Чему равна температура кристаллизации свинца

Весна. Выглянуло солнышко, и сквозь осевшие сугробы и журчащие ручьи пробиваются подснежники. Но взгляните на рисунок: температура снега и талой воды остаётся 0 °С. Так будет до тех пор, пока не растает последний кристаллик льда, даже если воздух прогреется до +10 °С.

Запомним: в физике превращение кристаллического тела в жидкость называют плавлением. Известно, что снег состоит из кристалликов льда. Поэтому превращение снега в воду – пример плавления.

Лёд – не единственное кристаллическое тело. С помощью микроскопа можно увидеть плотно прилегающие друг к другу кристаллы во всех металлах и многих других веществах.

Многочисленные наблюдения за плавлением разных тел показывают, что каждое кристаллическое тело плавится при строго определённой температуре; во время плавления температура тела и образующейся жидкости одинакова и остаётся постоянной, пока всё тело не расплавится. Вещества некристаллического строения (стекло, смола, пластмасса и некоторые другие) такими свойствами не обладают; они будут изучаться в следующей теме.

Если расплав кристаллического тела охлаждать, то наступит его кристаллизация – образование кристаллов твёрдого вещества. Как ни удивительно, но температура жидкого и твёрдого веществ во время этого будет оставаться постоянной, пока вся жидкость не отвердеет. При этом температура будет равна температуре плавления – это подтверждают опыты.

1. На рисунке 0 °С – температура одновременно двух тел: .
2. Как долго температура талой воды будет оставаться 0 °С?
3. Плавлением называют явление, при котором происходит .
4. Таяние снега называют плавлением, так как .
5. Температура плавления разных кристаллических тел является .
6. Сравните температуры плавящегося тела и получающегося расплава.
7. Что происходит с температурой плавящегося кристалла?
8. Кристаллизацией жидкости называют .
9. Температура во время кристаллизации расплава .
10. Температура отвердевания кристаллического вещества .

Плавление и отвёрдевание тел часто изображают графически. Рассмотрим один из таких графиков. Пусть, например, кусочек свинца положили в ложку и поместили над горелкой (см. рисунок).

На участке AB горелка ещё не была зажжена, и свинец имел комнатную температуру 20 °С. На этапе BC твёрдый свинец постепенно прогревался, и вскоре его температура достигла 327 °С – температуры плавления. Затем она оставалась постоянной, а свинец постепенно плавился, и в ложке одновременно сосуществовали твёрдый и жидкий свинец (участок CD). После окончания этого этапа температура (уже жидкого) свинца вновь стала повышаться, так как пламя всё ещё продолжало гореть (участок DE).

В момент времени, соответствующий точке E, горелку погасили, и температура жидкого свинца начала понижаться (участок EF). Как видите, остывание происходило медленнее, чем нагревание (сравните наклон участков EF и DE). Затем в точке F температура расплава достигла 327 °С и длительное время оставалась постоянной, так как происходила кристаллизация вещества. Следовательно, на участке FG сосуществуют жидкий и твёрдый свинец. Наконец, на участке GH остывает уже полностью отвердевший свинец.

Зелёная часть графика символизирует отсутствие теплопередачи от пламени к веществу, синяя часть – получение теплоты, а красная часть – отдачу теплоты.

1. Для обсуждения примера графика рассмотрим ситуацию: .
2. На участке AB температура свинца была комнатной, так как .
3. На этапе BC наблюдалось повышение температуры свинца до .
4. На этапе CD температура свинца .
5. Что можно сказать о характере превращения свинца в расплав?
6. В ходе всего процесса плавления вещества в ложке .
7. На участке DE температура полностью расплавившегося свинца .
8. На участке EF жидкий свинец начал охлаждаться, так как .
9. На каком участке свинец снова находился сразу в двух состояниях?
10. На завершающем участке графика .

Физика.ru • Клуб для учителей физики, учащихся 7-9 классов и их родителей

Свинец является химическим элементом из 14 группы, таблицы Д. И. Менделеева. Свинец получил 82 номер. Свинец является ковким и пластичным металлом серебристого оттенка, включая синеватый оттенок. Элемент повсеместнораспространен по поверхности Земли, легко добывается и поддается влиянию. Первые украшения и свинцовые предметы роскоши (Бусинды) с применением металлургической деятельности, дают право утверждения, что плавление металла как свинца, стала первой в истории человечества около 6400 г. до н. э. Самым старым изделием из свинцового сплава считается женская статуэтка в одежде из храма Осириса (3100 – 2900 гг. до н.э.). Древний Рим производил до 80 тыс. тонн свинца в год, в том числе для водопровода. На территории Руси металл нашел применение в обустройстве крыш, для печатей при создании грамот. Происхождения слов «свинец» до сих пор не ясно, на латинском языке название произошло от слова plumber (водопроводчик).

Алхимики связывали элемент с Сатурном. К 1840 г. промышленная революция спровоцировала выработку свинца до уровня 100 тыс. тонн, а ко второй пол. XIX ст. производилось уже 250 тыс. тонн. До 1990 годов элемент активно применяли в типографии.

Свинец характеристика

Компонент редко обнаруживается в самородном виде. Существует более 80 минеральных пород с включением элемента, например: церуссит, галенит, англезит.

Технологические свойства и характеристики металла

Свинец получил типичные особенности и технологические свойства своей группы и характеризуется повышенной тяжестью, и плотностью с традиционным серым оттенком. При контакте с воздухом металл теряет блеск.

Несмотря на высокую плотность металл проявляет существенную мягкость, при комнатной температуре на нем можно оставить след ногтем.

Плотность свинца и его масса

Масса элемента равняется 82, что является причиной большого веса. Кристаллическая решетка получила кубическую форму. В углу модели молекулы и посредине всех граней находится атом.

Высокая масса относит вещество в состав списка тяжелых компонентов. При нагревании плотность материала падает.

Какая температура плавки свинца?

Свинец не является тугоплавким веществом, что выделяет его из прочих плотных элементов. Вещество легко можно деформировать и прокатать в фольгу.

Температура полного плавления свинца – 327,46 °С. Что бы узнать какая точная температура плавления свинца достаточно применить формулу F = 1,8 °C + 32. Таким образом плавление свинца происходит при температуре 620,6 F.

Температура кипения элемента наступает при – 1749 °С. Чтобы провести процедуру литья необходимо довести компонент до 400–450 °С.

Стоит отметить что при температуре -7,26 К, компонент получает сверхпроводимость. При плавлении компонент получает текучие свойства, увеличивается вязкость и изменяется поверхностное напряжение.

Механические свойства

Высокая пластичность стала причиной плохих прочностных качеств.

• Сопротивление разрыву – до 13 Мпа (у железа показатель – 250 МПа).
• Твердость по Бринеллю составляет – 3,2 – 8 НВ.
• Предел при сжатии – до 50 Мпа.
• Удлинение материала не более 50-70%.

Теплопроводность в два раза меньше, чем у Феррума, в 11 раз ниже показателя меди и составляет 33,5 вт/(м·К). При комнатной температуре значение теплоемкости – 0,12 кДж/(кг·К).

Электропроводность в нормальных условиях проявляет плохую электропроводность: удельное сопротивление равно 0,22 Ом-кв. мм/м. У меди такой показатель достигает 0,017.

Сопротивление коррозии

По своим инертным свойствам свинец приближается к категории благородных металлов. Высокий порог вступления в реакцию и наличие оксидной пленки, обеспечивают высокую сопротивляемость ржавчине. Серная кислота, а также угольный ангидрид, растр сероводорода не воздействует на элемент. В городской местности уровень коррозии может достигать -0,00068 мм/год.

Свинец стойкий к хромовой, концентрированной уксусной, фосфорной кислоте. Компонент быстро разрушается в азотной и разбавленной уксусной кислоте и концентрированной серной (90%).

Области применения свинцовых сплавов

Свинец активно применяется для источника тока полученного химическим путем. Около ¾ всей массы произведенного металла используется для создания свинцовых аккумуляторов. Несмотря на конкуренцию щелочных источников энергии, свинец вырабатывает электричество более высокого напряжения. Элемент применяется для обмоток сверхпроводящих трансформаторных систем. Компонент был одним из первых замеченных веществ со свойствами сверхпроводимости. Свинцовый сплав (баббит) нашел применение в создании подшипников, благодаря антифрикционным свойствам. Свинец широко применяется для создания электрических предохранительных систем благодаря возможности создания легкоплавких соединений с другими металлами (кадмием или оловом).

Подшипники из свинцового сплава

20% всего объема компонента идет на создание оболочки силового кабеля для подземных и подводных линий. Свинец начали применять в военном деле во времена Римского государства, в качестве снарядов для катапульты. Современная промышленность производит из свинца пули и другие комплектующие для спортивного инвентаря, боевого и охотничьего оружия. Свинец популярен в качестве универсального припоя, включая случаи, когда соединить метал другим вариантом затруднительно.

Металл активно применяется для защиты от радиоактивного излучения, благодаря своей массе. Благодаря дешевизне компонент устанавливается в рентген кабинетах, и на ядерных полигонах.

Также элемент используется, как часть звукоизоляционного покрытия и в кровельном деле. Также материал используют в сейсмостойких фундаментах строений, и уплотнений между кладкой. Краска со свинцом используется на технических сооружениях (мосты, каркасные строения).

Домашние и промышленные способы

Для выделения и плавления чистого свинца, чаще всего используют галенит, как основу плавки. Способом флотации обогащают концентрат до 40-70%. Далее применяют несколько методов плавления:

• Электротермическое плавление.
• Способ термического плавления Ванюкова (расплавление в жидкой ванне).
• Плавление в шахтной (ватержакетной) печи.

После химической обработки удаляют примеси других элементов, в результате чистота свинца достигает более 99%.

Главными производителями являются: страны ЕС (плавление 2200 килотонн), США (1400), КНР (1200), РФ (1100). Также широкое производство плавления компонента находится в Южной Корейской республике, Украине и Казахстане.

Приготовление расплава

Для начала плавления в домашних условиях подбирается емкость с жаростойкой ручкой, которая выдержит высокую температуру. Для такой функции подходит старый кухонный чайник или подобная бытовая утварь. В домашних условиях можно применять чугунную посуду, при отсутствии других вариантов используют консервные емкости, с использование плоскогубцев в виду высокой температуры операции. Заранее следует предусмотреть будущее место захвата банки инструментом. Для удобства, в жестяной банке можно проделать отверстие в районе ободка. Это даст возможность точно выливать металл с высокой температурой, в нужном месте, без потеков расплавленной массы снаружи емкости.

Обрабатываемый материал размельчают и избавляют массу от лишних включений любыми доступными способами. Чем лучше будет размельчен металл, тем быстрее он расплавится. Емкость необходимо надежно установить над источником огня и прогреть для ликвидации влаги и сторонних примесей.

Кипение свинца достигается при температуре более 1700 °C. В домашних условиях такую температуру создать невозможно, однако при температуре 700 °C элемент проявляет высокую летучесть. Таким образов при отсутствии специального оборудования и практической необходимости, не стоит доводить свинец до температуры с красным оттенком, в виду вредности испарений для окружающих лиц.

Процесс плавления и заливка

В подогреваемую емкость не стоит сразу погружать весь лом. Контактировать с нагретым дном будет только тонкий слой, а остальная приобретенная температура будет рассеиваться в массе свинца. Для эффективной плавки лучше бросить небольшое количество в уже разогретую ванну постепенно помещая остальные части. Это увеличит площадь разогретой массы с высокой температурой.

После разогрева всей массы лома. На поверхности образуется шлаковый слой, который нужно убрать ложкой с длинной ручкой или подобным средством. Если масса получила единую разогретую консистенцию ее стоит переместить в предварительно разогретую форму. Низкая температура плавления провоцирует быстрое застывание в кристаллический вид. Если форма не разогрета, свинец начнет неровно ложится прямо во время заливки, и изделие получится неоднородным с присутствием дефектов.

Рыболовные лаки

Свинцовые изделия, статуэтки или рыболовные снасти можно покрывать лаком, используемым рыбаками. У любителей рыбной ловли есть несколько функций для этого ингредиента. Однако с предотвращением оксидного слоя на поверхности, раствор также эффективно справляется. Производят жидкость для придания старым наживкам и грузилом былого блеска.

Методы избавления от оксида

Во время взаимодействия с воздухом между атомами металла и окружающей средой образуется ионная связь. Кислород отдает два электрона. На поверхности быстро возникает окислительный слой. Такая оксидная пленка способна предотвратить дальнейшее воздействие враждебной среды. Пленка, также становится барьером во время передачи электричества.

Оксидная пленка на продукте, изготовленном из свинца появляется через малый промежуток времени. Механическая очистка – довольно трудоемкое и бесполезное занятие. Сразу после успешного снятия слоя, образуя поле, и оголенные атомы вступают в связь с новыми атомами воздуха. Создать защиту для предмета можно при использовании масла подсолнуха. Также актуален вариант с графитовой смазкой и лаком.

Для домашнего обихода отлично подходит масло подсолнуха. Масло наливают в миску, после чего в жидкость помещают требуемое изделие из свинца. При правильной выдержки (около 5 минут), необходимо вытянуть изделие из масла и дать ему просохнуть на подготовленных салфетках.

В условиях производства для уменьшения распространения оксидных включений на поверхности деталей применяют графитовую смазку. Смазка не является редкой или дорогостоящей, однако в бытовых условиях она редко оказывается в наличии. Такое средство продается в автомагазинах и хозяйственных торговых точках. При должном отношении свинцовая поверхность будет длительное время демонстрировать блеск.

Графитовая смазка для свинца

Если оксидная пленка уже успешно покрыла поверхность, существуют способы ее удаления. Для этого, применяется концентрированный раствор кислоты. Для таких действий необходима специальная подготовка, включая наличие химического стеклянного инвентаря. Обычные столовые банки или миски не подойдут. Реактивные ингредиенты могут нанести вред человеку, оставить ожоги на теле.

Приветствуется использование защитных очков и маски.

Обрабатываемое изделие погружается в кислотный раствор. Необходимо подождать пока пленка оксида будет разрушена. После успешного подъема из раствора обрабатывается поверхность для защиты маслом или лаком.

Техника безопасности

Расплавленный свинец способен произвести значимые увечья и ожоги. Капля мгновенно пропалит одежду и попадет на открытую поверхность кожи. Жидкая форма свинца может при вытекании попасть на легко возгораемые предметы и спровоцировать пожар в помещении. Если в жидкий расплав проникает вода происходит резкая вспышка с распространением мелких брызг металла по всей площади. Такие включения могут попасть на кожу и глаза, что болезненно и опасно для органов человека. Таким образом, обязательно во время работы необходимо использование одежды, которая покроет все тело включая рукава, надевайте головной убор. Ткань должна быть с высокой огнеупорностью и термостойкостью. На лицо необходимо надеть маску и защитные очки.

Помещение, в котором проводят плавку, необходимо хорошо проветривать, ввиду токсичности испарения свинца. Если маски нет в наличии используйте ватно-марлевую повязку. При попадании в организм свинец может спровоцировать и усугубить ряд болезненных процессов, накапливаясь в органах, элемент вызывает острое отравление.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Расплавить свинец нетрудно. Это можно сделать даже в домашних условиях, используя подходящую тонкостенную стальную или даже алюминиевую емкость. Температура плавления свинца невысокая. Чтобы ее достичь, достаточно пламени конфорки бытовой газовой или электрической плиты.

Свинец: характеристика

Распространение в общей массе земной коры – 0,0016 %. Это вроде бы и мало, но если сравнивать данный показатель с ближайшими соседями по таблице химических элементов – ртутью, золотом, висмутом, то свинец занимает гораздо более высокое место. Основной источник сырья для его получения – это полиметаллические сульфидные руды.

Материал имеет характерный грязно-серый цвет. На срезе свинец блестит с синеватым отливом, однако вскоре тускнеет. Это происходит окисление при воздействии воздуха. На поверхности среза образуется тонкий слой оксида. Металл тяжелый, его плотность — 11,34 г/см³. Это в полтора раза больше, чем у железа, и вчетверо в сравнении с алюминием.

Кроме того, что температура плавления свинца невысока, он еще является одним из самых мягких металлов. Его можно поцарапать ногтем, порезать ножом. Он достаточно гибкий, плющится молотком. Материал хорошо подходит для плавления и литья даже в домашних условиях.

Технологические свойства: какая температура плавления свинца?

Он плавится при 327,46 °C (600,61 K). Сохраняет высокие технологические литьевые свойства в диапазоне от 400 до 450 °С. Температура кипения свинца равна 1751 °С (2022 K). Пленка оксида, необходимая для защиты от коррозии, плавится только при 850 °С. Такая высокая температура, существенно превышающая режим плавления, усложняет процесс сваривания свинца в сплавах с другими металлами. К тому же при 700 °C летучесть свинца заметно возрастает.

В холодном виде материал хорошо поддается обработке. Его можно прокатать в тонкую фольгу. При давлении от 2 т/см² дробленый свинец спрессовывается с образованием монолитной массы. Проволоку из него получают не методом литья, а при продавливании твердого материала через фильеру. Малая разрывная прочность не дает возможности использовать для этих целей обычное волочение.

При какой температуре плавится свинец в составе с другими металлами? Это будет зависеть от состава сплава и соотношения металлов в нем. С одним материалом температура может повыситься, в то же время с другими – быть значительно ниже. К примеру, припой, в основе которого олово (64 %) и свинец (36 %), плавится при 180-200 °С.

Плавление в домашних условиях: подготовка

Необходимо подобрать подходящую емкость, желательно, чтобы ее ручка была из жаростойкого материала. Хорошо для этих целей подойдет старый чайник, кофейник или другая вышедшая из употребления кухонная утварь с удобной рукоятью. Можно расплавить материал и в старой чугунной посуде, а для заливки использовать глубокую ложку с длинной ручкой.

В крайнем случае подойдет и жестяная консервная банка. Но тут не обойтись без плоскогубцев. Ими можно снять с огня разогретую посуду и залить расплавленный свинец в подготовленную форму. Но это следует делать очень осторожно. Для удобства на ободке жестянки лучше сделать желобок. Тогда расплавленный металл выльется тонкой струйкой без подтеков и точно в нужное место. Место для захвата плоскогубцами также следует заранее оборудовать, чтобы не производить лишних манипуляций с посудой и разогретым металлом.

Подготовленный и максимально очищенный от посторонних примесей свинец по возможности измельчают на мелкие кусочки. Так он быстрее будет плавиться. Емкость надежно устанавливается над горелкой и прогревается. Это делается для выгорания с ее поверхности влаги и нежелательных посторонних примесей.

Процесс плавления и заливка

Не стоит загружать в посуду сразу весь объем подготовленного материала. Контактировать с разогретой поверхностью будет только нижний слой свинцового лома, а все, что сверху, будет только забирать на себя тепло и этим замедлять прогрев. Лучше сначала расплавить несколько кусочков, чтобы образовалась лужа, а затем в нее постепенно добавлять новые порции металла. В таком случае увеличивается площадь разогревающей поверхности.

После расплавления всего объема материала металлической лопаткой или ложкой с длинной ручкой с поверхности расплава необходимо снять слой шлака, примесей и мусора. Заливку следует производить в разогретую форму. Сравнительно низкая температура плавления свинца предполагает его быстрое застывание. Особенно заметно это в холодной форме. Материал теряет текучесть, заметно густеет, расплав не заполняет форму, качество отливки ухудшается.

Техника безопасности

Температура кипения свинца очень высока (1751 °C), и достичь ее в домашних условиях нереально. Тем не менее летучесть его уже при 700 °C становится довольно высокой. При существенном превышении температуры плавления находящиеся поблизости люди могут подвергаться негативному воздействию его испарений. Если нет существенной технологической необходимости перегревать расплав, не следует его доводить до красноватого оттенка. Именно это свидетельствует о том, что температура плавления свинца была превышена.

Расплавленный свинец при попадании на кожу может вызвать серьезные ожоги. Его капли прожигают одежду, при попадании на быстровоспламеняющиеся материалы могут вызвать возгорание и, как следствие, пожар, поэтому работать следует осторожно. Недопустимо попадание воды в расплавленный свинец. Это вызывает фонтан серебристых брызг, которые при попадании в глаза могут вызвать крайне нежелательные последствия.

Работать следует в хорошо проветриваемом помещении или на улице. Не стоит пренебрегать средствами индивидуальной защиты. Респиратор или даже ватно-марлевая повязка защитят дыхательные пути от свинцовой пыли. Малые дозы свинца в организме, возможно, сразу и не вызовут последствий. Однако этот материал имеет склонность накапливаться на протяжении жизни и вызывать отравление при превышении допустимых доз.