Метали - це найпоширеніший матеріал (поряд з пластмасами і склом), який застосовується людьми з давніх часів. Уже тоді людині була відома характеристика металів, він з вигодою використовував всі їх властивості для створення прекрасних творів мистецтва, посуду, предметів побуту, споруд.
Однією з головних рис при розгляді цих речовин є їх твердість і тугоплавкость. Саме ці якості дозволяють визначати область використання того чи іншого металу. Тому розглянемо всі фізичні властивості і особливу увагу приділимо питань плавкости.
Фізичні властивості металів
Характеристика металів за фізичними властивостями може бути виражена у вигляді чотирьох основних пунктів.
- Металевий блиск - все мають приблизно однаковий сріблясто-білий гарний характерний блиск, крім міді і золота. Вони мають червонуватий і жовтий відлив відповідно. Кальцій - сріблясто-блакитний.
- Агрегатний стан - все тверді при звичайних умовах, крім ртуті, яка знаходиться у вигляді рідини.
- Електро- і теплопровідність - характерна для всіх металів, проте виражена в різному ступені.
- Гнучкість і пластичність - також загальний для всіх металів параметр, який здатний варіюватися в залежності від конкретного представника.
- Температура плавлення і кипіння - визначає, який метал тугоплавкий, а який легкоплавкий. Цей параметр різний для всіх елементів.
Всі фізичні властивості пояснюються особливою будовою металевої кристалічної решітки. Її просторовим розташуванням, формою і міцністю.
Легкоплавкие і тугоплавкі метали
Даний параметр є дуже важливим, коли мова заходить про областях застосування розглянутих речовин. Тугоплавкі метали і сплави - це основа машино- і суднобудування, виплавки і лиття багатьох важливий виробів, отримання якісного робочого інструмента. Тому знання температур плавлення і кипіння відіграє основну роль.
Характеризуючи метали по міцності, можна розділити їх на тверді і крихкі. Якщо ж говорити про тугоплавкости, то тут виділяють дві основні групи:
- Легкоплавкие - це такі, які здатні змінювати агрегатний стан при температурах нижче 1000 о С. Прикладами можуть служити: олово, свинець, ртуть, натрій, цезій, марганець, цинк, алюміній та інші.
- Тугоплавкими вважаються ті, чия температура плавлення вище означеної величини. Їх не так багато, а на практиці застосовується ще менше.
Таблиця металів, що мають температуру плавлення понад 1000 ° С, представлена нижче. Саме в ній і розташовуються самі тугоплавкі представники.
Дана таблиця металів включає в себе всіх представників, чия температура плавлення вище 1000 о С. Однак на практиці багато хто з них не застосовуються з різних причин. Наприклад, через економічну вигоду або внаслідок радіоактивності, занадто високого ступеня крихкості, схильності корозійного впливу.
Також з даних таблиці очевидно, що найтугоплавкіший метал в світі - це вольфрам. Найменший показник у золота. При роботі з металами важливе значення має м'якість. Тому багато хто з зазначених вище також не використовуються в технічних цілях.
Найбільш тугоплавкий метал - вольфрам
У періодичної системі розташовується під порядковим номером 74. Назву отримав за прізвищем відомого фізика Стівена Вольфрама. При звичайних умовах являє собою твердий тугоплавкий метал сріблясто-білого кольору. Володіє яскраво вираженим металевим блиском. Хімічно практично інертний, в реакції вступає неохоче.
У природі міститься в вигляді мінералів:
Вченими було доведено, що вольфрам - найбільш тугоплавкий метал з усіх існуючих. Однак існують припущення про те, що Сиборгом теоретично здатний побити рекорд цього металу. Але він є радіоактивним елементом з дуже коротким періодом існування. Тому довести це поки неможливо.
При певній температурі (понад 1500 ° С) вольфрам стає ковким і пластичним. Тому можливе виготовлення тонкого дроту на його основі. Ця властивість використовується для виготовлення ниток розжарювання в звичайних побутових електричних лампочках.
Як найбільш тугоплавкий метал, що витримує температури більше 3400 о С, вольфрам застосовується в наступних областях техніки:
- як електрод при аргонной зварюванні;
- для отримання кислотостійких, зносостійких і жаростійких сплавів;
- як нагрівальний елемент;
- в вакуумних трубках як нитка розжарення та інше.
Крім металевого вольфраму, широко застосовуються в техніці, науці і електроніці його сполуки. Як найтугоплавкіший метал в світі він і з'єднання формує з дуже якісними характеристиками: міцні, стійкі практично до всіх видів хімічного впливу, що не піддаються корозії, витримують низькі і високі температури (переможе, сульфід вольфраму, його монокристали і інші речовини).
Ніобій і його сплави
Nb, або ніобій, - при звичайних умовах сріблясто-білий блискучий метал. Він також є тугоплавким, оскільки температура переходу в рідкий стан для нього складає 2477 про С. Саме ця якість, а також поєднання низької хімічної активності і надпровідності дозволяє ніобію ставати все більш популярним в практичній діяльності людини з кожним роком. Сьогодні цей метал використовується в таких галузях, як:
- ракетобудування;
- авіаційна і космічна промисловість;
- атомна енергетика;
- хімічне апаратобудування;
- радіотехніка.
Цей метал зберігає свої фізичні властивості навіть при дуже низьких температурах. Вироби на його основі відрізняються корозійної стійкістю, жаростійкістю, міцністю, відмінною провідністю.
Метал, у вільному вигляді і при звичайних умовах покритий оксидною плівкою. Володіє набором фізичних властивостей, які дозволяють йому бути широко поширеним і дуже важливим для людини. Його основні характеристики наступні:
- При температурі понад 1000 ° С стає надпровідників.
- Це найбільш тугоплавкий метал після вольфраму і ренію. Температура плавлення становить 3017 про С.
- Прекрасно поглинає гази.
- З ним легко працювати, так як він прокочується в пласти, фольгу і дріт без особливих зусиль.
- Має хорошу твердістю і не крихкий, зберігає пластичність.
- Дуже стійкий до впливу хімічних агентів (розчиняється навіть в царській горілці).
Завдяки таким характеристикам зумів завоювати популярність як основа для багатьох жароміцних і кислототривких, антикорозійних сплавів. Його численні з'єднання знаходять застосування в ядерній фізиці, електроніці, приладах обчислювального плану. Використовуються як надпровідники. Раніше тантал використовувався як елемент в лампах розжарювання. Зараз його місце зайняв вольфрам.
Хром і його сплави
Один з найбільш твердих металів, в природному вигляді голубувато-білого забарвлення. Його температура плавлення нижче, ніж у розглянутих досі елементів, і становить 1907 про С. Однак він все одно використовується в техніці і промисловості повсюдно, так як добре піддається механічним впливам, обробляється і формується.
Особливо цінний хром як напилювачі. Його наносять на вироби для надання їм красивого блиску, захисту від корозії і підвищення зносостійкості. Процес називається хромуванням.
Сплави хрому дуже популярні. Адже навіть невелика кількість цього металу в сплаві значно збільшує твердість і стійкість останнього до впливів.
Один з найдорожчих металів, тому застосування його в технічних цілях утруднено. Однак фізичні характеристики роблять його просто незамінним у багатьох інших галузях.
При звичайних умовах це гарний сріблясто-білий метал. Має досить високою температурою плавлення - 1855 ос Має хорошу твердість, стійкість до корозії, так як хімічно не активний. Також відрізняється чудовою біологічну сумісність зі шкірою людини і всього організму в цілому. Це робить його цінним металом для використання в медицині (інструменти, протези і так далі).
Основні області застосування цирконію і його сполук, в тому числі сплавів, такі:
З цирконію і сплавів на його основі виготовляються навіть прикраси, здатні впливати на поліпшення стану здоров'я людини.
Якщо з'ясовувати, який метал найтугоплавкіший, то, крім зазначеного вольфраму, можна назвати і молібден. Його температура плавлення становить 2623 про С. При цьому він досить твердий, пластичний і піддається обробці.
Використовується він в основному не в чистому вигляді, а як складовий компонент сплавів. Вони, завдяки присутності молібдену, значно зміцнюються в зносостійкості, жароміцності й антикорозійні.
Деякі сполуки молібдену використовують як технічні мастила. Також цей метал є легуючим матеріалом, одночасно впливає і на міцність, і на антикорозійність, що зустрічається дуже рідко.
Сірий метал з сріблястим блиском. Має досить високим показником плавкости (1920 о С). Використовується в основному як каталізатор у багатьох процесах, завдяки своїй інертності. Застосовується в енергетиці як хімічне джерело струму, в виробництвах неорганічних кислот. Основне значення має не чистий метал, а саме деякі його сполуки.
Реній і сплави на його основі
Який метал найтугоплавкіший після вольфраму? Це реній. Його показник плавкости становить 3186 про С. За міцності перевершує і вольфрам, і молібден. Пластичність його не дуже висока. Попит на реній дуже великий, а ось видобуток становить складності. Внаслідок цього він є найдорожчим металом з існуючих на сьогоднішній день.
Застосовується для виготовлення:
- реактивних двигунів;
- термопар;
- ниток розжарювання для спектрометрів і інших пристроїв;
- як каталізатор при нафтопереробці.
Всі області застосування дорогі, тому він використовується тільки в разі крайньої необхідності, коли замінити чимось іншим можливості немає.
титанові сплави
Титан - це дуже легкий метал сріблясто-білого кольору, який знаходить широке застосування в металургійній промисловості та металообробці. Може вибухнути при знаходженні в дрібнодисперсному стані, тому є пожежонебезпечним.
Застосовується в авіа- і ракетобудуванні, при виробництві кораблів. Широко використовується в медицині завдяки біологічної сумісності з організмом (протези, пірсинг, імплантати та інше).
