Metali su najčešći materijal (uz plastiku i staklo) koji su ljudi koristili od davnina. Čak je i tada čovjeku bila poznata karakteristika metala, on je profitabilno koristio sva njihova svojstva za stvaranje prekrasnih umjetničkih djela, posuđa, kućanskih predmeta, konstrukcija.
Jedna od glavnih značajki kada se razmatraju ove tvari je njihova tvrdoća i vatrostalnost. Upravo te kvalitete omogućuju vam da odredite područje uporabe određenog metala. Stoga ćemo razmotriti sva fizička svojstva i obratiti posebnu pozornost na pitanja taljivosti.
Fizička svojstva metala
Karakterizacija metala prema fizičkim svojstvima može se izraziti kao četiri glavne točke.
- Metalni sjaj - svi imaju približno isti srebrno-bijeli prekrasan karakterističan sjaj, osim bakra i zlata. Imaju crvenkastu i žutu nijansu, respektivno. Kalcij - srebrno plava.
- Agregatno stanje - sve krute tvari u normalnim uvjetima, osim žive, koja je u obliku tekućine.
- Električna i toplinska vodljivost - karakteristična za svemetali, ali izraženi u različitim stupnjevima.
- Kovanje i duktilnost je također parametar zajednički za sve metale, koji može varirati ovisno o specifičnom predstavniku.
- Točka taljenja i vrelišta - određuje koji je metal vatrostalan, a koji topljiv. Ovaj parametar je drugačiji za sve elemente.
Sva fizička svojstva objašnjena su posebnom strukturom metalne kristalne rešetke. Njegov prostorni raspored, oblik i snaga.
Taljivi i vatrostalni metali
Ovaj parametar je vrlo važan kada su u pitanju područja primjene dotičnih tvari. Vatrostalni metali i legure temelj su strojarstva i brodogradnje, taljenja i lijevanja mnogih važnih proizvoda, te dobivanja visokokvalitetnih radnih alata. Stoga je poznavanje točaka taljenja i vrelišta temeljno.
Karakterizirajući metale po čvrstoći, možemo ih podijeliti na tvrde i lomljive. Ako govorimo o refraktornosti, onda postoje dvije glavne skupine:
- topljivi - to su oni koji mogu promijeniti stanje agregacije na temperaturama ispod 1000 oS. Primjeri su: kositar, olovo, živa, natrij, cezij, mangan, cink, aluminij i drugi.
- Vatrostalni su oni čija je točka taljenja viša od naznačene vrijednosti. Nema ih toliko, a još se manje koristi u praksi.
Tablica metala s točkom taljenja iznad 1000 oS prikazana je ispod. Točnou njemu se nalaze najvatrostalniji predstavnici.
| Ime metala | točka topljenja, oC | Točka ključanja, oC |
| Zlato, Au | 1064,18 | 2856 |
| berilij, budi | 1287 | 2471 |
| kob alt, ko | 1495 | 2927 |
| Chrome, Cr | 1907 | 2671 |
| bakar, Cu | 1084, 62 | 2562 |
| Iron, Fe | 1538 | 2861 |
| Hafnij, Hf | 2233 | 4603 |
| Iridij, Ir | 2446 | 4428 |
| mangan, mn | 1246 | 2061 |
| molibden, mo | 2623 | 4639 |
| niobij, Nb | 2477 | 4744 |
| Nikal, Ni | 1455 | 2913 |
| Paladij, Pd | 1554, 9 | 2963 |
| Platina, Pt | 1768.4 | 3825 |
| renij, re | 3186 | 5596 |
| rodij, Rh | 1964 | 3695 |
| Rutenij, Ru | 2334 | 4150 |
| Tantal, Ta | 3017 | 5458 |
| Technetium, Tc | 2157 | 4265 |
| Torij, Th | 1750 | 4788 |
| Titan, Ti | 1668 | 3287 |
| Vanadij, V | 1910 | 3407 |
| Tungsten, W | 3422 | 5555 |
| Cirkonij, Zr | 1855 | 4409 |
Ova tablica metala uključuje sve predstavnike čija je točka taljenja iznad 1000 oC. Međutim, u praksi se mnogi od njih ne koriste iz raznih razloga. Na primjer, zbog ekonomske koristi ili zbog radioaktivnosti, previsokog stupnja lomljivosti, osjetljivosti na korozivne napade.
Iz podataka u tablici također je očito da je volfram najvatrostalniji metal na svijetu. 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 sustavu nalazi se pod rednim brojem 74. Ime je dobilo po imenu poznatog fizičara Stephena Wolframa. U normalnim uvjetima, to je tvrd, vatrostalni metal srebrno-bijele boje. Ima izražen metalni sjaj. Kemijski praktički inertan, nerado reagira.
Nalazi se u prirodi kao minerali:
- wolframite;
- scheelite;
- huebnerite;
- ferberit.
Znanstvenici 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 s vrlo kratkim razdobljem postojanja. Stoga to još nije moguće dokazati.
Na određenoj temperaturi (preko 1500 oS) volfram postaje savitljiv i duktilan. Stoga je na temelju nje moguće izraditi tanku žicu. Ovo svojstvo se koristi za izradu niti u uobičajenim kućanskim žaruljama.
Kao najvatrostalniji metal koji može izdržati temperature iznad 3400 oS, volfram se koristi u sljedećim područjima tehnologije:
- kao elektroda za argonsko zavarivanje;
- za dobivanje legura otpornih na kiseline, habanje i toplinu;
- kao grijaći element;
- u vakuumskim cijevima poput filamenta i slično.
Osim metalnog volframa, njegovi spojevi se široko koriste u tehnologiji, znanosti i elektronici. Kao najvatrostalniji metal na svijetu, stvara spojeve vrlo kvalitetnih karakteristika: jak, otporan na gotovo sve vrste kemijskih napada, nije podložan koroziji, podnosi niske i visoke temperature (von, volfram sulfid, njegovi monokristali i dr. tvari).
Niobij i njegove legure
Nb, ili niobij, je srebrno-bijeli sjajni metal u normalnim uvjetima. Također je vatrostalna jer je njegova temperatura prijelaza tekućine 2477 oC. Upravo ta kvaliteta, kao i kombinacija niske kemijske aktivnosti i supravodljivosti, omogućuje da niobij svake godine postaje sve popularniji u praktičnim ljudskim aktivnostima. Danas se ovaj metal koristi u takvimindustrije poput:
- raketna znanost;
- aerosvemirska industrija;
- nuklearna energija;
- kemijsko inženjerstvo aparata;
- radiotehnika.
Ovaj metal zadržava fizička svojstva čak i na vrlo niskim temperaturama. Proizvodi koji se temelje na njemu odlikuju se otpornošću na koroziju, otpornošću na toplinu, čvrstoćom i izvrsnom vodljivošću.
Ovaj metal se dodaje aluminijskim materijalima radi poboljšanja kemijske otpornosti. Od njega se izrađuju katode i anode, njime se legiraju obojene legure. Čak se i kovanice u nekim zemljama izrađuju sa sadržajem niobija.
tantal
Metal, u slobodnom obliku i pod normalnim uvjetima prekriven oksidnim filmom. Ima skup fizičkih svojstava koja mu omogućuju da bude rasprostranjena i vrlo važna za ljude. Njegove glavne karakteristike su sljedeće:
- Na temperaturama iznad 1000 oC postaje supravodič.
- Ovo je najvatrostalniji metal nakon volframa i renija. Talište je 3017 oC.
- Izvrsna apsorpcija plinova.
- Jednostavno za rad jer se s malim poteškoćama kotrlja u listove, folije i žice.
- Ima dobru tvrdoću i nije lomljiv, zadržava duktilnost.
- Vrlo otporan na kemikalije (ne otapa 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 računalnim uređajima. Koriste se kao supravodiči. Ranije se tantal koristio kao element u žaruljama sa žarnom niti. Sada je volfram zauzeo njegovo mjesto.
Krom i njegove legure
Jedan od najtvrđih metala, prirodno plavkasto-bijele boje. Njegova točka taljenja je niža od one do sada razmatranih elemenata i iznosi 1907 oC. Međutim, još uvijek se koristi u strojarstvu i industriji posvuda, 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 kromiranje.
Kromove legure su vrlo 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 točku taljenja - 1855 oS. Ima dobru tvrdoću, otpornost na koroziju, jer nije kemijski aktivan. Također ima izvrsnu biološku kompatibilnost s ljudskom kožom i cijelim 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;
- strukturni materijal;
- poput supravodiča.
Čak i nakit koji može poboljšati ljudsko zdravlje izrađen je od cirkonija i legura na njegovoj osnovi.
molibden
Ako saznate koji je metal najvatrostalniji, tada, osim naznačenog volframa, možete nazvati i molibden. Njegova točka taljenja je 2623 oC. U isto vrijeme, prilično je tvrd, duktilan i obradiv.
Uglavnom se ne koristi u svom čistom obliku, već kao sastavni dio legura. Oni su, zbog prisutnosti molibdena, uvelike ojačani u otpornosti na habanje, otpornost na toplinu i antikorozivnost.
Neki spojevi molibdena koriste se kao tehnička maziva. Također, ovaj metal je legirajući materijal koji istovremeno utječe i na čvrstoću i na antikorozivnost, što je vrlo rijetko.
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 kemijski izvor struje, u proizvodnji anorganskih kiselina. Osnovno značenjene sadrži čisti metal, već neke od njegovih spojeva.
Renij i legure na njegovoj osnovi
Koji je metal najvatrostalniji nakon volframa? Ovo je renij. Njegova točka taljenja je 3186 oC. Po snazi nadmašuje volfram i molibden. Njegova plastičnost nije previsoka. Potražnja za renijem je vrlo 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 rafiniranju nafte.
Sve aplikacije su skupe, pa se koristi samo u slučaju nužde, kada se ne može zamijeniti nečim drugim.
Legura titana
Titan je vrlo lagan, srebrno-bijeli metal koji se široko koristi u metalurškoj industriji i obradi metala. Može eksplodirati u finom stanju, dakle zapaljivo.
Koristi se u izgradnji zrakoplova i raketa, u proizvodnji brodova. Široko se koristi u medicini zbog biološke kompatibilnosti s tijelom (proteze, piercingi, implantati, itd.).
