Gói VIP thi online tại VietJack [chỉ 200k/1 năm học], luyện tập gần 1 triệu câu hỏi có đáp án chi tiết.
Nâng cấp VIP
CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ
Câu 1:
Cho khí CO dư đi qua hỗn hợp gồm CuO, Al2O3 và MgO [nung nóng]. Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn gồm :
Bạn có biết rằng vonfram nóng chảy cao hơn thủy ngân 3400 ° C [6200 ° F]? Vonfram là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, nhưng tại sao để biến đổi vonfram từ thể rắn sang thể lỏng lại tốn rất nhiều năng lượng?
Điểm nóng chảy của vật liệu chủ yếu liên quan đến độ bền của liên kết. Vật liệu có liên kết bền giữa các nguyên tử sẽ có nhiệt độ nóng chảy cao. Tuy nhiên, các yếu tố khác – chẳng hạn như cấu trúc tinh thể, trọng lượng nguyên tử và cấu trúc electron – cũng có thể ảnh hưởng đến điểm nóng chảy.
Nhưng trước khi chúng ta đi sâu vào một bài báo tập trung vào kim loại, tôi muốn nhanh chóng chỉ ra rằng kim loại không nhất thiết phải có điểm nóng chảy cao nhất khi so sánh với các vật liệu khác.
Phỏng theo: Vật liệu siêu mạnh, siêu mô-đun
Liên kết kim loại chắc chắn mạnh hơn liên kết Van der Waals, nhưng gốm sứ [có liên kết ion hoặc cộng hóa trị] có điểm nóng chảy thậm chí còn cao hơn! Than chì, cacbua hafnium, cacbit tantali, và các đồ gốm sứ khác có điểm nóng chảy thậm chí còn cao hơn vonfram!
Danh sách các kim loại có điểm nóng chảy cao
Trước khi tôi đi vào giải thích khoa học, đây là danh sách 17 kim loại nguyên tố có điểm nóng chảy cao nhất. [Tôi cũng đã liệt kê cấu trúc tinh thể, sẽ trình bày sau]. Như bạn có thể thấy, vonfram đứng số 1 với nhiệt độ nóng chảy đáng kinh ngạc 3380 ° C.
- Vonfram [W] 3380 ° C, BCC
- Rhenium [Re] 3180 ° C, HCP
- Osmium [Os] 3027 ° C, HCP
- Tantali [Ta] 3014 ° C, BCC
- Molypden [Mo] 2617 ° C, BCC
- Niobi [Nb] 2468 ° C, BCC
- Iridi [Ir] 2447 ° C, FCC
- Ruthenium [Ru] 2250 ° C, HCP
- Hafnium [Hf] 2227 ° C, HCP
- Technetium [Tc] 2200 ° C, HCP, phóng xạ
- Rhodium [Rh] 1963 ° C, FCC
- Vanadi [V] 1902 ° C, BCC
- Chromium [Cr] 1857 ° C, BCC
- Zirconium [Zr] 1852 ° C, HCP
- Bạch kim [Pt] 1769 ° C, FCC
- Thori [Th] 1755 ° C, FCC, Phóng xạ
- Titan [Ti] 1670 ° C, HCP
Hợp kim điểm nóng chảy cao
Hợp kim có điểm nóng chảy cao thực sự không phải là một loại vật liệu thực. Bất kỳ lúc nào bạn kết hợp các kim loại trong dung dịch rắn [tức là tạo ra hợp kim], nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.
Nếu bạn muốn một kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao, bạn có thể phải chọn một kim loại nguyên chất. Trong nhiều trường hợp, bạn có thể loại bỏ hợp kim nhẹ từ một trong những nguyên tố tinh khiết được liệt kê ở trên, nhưng không thực sự có thể tạo ra hợp kim để tăng điểm nóng chảy.
Hợp kim “nhiệt độ cao” là một phạm trù thực sự trong khoa học vật liệu. Trong hầu hết các trường hợp, vật liệu bị hỏng ở nhiệt độ cao sẽ có thể xảy ra trước khi chúng tan chảy. Nhiệt độ cao làm cho kim loại mềm hơn và dễ bị oxy hóa hoặc ăn mòn.
Bài viết này hoàn toàn nói về hiện tượng kim loại có điểm nóng chảy cao, nhưng siêu hợp kim [dựa trên Ni, Co hoặc Fe, 1300-1500 ° C trong khoảng trên], hợp kim titan và hợp kim vonfram có thể được coi là hợp kim nhiệt độ cao vì sự kết hợp của chúng giữa điểm nóng chảy cao, độ bền tốt ở nhiệt độ cao và khả năng chống oxi hóa / ăn mòn
Lý do cho điểm nóng chảy cao là gì?
Câu trả lời đơn giản là: năng lượng liên kết.
Một chất rắn có thể được hình dung như một nhóm các nguyên tử liên kết với nhau dao động qua lại, nhưng thường ở cùng một vị trí.
Dao động của các nguyên tử – động năng của chúng – là cái mà chúng ta thường gọi là “nhiệt độ”. Nhiệt độ cao hơn có nghĩa là các nguyên tử dao động nhanh hơn. Tại một thời điểm nào đó, chúng rung động nhanh đến mức có thể phá vỡ liên kết của chúng và trượt qua nhau.
Mỗi nguyên tử có một dao động khác nhau, vì vậy ngay cả ở trạng thái rắn, một số nguyên tử có thể tạm thời phá vỡ liên kết của chúng và di chuyển qua vật liệu. Hiện tượng này được gọi là “sự khuếch tán”.
“Tan chảy” là khi hầu hết các liên kết bị phá vỡ. Trong chất rắn kết tinh như kim loại, tất cả các liên kết đều có cùng độ dài và độ bền – vì vậy có một điểm chính xác mà hầu như tất cả các nguyên tử đều thu được đủ nhiệt năng để phá vỡ liên kết của chúng. Càng cần nhiều năng lượng để đạt được điểm đó, nhiệt độ nóng chảy càng cao.
Vậy khi nào thì các nguyên tử đạt tới điểm này?
Yếu tố rõ ràng nhất là độ bền liên kết trực tiếp. Độ bền liên kết hơi khó định lượng, nhưng hai thước đo độ bền liên kết là entanpi của sự hình thành , đó là sự thay đổi entanpi để tạo thành một mol vật chất và năng lượng phân ly liên kết , là năng lượng giải phóng từ việc phá vỡ liên kết giữa hai nguyên tử. .
Trong bảng năng lượng liên kết của Callister, sách giáo khoa thực sự đang lập bảng entanpi của sự hình thành. Đây là đồ thị độ bền liên kết [biểu diễn bằng entanpi của năng lượng phân ly liên kết AND hình thành] so với điểm nóng chảy.
Dữ liệu được thu thập từ: Bảng năng lượng phân ly trái phiếu
Bây giờ, có một số đặc tính khác ảnh hưởng đến điểm nóng chảy, nhưng sẽ không được xem xét trong entanpi của sự hình thành hoặc năng lượng phân ly liên kết. Ví dụ: có bao nhiêu liên kết bao quanh nguyên tử?
Nói chung, chúng tôi cho rằng hầu hết các hiệu ứng từ liên kết là kết quả của các nguyên tử lân cận gần nhất, hoặc các nguyên tử trực tiếp “chạm” vào nó. [Mặc dù cũng có tác động từ các nguyên tử gần đó – ví dụ, nếu bạn tạo ra các hạt nano chỉ với một vài nguyên tử hoàn toàn, các liên kết sẽ ít hơn bình thường và hạt nano sẽ có điểm nóng chảy thấp hơn so với vật liệu dạng khối].
Cấu trúc tinh thể của một phần tử xác định độ dài liên kết và số lượng lân cận gần nhất [còn được gọi là “số phối trí”]. Điều này ảnh hưởng đến độ bền liên kết theo cách không bị thu giữ bởi năng lượng phân ly liên kết, mà được phản ánh ở điểm nóng chảy.
Đó là lý do tại sao các nguyên tố có điểm nóng chảy cao có xu hướng có cấu trúc tinh thể với độ đóng gói cao: FCC, HCP hoặc BCC. Trên thực tế, các nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy cao nhất thường có cấu trúc BCC. BCC gần như được đóng gói chặt chẽ nên nó khá ổn định, nhưng tôi cho rằng mật độ thấp hơn một chút cho phép các nguyên tử lắc lư nhiều hơn mà không cần phải hóa lỏng. Để có một bằng chứng toán học [rất phức tạp] về lý do tại sao BCC có xu hướng là giai đoạn nhiệt độ cao ổn định nhất, hãy xem bài báo này của Alexander và McTague .
Bởi vì liên kết kim loại có nghĩa là các nguyên tử được bao quanh bởi một biển điện tử, cũng có một vài đặc điểm về cấu trúc điện tử của nguyên tử cũng có thể ảnh hưởng đến độ bền liên kết như được đo bằng sự nóng chảy.
Ví dụ, bạn sẽ nhận thấy rằng nhiều kim loại có điểm nóng chảy cao có một phần d-suborbitals đầy đủ.
Điều đó có nghĩa là các nguyên tử này có rất nhiều electron để tạo ra biển electron, nói chung làm tăng lực tương tác trong kim loại.
Các nguyên tử lớn hơn cũng có xu hướng được đóng gói chặt chẽ hơn và nặng hơn. Vì động năng là
Các tính chất chung của kim loại có điểm nóng chảy cao là gì?
Vì tôi đã chọn 17 nguyên tố có điểm nóng chảy cao nhất nên những nguyên tố này khá đa dạng. Nhiệt độ nóng chảy của chúng dao động từ 1670 ° C và 3380 ° C, vì vậy chúng không có nhiều điểm chung khác.
Tuy nhiên, chúng đều có cấu trúc tinh thể BCC, HCP hoặc FCC, là những cấu trúc tinh thể được đóng gói gần nhau nhất và ổn định nhất.
Các kim loại trong danh sách của tôi có nhiệt độ nóng chảy cao nhất cũng là kim loại chịu lửa . Đây là một loại kim loại đặc biệt với một tập hợp các tính chất cụ thể. Bạn có thể đọc tất cả về kim loại chịu lửa trong bài viết này, nhưng tóm lại, chúng là:
- Ngu độn
- Cứng [đặc biệt là vonfram và vônfram]
- Trơ hoá học
- Dễ bị oxy hóa
- Chống leo
Các kim loại chịu lửa cũng có cấu trúc tinh thể BCC [ngoại trừ RRnium, là HCP].
Các ứng dụng của kim loại điểm nóng chảy cao
Có nhiều ứng dụng yêu cầu kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao. Đối với các ứng dụng như dây tóc bóng đèn nóng sáng, chỉ yêu cầu kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao và không có gì khác, vonfram thường là kim loại được lựa chọn.
Vonfram là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất. Nó cũng tương đối rẻ, vì vậy không có lý do gì để sử dụng kim loại “rẻ hơn” có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn một chút. Các nguyên tố như hecxni, tantali và molypđen thường được sử dụng vì chúng có một số đặc tính khác ngoài nhiệt độ nóng chảy cao [ví dụ: mật độ thấp hơn].Vonfram [W]Rhenium [Re]Osmium [Os]Tantali [Ta]Molypden [Mo]Niobi [Nb]Iridi [Ir]Ruthenium [Ru]Hafnium [Hf]Technetium [Tc]Rhodium [Rh]Vanadi [V]Chromium [Cr]Zirconium [Zr]Bạch kim [Pt]Thorium [Th]Titan [Ti]
Lời kết
Đây là bạn có nó! 17 kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất – nói chung là do chúng có liên kết mạnh nhất.
Một tập hợp con cụ thể của nhóm này có điểm nóng chảy cao nhất, chẳng hạn như vonfram, zirini và tantali, được gọi là kim loại chịu lửa . Bạn có thể đọc tất cả về kim loại chịu lửa bằng cách nhấp vào bài viết này!
Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất là gì?
Kim loại có điểm nóng chảy cao nhất là Vonfram [3.422 °C; 6.192 °F] và độ bền kéo lớn nhất khi có áp suất hơi thấp nhất [ở nhiệt độ trên 1.650 °C, 3.000 °F], Vậy chúng ta có thể xác định kim loại có nhiệt độ nóng chảy ở mức tối đa là Vonfram [W].
Cái gì có nhiệt độ nóng chảy cao nhất?
Chất có nhiệt độ nóng chảy [dưới áp suất khí quyển] cao nhất hiện nay được biết là than chì [hay còn gọi là graphit], có điểm nóng chảy 3.948 K. Heli có điểm nóng chảy ở nhiệt độ 0.95 K.
Kim loại gì chịu nhiệt tốt nhất?
Kết hợp với các thông số liên kết khác, vonfram có khả năng liên kết mạnh nhất, làm cho vonfram trở thành kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất. Tuy nhiên, có những nguyên tố khác có thể chịu được nhiệt độ cao hơn vonfram, và cacbon rắn có thể chịu được nhiệt độ lên đến 3627 ° C.
Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là gì?
Tính đến thời điểm này, kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất chính là thủy ngân. Với nhiệt độ nóng chảy là – 38,830C. Nó là kim loại duy nhất trên trái đất ở trạng thái lỏng trong điều kiện thường, điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ, áp suất trong hóa học.