Metali su najčešći materijal (zajedno sa plastikom i staklom) koji su ljudi koristili od davnina. Već tada je čovjeku bila poznata osobina metala, on je profitabilno koristio sva njihova svojstva za stvaranje prekrasnih umjetničkih djela, posuđa, predmeta za domaćinstvo, konstrukcija.
Jedna od glavnih karakteristika kada se razmatraju ove supstance je njihova tvrdoća i vatrostalnost. Upravo te kvalitete omogućuju vam da odredite područje upotrebe određenog metala. Stoga ćemo razmotriti sva fizička svojstva i obratiti posebnu pažnju na pitanja taljivosti.
Fizička svojstva metala
Karakterizacija metala prema fizičkim svojstvima može se izraziti kao četiri glavne tačke.
- Metalni sjaj - svi imaju približno isti srebrno-bijeli lijep karakterističan sjaj, osim bakra i zlata. Imaju crvenkastu i žutu nijansu, respektivno. Kalcijum - srebrno plava.
- Agregatno stanje - sve čvrste materije pod normalnim uslovima, osim žive, koja je u obliku tečnosti.
- Električna i toplotna provodljivost - karakteristika svihmetali, ali izraženi u različitim stepenima.
- Kovanje i duktilnost je takođe parametar zajednički za sve metale, koji može varirati u zavisnosti od specifičnog predstavnika.
- Tačka topljenja i ključanja - određuje koji metal je vatrostalan, a koji topljiv. Ovaj parametar je drugačiji za sve elemente.
Sva fizička svojstva su objašnjena posebnom strukturom metalne kristalne rešetke. Njegov prostorni raspored, oblik i snaga.
Taljivi i vatrostalni metali
Ovaj parametar je veoma važan kada su u pitanju područja primjene dotičnih supstanci. Vatrostalni metali i legure su osnova mašinstva i brodogradnje, topljenja i livenja mnogih važnih proizvoda i dobijanja visokokvalitetnih radnih alata. Stoga je poznavanje tačaka topljenja i ključanja fundamentalno.
Karakterizirajući metale po čvrstoći, možemo ih podijeliti na tvrde i lomljive. Ako govorimo o refraktornosti, onda postoje dvije glavne grupe:
- Fusible - to su oni koji mogu promijeniti stanje agregacije na temperaturama ispod 1000 oS. Primjeri su: kalaj, olovo, živa, natrijum, cezijum, mangan, cink, aluminijum i drugi.
- Vatrostalni su oni čija je tačka topljenja viša od naznačene vrijednosti. Nema ih toliko, a još manje se koristi u praksi.
Tabela metala sa tačkom topljenja preko 1000 oS je prikazana ispod. Upravou njemu se nalaze najvatrostalniji predstavnici.
| Ime metala | Tačka topljenja, oC | Tačka ključanja, oC |
| Zlato, Au | 1064.18 | 2856 |
| Berilijum, Be | 1287 | 2471 |
| Cob alt, Co | 1495 | 2927 |
| Chrome, Cr | 1907 | 2671 |
| Bakar, Cu | 1084, 62 | 2562 |
| Iron, Fe | 1538 | 2861 |
| Hafnij, Hf | 2233 | 4603 |
| Iridium, Ir | 2446 | 4428 |
| mangan, mn | 1246 | 2061 |
| Molibden, Mo | 2623 | 4639 |
| niobijum, Nb | 2477 | 4744 |
| Nikal, Ni | 1455 | 2913 |
| Paladij, Pd | 1554, 9 | 2963 |
| Platina, Pt | 1768.4 | 3825 |
| Rhenium, Re | 3186 | 5596 |
| rodij, Rh | 1964 | 3695 |
| Rutenijum, Ru | 2334 | 4150 |
| Tantal, Ta | 3017 | 5458 |
| Technetium, Tc | 2157 | 4265 |
| Torijum, Th | 1750 | 4788 |
| Titan, Ti | 1668 | 3287 |
| Vanadij, V | 1910 | 3407 |
| Tungsten, W | 3422 | 5555 |
| Cirkonijum, Zr | 1855 | 4409 |
Ova tabela metala uključuje sve predstavnike čija je tačka topljenja iznad 1000 oC. Međutim, u praksi se mnoge od njih ne koriste iz raznih razloga. Na primjer, zbog ekonomske koristi ili zbog radioaktivnosti, previsok stepen krhkosti, podložnost korozivnom napadu.
Iz podataka u tabeli je takođe očigledno da je volfram najvatrostalniji metal na svetu. Zlato ima najnižu vrijednost. Pri radu s metalima važna je mekoća. Stoga se mnogi od gore navedenih također ne koriste u tehničke svrhe.
Najvatrostalniji metal je volfram
U periodičnom sistemu nalazi se pod rednim brojem 74. Ime je dato po imenu poznatog fizičara Stephena Wolframa. U normalnim uslovima, to je tvrd, vatrostalni metal srebrno-bele boje. Ima izražen metalni sjaj. Hemijski praktično inertan, nerado reagira.
Nalaze se u prirodi kao minerali:
- wolframite;
- scheelite;
- huebnerite;
- ferberit.
Naučnici su dokazali da je volfram najvatrostalniji metal od svih. Međutim, postoje sugestije da je Seaborgium teoretski sposoban oboriti rekord za ovaj metal. Ali radi se o radioaktivnom elementu sa vrlo kratkim periodom postojanja. Stoga, to još nije moguće dokazati.
Na određenoj temperaturi (preko 1500 oS) volfram postaje savitljiv i duktilan. Stoga je na temelju nje moguće proizvesti tanku žicu. Ovo svojstvo se koristi za pravljenje filamenata u uobičajenim kućnim sijalicama.
Kao najvatrostalniji metal koji može izdržati temperature iznad 3400 oS, volfram se koristi u sljedećim oblastima tehnologije:
- kao elektroda za argonsko zavarivanje;
- za dobijanje legura otpornih na kiseline, habanje i toplotu;
- kao grijaći element;
- u vakuumskim cijevima poput filamenta i slično.
Pored metalnog volframa, njegova jedinjenja se široko koriste u tehnologiji, nauci i elektronici. Kao najvatrostalniji metal na svijetu, formira spojeve vrlo kvalitetnih karakteristika: jak, otporan na gotovo sve vrste hemijskih napada, nije podložan koroziji, podnosi niske i visoke temperature (von, volfram sulfid, njegovi monokristali i dr. supstance).
Niobijum i njegove legure
Nb, ili niobijum, je srebrno-beli sjajni metal u normalnim uslovima. Takođe je vatrostalna jer je njegova temperatura prijelaza tečnosti 2477 oC. Upravo ovaj kvalitet, kao i kombinacija niske hemijske aktivnosti i supravodljivosti, omogućavaju niobiju da svake godine postaje sve popularniji u praktičnim ljudskim aktivnostima. Danas se ovaj metal koristi u takvimindustrije poput:
- raketna nauka;
- avioindustrija;
- nuklearna energija;
- hemijsko inženjerstvo aparata;
- radiotehnika.
Ovaj metal zadržava fizička svojstva čak i na veoma niskim temperaturama. Proizvodi zasnovani na njemu odlikuju se otpornošću na koroziju, otpornošću na toplotu, čvrstoćom i odličnom provodljivošću.
Ovaj metal se dodaje aluminijumskim materijalima radi poboljšanja hemijske otpornosti. Od njega se prave katode i anode, legure obojenih metala. Čak se i novčići u nekim zemljama proizvode sa sadržajem niobijuma.
tantal
Metal, u slobodnom obliku i pod normalnim uslovima prekriven oksidnim filmom. Ima skup fizičkih svojstava koja mu omogućavaju da bude široko rasprostranjena i veoma važna za ljude. Njegove glavne karakteristike su sljedeće:
- Na temperaturama iznad 1000 oC postaje superprovodnik.
- Ovo je najvatrostalniji metal nakon volframa i renija. Tačka topljenja je 3017 oC.
- Odlična apsorpcija gasova.
- Lako za rad jer se kotrlja u listove, folije i žice sa malim poteškoćama.
- Ima dobru tvrdoću i nije lomljiv, zadržava duktilnost.
- Veoma otporan na hemikalije (ne rastvara se čak ni u kraljevskoj vodi).
Zahvaljujući ovim karakteristikama, uspio je steći popularnost kao osnova za mnoge antikorozivne legure otporne na toplinu i kiseline. Njegovi brojni spojevi se koriste u nuklearnoj fizici, elektronici i računarskim uređajima. Koriste se kao superprovodnici. Ranije se tantal koristio kao element u žaruljama sa žarnom niti. Sada je volfram zauzeo svoje mjesto.
Krom i njegove legure
Jedan od najtvrđih metala, prirodno plavičasto-bijele boje. Njegova tačka topljenja je niža od one do sada razmatranih elemenata i iznosi 1907 oC. Međutim, i dalje se koristi u inženjerstvu i industriji svuda, jer je dobro podložan mehaničkim naprezanjima, obrađen i oblikovan.
Chrome je posebno vrijedan kao sprej. Nanosi se na proizvode kako bi im dao lijep sjaj, zaštitu od korozije i povećao otpornost na habanje. Proces se naziva hromiranje.
Legure hroma su veoma popularne. Uostalom, čak i mala količina ovog metala u leguri značajno povećava tvrdoću i otpornost potonjeg na udar.
Cirkonij
Jedan od najskupljih metala, pa je njegova upotreba u tehničke svrhe otežana. Međutim, njegove fizičke karakteristike čine ga nezamjenjivim u mnogim drugim industrijama.
U normalnim okolnostima, to je prekrasan srebrno bijeli metal. Ima prilično visoku tačku topljenja - 1855 oS. Ima dobru tvrdoću, otpornost na koroziju, jer nije hemijski aktivan. Takođe ima odličnu biološku kompatibilnost sa ljudskom kožom i celim organizmom. To ga čini vrijednimmetal za upotrebu u medicini (instrumenti, proteze i tako dalje).
Glavne primjene cirkonija i njegovih spojeva, uključujući legure, su sljedeće:
- nuklearna energija;
- pirotehnika;
- legiranje metala;
- medicina;
- proizvodnja bioware-a;
- strukturalni materijal;
- kao supravodič.
Čak i nakit koji može poboljšati ljudsko zdravlje pravi se od cirkonija i legura na njegovoj bazi.
molibden
Ako saznate koji je metal najvatrostalniji, onda, pored naznačenog volframa, možete nazvati i molibden. Njegova tačka topljenja je 2623 oC. U isto vrijeme, prilično je tvrd, duktilan i obradiv.
Uglavnom se koristi ne u svom čistom obliku, već kao sastavni dio legura. Oni su, zbog prisustva molibdena, znatno ojačani u otpornosti na habanje, otpornost na toplinu i antikorozivnost.
Neka jedinjenja molibdena se koriste kao tehnička maziva. Takođe, ovaj metal je legirajući materijal koji istovremeno utiče i na čvrstoću i na antikoroziju, što je veoma retko.
Vanadij
Sivi metal sa srebrnim sjajem. Ima prilično visok indeks taljivosti (1920 oS). Uglavnom se koristi kao katalizator u mnogim procesima zbog svoje inertnosti. Koristi se u elektroenergetici kao hemijski izvor struje, u proizvodnji neorganskih kiselina. Osnovno značenjenema čist metal, već neke od njegovih jedinjenja.
Renijum i legure na njegovoj bazi
Koji je metal najvatrostalniji nakon volframa? Ovo je renijum. Njegova tačka topljenja je 3186 oC. Po snazi nadmašuje volfram i molibden. Njegova plastičnost nije previsoka. Potražnja za renijumom je veoma velika, ali je ekstrakcija otežana. Kao rezultat toga, to je najskuplji metal koji danas postoji.
Koristi se za izradu:
- mlazni motori;
- termopar;
- filamenti za spektrometre i druge uređaje;
- kao katalizator u preradi nafte.
Sve aplikacije su skupe, pa se koristi samo u hitnim slučajevima, kada nema mogućnosti da se zameni nečim drugim.
Legura titana
Titan je vrlo lagan, srebrno-bijeli metal koji se široko koristi u metalurškoj industriji i obradi metala. Može eksplodirati u dobrom stanju, stoga zapaljivo.
Koristi se u izgradnji aviona i raketa, u proizvodnji brodova. Široko se koristi u medicini zbog biološke kompatibilnosti sa tijelom (proteze, pirsingi, implantati, itd.).
