Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разница между температурой кипения и температурой плавления

Разница между температурой кипения и температурой плавления

Точка кипения и точка плавления — это термины, связанные с изменением состояния вещества, поскольку оба они являются температурами, при которых межмолекулярные силы ослабевают и с увеличением кинетической энергии молекулы должны изменять свое состояние вещества. Точка плавления — это температура, при которой твердое вещество начинает превращаться в жидкость. Например, температура плавления льда составляет 0 ° C или 273K, поэтому при этой температуре лед начнет распадаться как жидкость. Точка кипения — это температура, при которой жидкость начинает переходить в форму пара. Например, при комнатной температуре температура кипения воды составляет 100 ° C, при этой температуре молекулы воды начинают испаряться в виде паров.

Сравнительная таблица

Точка кипения Температура плавления
ОпределениеТочка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению, окружающему жидкость.Точка плавления — это температура, при которой твердая и жидкая фазы находятся в состоянии теплового равновесия.
Физическое изменениеТочка кипения — это температура, при которой жидкость начинает переходить в форму пара.Точка плавления — это температура, при которой твердое вещество начинает превращаться в жидкость.
ДавлениеТемпература кипения не остается прежней, она изменяется с учетом внешнего давления.Температура плавления не имеет ничего общего с внешним давлением.

Что такое точка кипения?

Точка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению, окружающему жидкость. Обычно это высокая температура, когда межмолекулярные силы ослаблены и все молекулы настроены на разрыв связи и испарение в виде пара. Внешнее давление является одним из наиболее заметных факторов, влияющих на процесс кипения, поскольку чем выше внешнее давление, тем выше будет точка кипения, а при понижении внешнего давления — температура кипения ниже. Температура кипения воды не остается прежней, она изменяется в зависимости от внешнего давления. Например, при комнатной температуре вода имеет точку кипения 100 ° C, хотя на горе Эверест, где давление составляет около 34 кПа, кипящая вода составляет 71 ° C.

Что такое точка плавления?

Точка плавления — это температура, при которой твердая и жидкая фазы находятся в состоянии теплового равновесия. Температура плавления обычно является свойством твердых веществ. Это определенная температура, при которой твердые тела превращаются в жидкости. Как мы знаем, в твердых телах молекулы прочно удерживаются межмолекулярными силами, поэтому, когда речь идет о температуре плавления, кинетическая энергия достаточно высока, чтобы освободить молекулы, чтобы они могли изменить состояние вещества. Многие люди , вытекающие из этого думать , что плавление и точки замерзания вещества такие же, хотя это не является обязательным , как и в случае агара, который плавится при температуре 85 0 С , но получает обратно в твердой форме при 31 0 С до 40 0 C .

Углерод

Углерод (латинское Carboneum) — С, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011. Встречается в природе в виде кристаллов алмаза, графита или фуллерена и других форм и входит в состав органических (уголь, нефть, организмы животных и растений и др.) и неорганических веществ (известняк, пищевая сода и др.). Углерод широко распространен, но содержание его в земной коре всего 0,19%.

Читайте так же:
Как мерить катет сварного шва

Углерод широко используется в виде простых веществ. Кроме драгоценных алмазов, являющихся предметом ювелирных украшений, большое значение имеют промышленные алмазы — для изготовления шлифовального и режущего инструмента. Древесный уголь и другие аморфные формы углерода применяются для обесцвечивания, очистки, адсорбции газов, в областях техники, где требуются адсорбенты с развитой поверхностью. Карбиды, соединения углерода с металлами, а также с бором и кремнием (например, Al4C3, SiC, B4C) отличаются высокой твердостью и используются для изготовления абразивного и режущего инструмента. Углерод входит в состав сталей и сплавов в элементном состоянии и в виде карбидов. Насыщение поверхности стальных отливок углеродом при высокой температуре (цементация) значительно увеличивает поверхностную твердость и износостойкость.

Содержание

Историческая справка

Графит, алмаз и аморфный углерод известны с древности. Издавна известно, что графитом можно маркировать другой материал, и само название «графит», происходящее от греческого слова, означающего «писать», предложено А.Вернером в 1789. Однако история графита запутана, часто за него принимали вещества, обладающие сходными внешними физическими свойствами, например молибденит (сульфид молибдена), одно время считавшийся графитом. Среди других названий графита известны «черный свинец», «карбидное железо», «серебристый свинец».

В 1779 К.Шееле установил, что графит можно окислить воздухом с образованием углекислого газа. Впервые алмазы нашли применение в Индии, а в Бразилии драгоценные камни приобрели коммерческое значение в 1725; месторождения в Южной Африке были открыты в 1867.

В 20 в. основными производителями алмазов являются ЮАР, Заир, Ботсвана, Намибия, Ангола, Сьерра-Леоне, Танзания и Россия. Искусственные алмазы, технология которых была создана в 1970, производятся для промышленных целей.

Свойства

Известны четыре кристаллические модификации углерода:

  • графит,
  • алмаз,
  • карбин,
  • лонсдейлит.

Графит — серо-чёрная, непрозрачная, жирная на ощупь, чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском. При комнатной температуре и нормальном давлении (0,1 Мн/м 2 , или 1 кгс/см 2 ) графит термодинамически стабилен.

Алмаз — очень твёрдое, кристаллическое вещество. Кристаллы имеют кубическую гранецентрированную решётку. При комнатной температуре и нормальном давлении алмаз метастабилен. Заметное превращение алмаза в графит наблюдается при температурах выше 1400°С в вакууме или в инертной атмосфере. При атмосферном давлении и температуре около 3700 °С графит возгоняется.

Жидкий углерод может быть получен при давлениях выше 10,5 Мн/м 2 (105 кгс/см 2 ) и температурах выше 3700 °С. Для твёрдого углерода (кокс, сажа, древесный уголь) характерно также состояние с неупорядоченной структурой — так называемый «аморфный» углерод, который не представляет собой самостоятельной модификации; в основе его строения лежит структура мелкокристаллического графита. Нагревание некоторых разновидностей «аморфного» углерода выше 1500-1600 °С без доступа воздуха вызывает их превращение в графит.

Физические свойства «аморфного» углерода очень сильно зависят от дисперсности частиц и наличия примесей. Плотность, теплоёмкость, теплопроводность и электропроводность «аморфного» углерода всегда выше, чем графита.

Карбин получен искусственно. Он представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9-2 г/см 3 ). Построен из длинных цепочек атомов С, уложенных параллельно друг другу.

Лонсдейлит найден в метеоритах и получен искусственно; его структура и свойства окончательно не установлены.

3,5-3,53 г/см 3 (алмаз)

Сплавы

Сталь

Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы — хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов.

Читайте так же:
Rj45 по цветам стандарт

Чугун

Чугуном называется сплав железа с 2-4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала.

Применение

Алмазы широко применяются для резки горных пород и шлифования особо твердых материалов. Из алмазов при огранке делают ювелирные украшения. Графит применяют для изготовления инертных электродов и грифелей карандашей. В смеси с техническими маслами в качестве смазочного материала. Из смеси графита с глиной изготавливают плавильные тигли. Графит используют в ядерной промышленности, как поглотитель нейтронов.

Кокс применяют в металлургии, как восстановитель. Древесный уголь – в кузнечных горнах, для получения пороха (75%KNO3 + 13%C + 12%S), для поглощения газов (адсорбция), а также в быту. Сажу применяют, как наполнитель резины, для изготовления черных красок – типографская краска и тушь, а также в сухих гальванических элементах. Стеклоуглерод применяют для изготовления аппаратуры для сильно агрессивных сред, а также в авиации и космонавтике.

Активированный уголь поглощает вредные вещества из газов и жидкостей: им заполняют противогазы, очистительные системы, его применяют в медицине при отравлениях.

Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возврашением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.

Применение радиоактивного изотопа 14 C способствовало успехам молекулярной биологии в изучении механизмов биосинтеза белка и передачи наследственной информации. Определение удельной активности 14 C в углеродсодержащих органических остатках позволяет судить об их возрасте, что используется в палеонтологии и археологии.

Кристаллические решетки

Кристаллической решеткой называют пространственное расположение атомов или ионов в кристалле. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

Кристаллические решетки подразделяют на молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Кристаллические решетки

Очень важно не перепутать вид химической связи и кристаллической решетки. Помните, что кристаллические решетки отражают пространственное расположение атомов.

Молекулярная кристаллическая решетка

В узлах молекулярной решетки расположены молекулы. При обычных условиях молекулярную решетку имеют большинство газов и жидкостей. Связи чаще всего ковалентные полярные или неполярные.

Классическим примером вещества с молекулярной решеткой является вода, так что ассоциируйте свойства этих веществ с водой. Вещества с молекулярной решеткой непрочные, имеют небольшую твердость, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, для них характерны небольшие температуры кипения.

Читайте так же:
Как проверить двигатель шуруповерта

Примеры: NH3, H2O, Cl2, CO2, N2, Br2, H2, I2. Особо хочется отметить белый фосфор, ромбическую, пластическую и моноклинную серу, фуллерен. Эти аллотропные модификации мы подробно изучили в статье, посвященной классификации веществ.

Молекулярная решетка

Ионная кристаллическая решетка

В узлах ионной решетки находятся атомы, связанные ионной связью. Этот тип решетки характерен для веществ, обладающих ионной связь: соли, оксиды и гидроксиды металлов.

Ассоциируйте этот ряд веществ с поваренной солью — NaCl. Веществе с ионной решеткой имеют высокие температуры плавления и кипения, легко растворимы в воде, хрупкие, твердые, их растворы и расплавы проводят электрический ток.

Ионная решетка

Металлическая кристаллическая решетка

В узлах металлической решетки находятся атомы металла. Этот тип решетки характерен для веществ, образованных металлической связью.

Ассоциируйте свойства этих веществ с медью. Они обладают характерным металлическим блеском, ковкие и пластичные, хорошо проводят электрический ток и тепло, имеют высокие температуры плавления и кипения.

Примеры: Cu, Fe, Zn, Al, Cr, Mn.

Металлическая решетка

Атомная кристаллическая решетка

В узлах атомной решетки находятся атомы, связанные ковалентной полярной или неполярной связью.

Ассоциируйте эти вещества с песком. Они очень твердые, очень тугоплавкие (высокая температура плавления), нелетучие, прочные, нерастворимы в воде.

Примеры: SiO2, B, Ge, SiC, Al2O3. Особенно хочется выделить: алмаз и графит (C), красный и черный фосфор (P).

Атомная решетка

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Графит. Виды и применение. Свойства и происхождение. Особенности

Графит – это самородный минерал на основе углерода, имеющий слоистую структуру. Представляет собой кристаллы различного размера с чешуйчатой структурой. Имеет темно-серый цвет с характерным металлическим блеском. В своем большинстве встречается в виде небольших включений, добыча и переработка которых нецелесообразна в экономическом плане. Однако существуют и большие месторождения. В них присутствует практически чистый минерал с небольшими примесями глины.

Добыча графита

Графитовые залежи располагаются в тех же местах, что и пирита, граната. Его можно найти в кварцевых жилах, мраморе. Минерал образовывается в результате воздействия высоких температур на вулканические и магматические породы. Также он формируется в результате пиролиза каменного угля.

Добыча графита осуществляется открытым и шахтным способом. Экономически оправданным является разработка месторождений, руда которых содержит его в количестве не менее 30%. Процесс добычи весьма похож на технологию работы с углем. В залежах графита пробуриваются отверстия, в которые закладывается взрывчатка.

Dobycha grafitovoi rudy

Взорванная руда доставляется на поверхность, где измельчается. Она замешивается с водой и нефтью, что позволяет отделить графит от примесей. Его частицы прилипают к пузырькам воздуха, образовываемыми при перемешивании массы, и всплывают. Минерал снимается как пенка, после чего циклы очистки повторяются 4-5 раз, чтобы довести концентрацию графита до 90-96%.

Завершающим технологическим процессом является сушка графита. В результате добычи и очистки образовывается мелко дисперсионный красящий порошок. Чтобы сделать из него графитовое изделие, он смешивается с глиной с добавлением воды. В зависимости от того какая добавка используется, зависит конечная прочность и свойства изделия.

Читайте так же:
Лучшие недорогие сварочные маски

Готовая масса спрессовывается, и после сушки формируется в готовые изделия, к примеру, грифели простых карандашей. Та как они за счет присутствия воды получаются мягкими, то для увеличения жесткости обжигаются при температуре выше 1000°C. По результатам обработки изделие приобретает окончательную твердость. Однако это сопровождается появлением ломкости.

Свойства графита
Минерал обладает рядом важных качеств, которые делают его очень востребованным в промышленном производстве. К его основным параметрам можно отнести:
  • Токопроводность.
  • Мягкость.
  • Отвердевание при воздействии высоких температур.
  • Стойкость к плавке.
  • Устойчивость к трению.

При пропускании через графит электрического тока происходит его нагревание. При этом материал в таких условиях не перегорает. Теплопроводность графита стала причиной его применения для изготовления щеток для двигателей, сердцевин батареек, контактов для электротранспорта.

Существует больше десяти видов графита, используемых в промышленности. Все они способны передавать электрический ток. Минимальное значение проводимости в интервале 300-1300 К. Лучшим проводником из графитов является рекристаллизованный.

В чистом виде минерал имеет твердость 1 по шкале Мооса. Это очень низкий показатель. Именно по этой причине для увеличения его твердости выполняется смешивание с глиной и запекание.

Grafit 2

Низкая твердость стала причиной использования графитового порошка в качестве смазочного материала для трущихся деталей. Он добавляется в солидол. Графитная смазка превосходит все остальные по эффективности работы. К тому же она превышает обычные аналоги по термостойкости.

Графит становится более твердым при обжиге, даже без добавления в его состав глины. Однако его механическая прочность в таком виде слишком низкая. После обжига материал становится ломким. Включение глины компенсирует это свойство минерала.

Минерал не расплавляется при воздействии высоких температур. За счет этого он пользуется спросом для изготовления контактов для передачи больших токов. В условиях отсутствия воздуха возможен разогрев графита до предельных температур, при которых сталь просто превращается в жидкость. Такой же мощный подогрев в воздушной среде приводит к выгоранию материала. Чтобы его расплавить, требуется создать температуру порядка 3890°C.

При трении графитовые изделия начинают оставлять после себя след на боле твердых поверхностях. Благодаря этому качеству материал и применяется для изготовления простых карандашей. Из него делают их сердцевины.

Материал обладает хорошей теплопроводностью порядка 100 до 354,1 Вт/(м·К). Нужно отметить, что этот показатель сильно зависит от вида графита. Ввиду особой кристаллической решетки построения молекул графита, он обладает разной токопроводностью в зависимости от направления передачи электричества. В обычных условиях по этому свойству минерал практически приравнивается к металлу. При перпендикулярном направлении передачи скорость продвижения электричества замедляется в сотни раз.

Grafit 3

Весьма необычным является то, что он сжимается при нагреве, а не расширяется как металлы, жидкости, дерево и т.д. Самый твердый материал алмаз образовывается в результате сильного давления на графит. Однако сам исходный минерал настолько мягкий, что его легко поцарапать ногтем. Отличительным качеством графита является тактильное ощущение жирности на его поверхности. За счет этой скользкости он может использоваться как для смазки трущихся деталей без добавления нефтепродуктов. Это особенно ценно для механизмов, работающих в условиях повышенных температур.

Читайте так же:
Как проверить напряжение зарядного устройства мультиметром
Виды природного графита

Свойства минерала отличаются, в зависимости из того, из какого сырья он образовался.

Различают следующие виды природных графитов:
  • Тигельный.
  • Литейный кристаллический.
  • Аккумуляторный.
  • Для изготовления пишущих грифелей.
  • Элементарный.

Тигельный отличается высокой стойкостью к повышенным температурам. Он нормально переносит резкие колебания температуры. Материал отлично передает тепло. Из него делают огнеупорные изделия.

Литейный используется для изготовления форм для отлива металлов. У него малый коэффициент расширения. Он не теряет прочность при повышении температуры.

Grafitovye formy dlia litia

Аккумуляторный имеет подходящие качества для изготовления на его основе стержней, которые используются в батарейках, аккумуляторах и прочих изделиях, задействованных в накоплении электрической энергии. Он не заменим при изготовлении литий-ионных АКБ.

Где используется графит
Область потребления графита очень община. Из него делают разные изделия в таких областях:
  • Машиностроение.
  • Химпромышленность.
  • Металлургия.
  • Изготовление стройматериалов.
  • Атомная энергетика.
  • Медицина.
  • Производство электрооборудования в частности накопителей заряда.

Большие графитовые стержни применяются в качестве замедлителя нейтронов. Путем их погружения, возможно остановить работу ядерного реактора. Графитовые изделия имеют большую сферу использования в металлургии. Они применяются для изготовления тиглей для плавки металла. Также их них изготавливают формы для заливки стали. Минерал используется для насыщения железа углеродом. Это важный компонент для повышения твердости металлов. Графитовым порошком посыпаются литейные формы. В этом случае он применяется в качестве разделителя, препятствующего прилипанию металла к ним.

Grafit 4

Существенная часть добываемого графита используется в сфере машиностроения. Из него делают скользящие контакты для электромоторов, генераторов. Также нашли широкое применение подшипники из графита. На его основе делают электростатическое покрытие, нагревательные элементы, электроды. С повышением популярности литий-ионных аккумуляторов, потребление графита увеличилось, так как он используется для их производства.

Искусственный графит

Образование графита в природе является долгим процессом, который сопровождается воздействием высоких температур. Сделать минерал со схожей кристаллической решеткой на основе углерода можно и искусственно. Такие технологии получили распространение.

Разделяют следующие виды искусственного графита:
  • Ачесоновский.
  • Рекристаллизованный.
  • Пиролитический.
  • Доменный.
  • Карбидный.

В отдельных случаях его производство искусственным способом является экономически целесообразно, так как фактические физические и химические качества такого материала могут быть уникальными, подходящими для конкретных способов применения. Так, ачесоновский графит производится путем нагрева кокса и пека, смешанных в строгой пропорции, до температуры 2800°C. Это один из самых бюджетных и простых методов получения минерала искусственным путем.

Рекристаллизованный способ производства подразумевает механическую обработку смеси кокса, пека, природного графита и специальных карбидообразующий добавок под воздействием высокой температуры. В результате кристаллическая структура включений минерала перестраивает прочие компоненты под себя.

Пиролитическим способом производят так называемый электро-графит, используемый в сфере электроники. Его получают методом пиролиза углеродов в газообразном состоянии в условиях вакуума при воздействии температуры 1,5 тыс. градусов. Это продолжается до образования пироуглерода, который для формирования графита доводится до температуры 3 тыс. градусов под давлением не менее 50 МПа.

Доменный образовывается в результате медленного охлаждения объемных масс чугуна. В результате длительного температурного воздействия образуются большие графитовые включения. Карбидный получают в результате разложения карбидов под воздействием высоких температур.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector