Любознательных людей наверняка интересует вопрос, какой металл самый тугоплавкий? Прежде чем дать на него ответ, стоит разобраться с сами понятием тугоплавкости. Все известные науки металлы имеют разную температуру плавления в связи с различной степенью устойчивости связей между атомами в кристаллической решетке. Чем слабее эта связь, тем меньшая температура требуется, чтобы ее разорвать.
Самые тугоплавкие металлы в мире используются в чистом виде или в составе сплавов для производства деталей, которые работают в экстремальных термических условиях. Они позволяют эффективно противостоять высоким температурам и значительно продляют эксплуатационный период агрегатов. Но стойкость металлов данной группы к термическому воздействию заставляет металлургов прибегать к нестандартным методам их производства.
Какой металл самый тугоплавкий?
Самый тугоплавкий металл на Земле был открыт в 1781 году шведским ученым Карлом Вильгельмом Шееле. Новый материал получил название вольфрам. Шееле удалось синтезировать триокись вольфрама путем растворения руды в азотной кислоте. Чистый металл был выделен двумя годами позже испанскими химиками Фаусто Фермином и Хуаном Хосе де Элюар.
САМОЕ ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО ЗА 5000 ДОЛЛАРОВ!
Новый элемент не сразу получил признание и был взят на вооружение промышленниками. Дело в том, что технологии того времени не позволяли обрабатывать столь тугоплавкое вещество, поэтому большинство современников не придали особого значения научному открытию.
Вольфрам был оценен гораздо позже. На сегодняшний день его сплавы используются при производстве термостойких деталей для различных отраслей промышленности. Нить накаливания в газоразрядных бытовых лампах также изготавливается из вольфрама. Также он применяется в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел, используется в качестве многоразовых электродов в газодуговой сварке. Кроме тугоплавкости вольфрам также обладает высокой плотностью, что позволяет использовать его для изготовления высококачественных клюшек для гольфа.
Соединения вольфрама с неметаллами также широко применяется в промышленности. Так сульфид используется в качестве термостойкой смазки, способной переносить температуры до 500 градусов по Цельсию, карбид служит для изготовления резцов, абразивных дисков и сверл, способных обрабатывать самые твердые вещества и переносить высокие температуры нагрева. Рассмотрим, наконец, промышленное получение вольфрама. Самый тугоплавкий металл имеет температуру плавления 3422 градуса по Цельсию.
Как получают вольфрам?
Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка. Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию. После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.
Как Расплавить САМЫЙ ТУГОПЛАВКИЙ МЕТАЛЛ?
Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки. Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла. Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.
Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.
Источник: promplace.ru
Самое тугоплавкое вещество золото
В виде небольших рассказов, заметок и ответов на вопросы приведены сведения из различных разделов химии и эпизоды из жизни ученых-химиков. Цель книги — дать читателю представление о химии как о необходимом звене, гармонично связывающем нас с природой, позволяющем создавать необходимые цивилизованному миру предметы и материалы.
Книга рассчитана на широкий круг читателей — преподавателей и студентов, школьников и пенсионеров, инженеров и домохозяек. Любознакльные найдут здесь интересные факты, а практичные читатели — полезные советы и рекомендации.
Книги автора: Книга по химии для домашнего чтения
Книги автора: Книга по химии для домашнего чтения
Книга: Книга по химии для домашнего чтения
5.84. САМОЕ ТУГОПЛАВКОЕ ВЕЩЕСТВО
| 5.83. САМЫЙ ЛЕГКИЙ ИНЕРТНЫЙ ГАЗ И САМАЯ ХОЛОДНАЯ ЖИДКОСТЬ | Вперед >>> 5.85. ВОДОРОДНАЯ ДИВЕРСИЯ |
5.84. САМОЕ ТУГОПЛАВКОЕ ВЕЩЕСТВО
Это неорганический полимер, сополимер карбидов гафния и титана состава (HfC?4TiC)n. Он начинает плавиться только при 4215°C! Среди металлов самым тугоплавким остается вольфрам W (температура плавления 3387°C).
Источник: ours-nature.ru
Физики определили самое тугоплавкое вещество
Если верить википедии, к тугоплавким относятся металлы, которые имеют температуру плавления от 2200 °C. Под это утверждение подпадают ниобий, рений, молибден, тантал и вольфрам.
| Название | Температура плавления |
| Ниобий | 2477°C |
| Молибден | 2623 °C |
| Тантал | 3017 °C |
| Вольфрам | 3422 °C |
| Рений | 3186 °C |
Тугоплавкие металлы широко применяются во многих отраслях промышленности и в повседневной жизни. Их применяют при изготовлении лампочек накаливания, мобильных телефонов, компьютеров или, например, ядерных реакторов.В более широком понятии и практическом применении к тугоплавким металлам еще относят ванадий, гафний, рутений, хром, цирконий и осмий. Их также используют в качестве легирующих элементов в сплавах с металлами из первой группы для улучшения комплекса эксплуатационных или технологических свойств.
Сами по себе чистые металлы конечно применяются в производстве, например чистые молибден и вольфрам применяют в радиоэлектронной промышленности, химическом машиностроении или при производстве печей для термообработки. Но большинство из них склонны к хрупкому разрушению при высоких температурах, также они обладают относительно низкой жаропрочностью. Гораздо интереснее, с точки зрения повышения эксплуатационных свойств, представляется использование сплавов этих металлов.
Что такое тугоплавкость металлов?
Суть термина должна быть ясна из самого словосочетания – это металлы, которые «туго» /тяжело плавятся. В большинстве научной и технической литературы, термин присваивается на основании минимальной температуры плавления химического элемента – от +2 200 градусов по Цельсию.
Важно: помимо основной пятерки тугоплавких металлов, преодолевающих отметку в 2 200, имеется и субподгруппа металлических веществ с температурой плавления в промежутке от 1 850 градусов до 2 2000.
Дополнительные химические элементы относятся к так называемой расширенной группе тугоплавких металлов – 9 веществ + 5 из основной группы. Существуют и другие металлы, у которых температура плавления входит в промежуток тугоплавких веществ, но они расположены в периодической системе за ураном (трансурановые).
В силу нестабильности изотопов + малого распространения по земной поверхности, трансурановые металлы не относят к группе тугоплавких.
Физические/химические свойства тугоплавких металлов:
- если не брать в расчет углерод с осмием, температурные показатели для плавления у веществ не имеет конкурентов в таблице Менделеева;
- высокий порог сопротивления к деформации вещества под постоянным воздействием давления механического типа (деформация ползучести). У обычных металлических элементов оговоренный порог начинается от 220 градусов, а у тугоплавких от 15000 градусов. Именно потому ковать железо куда проще, нежели изделие с ниобия или другого тугоплавкого вещества;
- благодаря простоте вступления в реакции соединения с прочими химическими элементами, найти тугоплавкие металлы в чистом виде почти нереально;
- на открытом воздухе тугоплавкие металлы окисляются очень медленно. Почти сразу на поверхности образовывается защитный слой в виде пленки;
- при нагревании неплавких металлов, те становятся уязвимыми к коррозии. Повышается их хрупкость + теряется 50%+ свойств.
Физические свойства тугоплавких металлов сильно отличаются из-за их принадлежности к различным группам. Все 100% элементов – тугоплавкие, но только 25% из них можно отнести к жаростойким. Подобное различие обусловлено сменой физических свойств при нагревании химического элемента. Металл может стать подвержен действиям агрессивных сред, таких как щелочи и кислоты. Детальнее по каждому из тугоплавких металлов будет ниже.
Физики рассчитали формулу самого тугоплавкого материала в мире
Физики смоделировали на компьютере материал, точка плавления которого выше, чем у всех известных науке веществ. О своем исследовании они рассказали на страницах журнала Physical Review B.
Материал, где в определенной пропорции будут смешаны гафний, азот и углерод, будет плавиться только при температуре, превышающей 4400 кельвина (4127 градусов по Цельсию). Это примерно две трети от температуры на поверхности Солнца и на 200 градусов выше, чем показали реальные эксперименты с другими материалами.
Предыдущий рекордсмен представляет собой сплав гафния, тантала и углерода (Hf-Ta-C). Новое вещество только предстоит синтезировать — чтобы удостовериться в истинности компьютерной модели.
Исследователи сделали свое открытие, моделируя физические процессы на уровне отдельных атомов. В рамках этого подхода динамика плавления исследуется в наномерных масштабах — с группами из примерно сотни атомов.
Аксель ван дер Валле (Axel van de Walle) из Университета Брауна и его коллеги начали с анализа сплава Hf-Ta-C, свойства которого уже были известны. Компьютерное моделирование помогло прояснить конкретные факторы, придающие материалу рекордную теплостойкость.
Выяснилось, что в Hf-Ta-C высокая теплота плавления (энергия, которая поглощается при переходе из твердого в жидкое состояние) сочетается с небольшой разницей между значениями энтропии в этих двух фазах. «Таять материалы заставляет энтропия, накопленная в процессе фазового перехода. Если уровень энтропии в твердом состоянии уже велик, вещество таким образом стабилизируется, а его температура плавления — повышается», — объясняет ван дер Валле.
Затем ученые начали поиск соединений, способных максимально усилить эти свойства сплава. Оказалось, что соединение гафния, азота и углерода будет обладать почти такой же высокой теплотой плавления и еще меньшей разницей между уровнями энтропии в твердом и жидком состоянии. Расчеты показали, что температура плавления у нового вещества будет на 200 градусов выше, чем у сплава Hf-Ta-C.
Открытие ванн дер Валле теоретически может лечь в основу новых материалов с улучшенными характеристиками – начиная от покрытия для газотурбинных установок и заканчивая теплозащитными фильтрами скоростных самолетов. Однако ценность самого сплава далеко не очевидна. «Точка плавления — это не единственное свойство, имеющее значение для практического использования вещества. Нужно учесть механические свойства, коррозионную стойкость, другие особенности — и все они могут снизить температуру плавления. Впрочем, если сразу задать высокую планку на этом направлении, у ученых появляется больше свободы в корректировке других свойств. Примерно так я и представляю себе ход дальнейшей работы», — поясняет ван дер Валле.
Изображение: Brown University
Характеристика
Тугоплавкие материалы переходят из твердого состояния в жидкое при высоких критических температурах. Этот материал плавится при температуре 3410 °C.
Вольфрам экологичен, имеет высокую степень прочности. Он устойчив к сильным нагрузкам даже после нагревания, благодаря чему используется в промышленности. Недостатков у металла не так много, но они существенные:
- Хладноломкость. Под давлением материал не так легко обрабатывать, он быстро переходит из вязкого состояния в хрупкое, из-за чего возникают трудности.
- Восприимчивость к кислотам. Чтобы при температуре свыше 1000 °C не начиналось окисление, на материал наносят гальваническое покрытие.
Помимо перечисленного, у металла наблюдается еще и повышенная плотность, из-за этого он подходит не для каждой отрасли производства.
В чистом виде материал почти не используется, он чаще выступает легирующей основой в сплавах с никелем, железом. Элементы добавляют для изменения физических свойств металла. С их помощью сплав станет более надежным, прочным и устойчивым к коррозии. В таких случаях вольфрама содержится не более 75%.
Тугоплавкость и твердость позволяют использовать металл в оружейной сфере для создания боеголовок, оружия, ракет, снарядов, а также в электроснабжении. Периодически металл используют для создания псевдосплавов. В них вольфрам не обладает легирующими свойствами, он просто наполняется медью или серебром. Образованная разница в температуре плавления обеспечивает лучшие электропроводные свойства.
Применение
После открытия тугоплавкие материалы использовали только для транзисторов электроники и конденсаторов. Сфера применения расширилась только в середине XX века. В то время такие металлы стали использовать еще для изготовления станков, ракет, автомобилей, при самолетостроении.
Вольфрам считается самым тугоплавким материалом из всей категории, но его сфера применения ограничена из-за хладноломкости. То есть, делать из этого материала выдержит высокие нагрузки, но если она упадет с большой высоты, то моментально раскрошится на части.
Перечислим основные отрасли, где применяют металл:
- Благодаря пластичности из него выполняют нити накаливания для освещения, их ставят в кинескопы или вакуумные трубки.
- Подходит в качестве электрода во время аргонно-дуговой сварки.
- Выступает основой тяжелых сплавов. Из них делают противовесы, снаряды для оружия, пули и детали для ракет.
- Сплавы подходят для создания медицинских инструментов, танковой брони, деталей двигателей, защитных контейнеров для опасных веществ.
- Является нагревательным элементом в вакуумных печах сопротивления.
- Благодаря высокой плотности используется для защиты от излучения ионов. Выполненные из вольфрама детали более дешевые и эффективные, если сравнивать материал со свинцом.
- Для обработки металлоконструкций или в отрасли машиностроения используются материалы с карбидом вольфрама.
- В ядерной физике вольфроматы кальция или свинца применяют в качестве детекторов рентгеновского излучения.
Сплавы на основе вольфрама используются для бурения скважин, создания высокотемпературной смазки, с их помощью создают преобразователи, которые делают из тепла электричество. В промышленности на основе тугоплавкого материала выпускают электроды, проволоку, порошок, листы. Материал не имеет аналогов, поэтому вся выполненная из него продукция отличается уникальными физическими и химическими свойствами.
Источник: zip-sma.ru