, алюминий. Не полностью защищает оксидированный магний, кадмий, цинк, медь, железо.

На упаковочные материалы, деревянную тару, краски, органические покрытия, текстиль, кожу отрицательного действия не оказывает.

С увеличением содержания кислорода в металле температура плавления ниобия снижается, чем в значительной степени объясняется разноречивость данных из различных источников.

Второе отличительное свойство карбидов и нитридов переходных металлов — очень высокие температуры плавления.

Некоторые карбиды и нитриды плавятся или разлагаются при температурах выше 3000 °С, а ТаС имеет наивысшую из известных температур плавления — примерно 3983 °С (графит возгоняется при 4000°С).

Температуры плавления карбидов обычно выше, чем у соответствующих переходных металлов температуры плавления или разложения нитридов сравнимы с таковыми у чистых переходных металлов.

Сравнивая эти температуры, можно наблюдать интересное смещение номера группы с максимальной температурой плавления. Среди переходных металлов наивысшие точки плавления имеют элементы VI группы среди карбидов — производные элементов V группы.

Висмут — красновато-белый легкоплавкий металл. Температура плавления его 271,3° С.

Свинец принадлежит к числу легкоплавких металлов (температура плавления 327,3° С), хаpaктеризуется низкой прочностью и высокой пластичностью. Поэтому свинец редко применяется в качестве конструкционного материала. Чаш,е его используют для футеровки некоторых аппаратов, покрытия жести с целью защиты от радиоактивных излучений, для кабельных изделий и т. д.

Температуры плавления и кристаллизации совпад иот только у гшдивпдуальных веществ, в данном случае только у чистых металлов. Температуры плавления твердого раствора и кристаллизации жидкого раствора одинакового состава различны. Твердый раствор одного состава (например, точка q) находится в равновесии с жидким раствором (расплавом) другого состава (точка г).

Физические свойства. Цинк, кадмий и ртуть являются тяжелыми металлами. Ртуть — единственный жидкий при обыкновенных условиях металл температура плавления его около —39° С. Плотности и атомные объемы возрастают от цинка к ртути, а температуры плавления и кипения в том же направлении падают.

По физическим свойствам эти металлы резко отличаются от щелочноземельных металлов . Теплоты сублимации цинка, кадмия и ртути соответственно равны 131,38 112,97 и, 64,64 кдж1г-атом. Они в 1,3—2,7 раза меньше, чем у кальция, стронция и бария, и этим объясняется большая летучесть этих металлов.

При температурах, близких к абсолютному нулю, цинк (0,84° К) и ртуть (4,12° К) являются сверхпроводниками.

Жидкое состояние вещества является промежуточным между твердым и газообразным. Сбласть существования жидкости ограничена со стороны низких температур переходом в твердое состоянии, а со стороны высоких — переходом в газообразное состояние.

Линия, разделяющая жидкую и газообразную фазы, заканчивается критической точкой, соответствующей температуре и давлению, выше которых невозможно существование жидкости в равновесии с паром. Линия равновесия жидкость — твердая фаза критической точки не имеет.

У металлов температура плавления повышается с увеличением давления у льда, кремния, гер1иа-ния — понижается. Жидкости сочетают некоторые свойства как твердых тел, так и газов.

Твердые тела бывают кристаллические и аморфные. По типам связи кристаллы подразделяют на атомные, ионные, металлические и молекулярные. Они обладают ближним и дальним порядками. Ближний порядок означает правильное расположение около фиксированного атома, иона или молекулы определенного числа ближайших соседей.

Дальним порядком называется расположение частиц в определенной последовательности с образованием единой трехмерной решетки. При наличии дальнего порядка расстояние до любого атома кристалла вычисляется через параметры элементарной ячейки по формуле.

Поскольку ковалентная связь более прочна, чем металлическая, можно ожидать, что у переходных металлов температуры плавления и кипения, а также теплота атомизацпи, выше, чем у металлов.

В электрохимических исследованиях иногда используют электроды из сурьмы. Сурьма — легкоплавкий металл (температура плавления 630,5°С), поэтому ее не/гьзя спаивать со стеклом. Для получения электрода используют одновременное расплавление стеклянной трубки и сурьмы, заключенной в ней, на пламени горелки с последующим вытягиванием трубки в капилляр.

В первый период шихта прогревается и сульфат натрия плавится. Чистый сульфат натрия плавится при 890 °С, но при наличии в шихте примесей сульфида натрия, сульфатов и сульфидов щелочных и п1,елочнозсмельных металлов температура плавления сульфата натрия понижается, В период плавления сульфата натрия скорость., его. восстановления гюстепенно растет.

Искрение зависит от многих факторов, к числу которых относятся температура воспламенения металлов, температура плавления и Кипения металлов и продуктов горения, летучесть веществ и др.

Условно жаропрочными металлами называют металлы, температура плавления которых равна или превышает температуру плавления хрома (1875° С).

Все эти металлы представляют собой элементы переменной валентности, входящие в подгруппы от IV левой до VIII правой периодической системы и включают (в последовательности снижения температуры плавления) вольфрам, рений, осмий, тантал, молибден, иридий, ниобий, рутений, гафний, родий, ванадий и хром.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Температура плавления его по новейшим данным 3377° С. Температура кипения около 5800° К [121, 122].