Какие металлы можно расплавить легче всего

Какие металлы можно расплавить? При определенных условиях – любые. Только вот с одними это сделать несравнимо легче, чем с другими. Просто потому что температура, при которой они начинают менять свое агрегатное состояние, не обязана быть столь высокой.

Почему важно знать температуры плавления металлов? Это позволяет изменять их механические свойства, создавать нужные сплавы, правильно выбирать материал под конкретные условия эксплуатации, избегать дефектов при литье заготовок. И данный список далеко не полный.

Тугоплавкие и легкоплавкие металлы

Все металлы классифицируются по определенным признакам. С точки зрения прочности выделяют хрупкие и твердые, а с точки зрения способности к плавлению — соответственно, туго- и легкоплавкие элементы. Такое разделение имеет практическое значение. Особо это критично в сферах машино-, авиа-, кораблестроения. Здесь находят применение в основном тугоплавкие металлы и их сплавы. Высоким таким показателем должны обладать и рабочие металлические инструменты.

Металл во многих случаях относят к тугоплавкому, если температура его разжижения превышает таковую у железа (1539 °С). В этой категории находятся, например, вольфрам, тантал, платина и цирконий. Некоторые из них радиоактивны, а потому не применяются на практике.

Часть тугоплавких металлов обладает повышенной хрупкостью, что также сильно ограничивает сферу их применения. Имеются в этой группе элементы, подверженные коррозии или вовсе неприменимые в силу экономической нецелесообразности.

По поводу отнесения металлов к легкоплавким среди экспертов до сих пор существуют разногласия. Одни специалисты предлагают отталкиваться от температуры плавления +500 °С, другие — от +600. Большинство сходится во мнении, что легкоплавкими металлами считаются элементы, которые разжижаются при достижении 500 °С. Внутри этой категории выделяют еще две подгруппы.

Тяжелыми легкоплавкими металлами являются кадмий, кобальт, свинец и ртуть, а легкими — олово, галлий, индий, таллий, полоний и висмут. В отдельную подгруппу иногда относят драгоценные элементы (например, палладий).

Фото: shyachlo / Freepik

Ртуть плавится при температуре -38,87 °С. Это самый низкий показатель среди всех металлов. Наиболее тугоплавкий вольфрам — его точка плавления находится на отметке +3380 °С.

Самые легкоплавкие металлы

Распространено заблуждение, что все металлы — исключительно тяжелые, твердые и прочные элементы. Разумеется, это далеко не так (достаточно вспомнить хотя бы ртуть). В данном разделе речь пойдет именно о металлах с наименьшими температурами плавления.

Начнем рассмотрение с рубидия. Он начинает буквально таять уже при +39,31 °С. Благодаря такому свойству соли с этим металлом применяют в качестве катализаторов химических реакций. Поэтому данный элемент весьма ценится в химической промышленности и радиоэлектронике.

На четвертом месте по легкоплавкости находится цезий. О нем часто говорят, отвечая на вопрос, какие металлы легко можно расплавить. Достаточно взять кусочек цезия в руки, чтобы он начал таять. Его точка плавления находится на отметке всего +28,5 °С. Реагируя с водой, металл буквально взрывается, на воздухе происходит его активное окисление. Благодаря таким свойствам цезий применяют в производстве чувствительных фотоэлементов и часов.

Читайте также

«Закалка металла: задачи и методы»

Подробнее

Чуть более легкоплавким является франций. Его температура разжижения составляет 27 °С. Однако этот металл отличается от цезия радиоактивностью, из-за чего он практически не применяется в промышленности. Да и в природе франций встречается чрезвычайно редко.

Второе место по легкоплавкости занимает галлий. По изучаемой характеристике элемент близок к цезию (+26,79 °С), по внешнему виду напоминает алюминий. На практике применяют его соли и сплавы. Эти соединения требуются, например, в ядерной физике и радиоэлектронике.

Самым легкоплавким по праву считается ртуть, которая становится жидкой уже при -38,8 °С. Она знакома человеку с древнейших времен. Ртуть широко применяется в самых разных областях науки и техники, включая металлургию.

Наиболее востребованные легкоплавкие металлы

На сегодня выявлено, что многие металлы плавятся при относительно низких температурах.

[sgInset53]

Лишь небольшая часть их находит применение в промышленности и бытовых задачах. Легкоплавкие металлы, используемые для разных целей, – не более 10 % от оборота черных, цветных металлов.

Цинк

Практическое применение данного элемента началось в далекой древности. В ходе непрерывной модернизации производства цинка потребность в нем со стороны разных отраслей народного хозяйства также росла. Сегодня это необходимый компонент для изготовления, например, легированных сталей и аккумуляторных батарей.

Фото: Rhjphotoandilustration / Freepik

Химическая отрасль активно использует цинк в том или ином виде, что говорит об исключительной для развития общества важности как этого металла, так и легкоплавкой группы в целом.

Перечислим основные свойства элемента:

• цвет металла — серебристо-белый;
• при температуре от +100 до +150°С наблюдается его повышенная пластичность;
• при комнатной металл становится очень хрупким и ломким;
• точка плавления находится на отметке +419°С;
• присутствующие примеси значительно влияют на хрупкость цинка;
• при реакции с другими элементами могут образовываться амфотерные соединения;
• под влиянием воздуха на поверхности металла формируется оксидная пленка.

Данный элемент присутствует в составе более чем 65 природных минералов, занимая долю 0,008 % в земной коре.

Из цинка формируют антикоррозийное покрытие для железных, стальных изделий. Металл также применяется в производстве аккумуляторных батарей и полупроводников, в типографии.

Свинец

Этот элемент в «Периодической системе Менделеева» имеет номер 82 и обозначается буквами Pb. Для человека свинец опасен из-за токсичности и способен при длительном воздействии навредить здоровью. Организму он не требуется.

Приведем основные свойства элемента:

• Очень пластичен. Даже при царапании острым предметом на поверхности металла остаются следы. Легко сгибается.
• Плавится при температуре +328 °С, а при +1750 °С начинает кипеть.

Читайте также

«Антикоррозийная защита металлоконструкций: активная и пассивная»

Подробнее

• Достаточно плотный и тяжелый металл (11,34 г/куб. см), но нагрев приводит к снижению первого показателя.
• Приобретает свойства сверхпроводника по достижении температуры 7,26 K.

Свинец в основном добывается флотацией из галенитовой руды. На выходе получают концентрат с высоким содержанием элемента. Металл сегодня обладает низким спросом из-за токсичности. Поэтому его цена также снижается. Предпочтение некоторых промышленных производств отдается менее токсичным металлам с аналогичными свойствами.

Свинец продолжают использовать при изготовлении взрывчатых веществ. Также он применяется в черной металлургии, производстве аккумуляторов и присадок для топлива. Свинец по-прежнему необходим в медицине в качестве защиты от рентгеновских лучей.

Кадмий

В чистом виде это нетоксичный металл, но образованные с ним соединения могут быть опасны для человека.

Ниже перечислим некоторые свойства элемента.

• Кадмий имеет особенную кристаллическую решетку, из-за чего при сгибании издает треск.
• Плавление металла начинается с +321, а кипение — с +770°С.
• Добавление примесей упорядочивает кристаллическую решетку кадмия.
• Металл обладает большей твердостью, чем олово, но меньшей, чем цинк. Легко разрезается ножом.
• Упругость кадмия снижается при достижении +80 °С. Дальнейшего нагрева достаточно для истирания металла в порошок.

Львиная доля добываемого кадмия участвует в создании антикоррозийных покрытий сплавов металлов (кадмирование). Этот электролитический процесс считается одним из наиболее оптимальных способов защиты изделий от образования ржавчины.

Читайте также

«Сталь Ст3: характеристики, сортамент, сферы применения»

Подробнее

Кадмий идет как добавка для лакокрасочных материалов, используется при изготовлении панелей солнечных батарей. Из этого металла иногда производятся полупроводники и составы для пайки алюминия.

Вместе с тем кадмий загрязняет окружающую среду как отход производства и даже будучи в составе табачного дыма. Элемент со временем накапливается в почве и растениях, угрожая здоровью основных потребителей продуктов. В человеческий организм кадмий попадает с пищей и водой, способствуя развитию самых разных заболеваний. Могут пострадать в частности почки, костная система, легкие. Повышается риск развития онкологии.

Таллий

Точка плавления этого элемента находится на отметке +304 °С. Кипеть таллий начинает при +1473.

Металл обнаружил английский ученый Крукс с помощью спектрального анализа. Название его образовано от греческого слова, которое переводится как «зеленая ветвь». Это объясняется присутствием в спектре зеленых линий. Таллий считается металлом рассеянного типа. Он в неявном виде содержится в семи природных минералах. Содержание элемента в земной коре составляет всего 0,000035 %.

Фото: wirestock / Freepik

Практическое применение таллий находит при производстве теплоносителей для термометров. Также он используется в качестве добавки в металлогалогеновых лампах и для изготовления оптических линз. Исследователи применяют таллий как яд против грызунов в ходе определенных тестов. Наконец, с помощью него определяются характеристики минералов.

Приведем основные свойства элемента.

• При нагреве выше 2,39 К таллий становится сверхпроводником.
• Твердость металла по шкале Мооса равна 1,3, а по шкале Бриннеля — 20 МПа.
• Таллий способен реагировать с неметаллическими элементами.
• Он хорошо растворяется в азотной и серной кислотах, но практически не вступает в реакцию со щелочами.

Он не является необходимым элементом для организма даже в малых дозах.

Висмут

Металл отличается привлекательным внешним видом. Изначально использовался в изготовлении сабель, винтовок и прочего оружия. Впервые висмут обнаружен в 1546 г., но официально открыт на 2 века позже. Спустя еще 80 лет элемент появился в «Периодической системе Менделеева».

Содержание висмута в земной коре составляет 0,00002 %. При этом он встречается в чистом виде, что существенно облегчает его добычу. Однако в основном висмут получают в ходе переработки медных, оловянных, свинцовых и прочих руд.

Далее перечислим характерные свойства элемента.

• Висмут может существовать в виде 8 кристаллографических модификаций.
• Переходя из твердого состояния в жидкое, металл увеличивает плотность.

Читайте также

«Основные способы получения алюминия»

Подробнее

• Нагрев висмута приводит к повышению его удельного сопротивления.
• Теплопроводность элемента равна 7,9 Вт/(м*К), что является относительно низким показателем.
• Точка плавления находится на +271 °С, метка кипения — +1564 °С.
• Значения модулей упругости и сдвига равны соответственно 33–35 ГПа и 12,5 ГПа.
• Будучи хрупким при комнатной температуре, металл приобретает пластичность при нагреве до +160 °С.

Каждый год в мире добывают не более 6200 т чистого висмута. Поставляют этот редкий металл в основном Германия, Австралия, Монголия, Перу и Россия. Стоимость добываемого сырья определяется спросом. К примеру, 1 кг висмута 5 лет назад стоил около 12 долларов.

Олово

Этот металл известен человечеству еще с 4 века до нашей эры. Но чистое олово люди научились извлекать из породы лишь в нынешнем тысячелетии.

Его часто упоминают при ответе на вопрос, какой металл можно расплавить в домашних условиях.

Другие области применения олова: гамма-резонансная спектроскопия (входит в состав красок), производство титана (как легирующая добавка), изготовление абразивных материалов (применяется двуокись олова), создание химических источников тока (участвует в качестве анода).

Далее перечислим основные свойства элемента:

• Температура плавления — +231 °С, закипания — +2620 °С.
• Модуль упругости металла — 55 Гпа.
• Временное сопротивление на разрыв — 20 МПа.
• Твердость по шкале Бринелля: 152 МПа для белого олова, 62 МПа для серого.
• Рабочий температурный диапазон для литья: от +260 до +300 °С.

Читайте также

«Из чего состоит сталь: виды и маркировка»

Подробнее

Земная кора содержит всего 0,002–0,008 % рассеянного олова. Извлечение редкого элемента ведется в основном из добытой касситеритовой руды. Минерал может состоять из олова на 80 %. Менее богат по его концентрации станнин (оловянный колчедан). Он содержит до 30 % металла. Сейчас олово активно поставляют страны Юго-Восточной Азии и Китай.

Каких-то подтверждающих фактов значимого положительного влияния олова на человека нет. Но очевидно, что передозировка элемента способна вызвать отравления и проблемы с легкими.

Индий

Первооткрывателями металла являются немецкие ученые Рейх и Рихтер. Индий, обнаруженный ими в 1863 году, был назван так не в честь страны, а из-за преобладания синих линий в спектре. В чистом виде металл почти не встречается, с чем связана его дороговизна (минимум 100 долларов за килограмм). Он присутствует в составе лишь 5 минералов. Содержание индия в земной коре – всего 0.00001 %.

Несмотря на статус редкого, его используют во многих отраслях: производство жидкокристаллических экранов, создание покрытий оксидно-оловянных и защитных для зеркал, микроэлектроника, производство припоев. Наконец, индий является незаменимым компонентом фотоэлементов, а также уплотнителей в вакуумных средах.

Фото: Rhjphotoandilustration / Freepik

Приведем основные характеристики элемента.

• Металл плавится при +157 и закипает при +2072 °С.
• При достижении температуры 3404 К индий приобретает сверхпроводимость.
• Твердость элемента по шкале Бринелля равна 9 МПа, Мооса – 1,2.

В качестве сырья для добычи индия используют главным образом отходы цинка. Иногда для этой цели берутся свинец и олово. Индий для организма практически безопасен.

В числе легкоплавких металлов стоит упомянуть и ртуть. Она широко применяется как в быту, так и в промышленности. Необходимо отметить чрезвычайную токсичность паров этого элемента. Поэтому ртуть всегда хранится в герметичных емкостях.

Часто даваемые вопросы о плавлении металлов

Какой металл можно расплавить в ладони?

Таковым является галлий. Температура его плавления составляет всего 29,8 °С. От тепла ладоней становятся жидкими также цезий и франций. Хотя с последним такой эксперимент проводить не рекомендуется, учитывая радиоактивность данного элемента.

Читайте также

«Легированные конструкционные стали: классификация, состав, свойства»

Подробнее

Какие металлы можно расплавить в медном сосуде?

Важно, чтобы температура разжижения металла была ниже тех же данных меди (1084 °С). Исходя из этого, в такой емкости можно плавить свинец, цинк, олово и алюминий. Точки разжижения этих металлов мы привели выше. Золото также входит в эту категорию.

Какие металлы можно расплавить в алюминиевом сосуде?

Принцип выбора подходящих металлов аналогичен. Нужно сравнить температуры плавления вещества и материала, из которого сделан сосуд. В такой емкости можно разжижать свинцовые, оловянные, цинковые слитки. Температура их плавления ниже, чем у алюминия.

Какой металл можно расплавить на костре?

Определяющее значение здесь имеет температура пламени. Ее можно измерить, например, пирометром, показывающим значения в пределах 750–1200 °С. Некоторые металлы начинают разжижаться даже в не слишком жарком костре. Это алюминий (+660 °С) и медь (+1083 °С).

Ради интереса имеет смысл выяснить, какие металлы можно расплавить на ладони, а для каких нужна очень высокая температура. На практике важнее знать, что свойства легкоплавких элементов позволяют использовать их в качестве проводников и антикоррозийных пленок. Тугоплавкие металлы типа платины и вольфрама шире распространены в тяжелой промышленности. Все эти сферы так или иначе призваны обеспечить комфортную жизнь человека.

Изображение в шапке статьи: jimjemrangga / Freepik