Какие металлы летучие а какие нет
В те годы усиленно развивалось советское самолетостроение. Но покупать дюраль у немцев за золото молодая Советская Республика не могла: это было слишком дорого. Надо было получить свой сплав. Этим занялся генеральный авиаконструктор А. Н. Туполев (впрочем, в то время он еще не был генеральным). На Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов Туполев организовал группу ученых и производственников, которые и разработали аналогичный сплав. Он был назван кольчугалюминием.
Но на этом дело не кончилось. Советские ученые А. А. Бочвар, С. М. Воронов, И. Н. Фридляндер, М. Е. Дриц, И. Ф. Колобнев и другие продолжали работу над созданием «крылатого металла» и разработали еще много легких и прочных сплавов.
Своеобразные свойства алюминиевых сплавов определили и технологию их обработки. Детали изготавливаются сразу же, как только материал выплавлен: тогда он мягкий и его легко резать, ковать, прессовать, прокатывать. Затем детали закаливаются и выдерживаются несколько дней, после чего приобретают максимальную прочность, не уступающую прочности многих легированных сталей. Замечательно также и то, что некоторые сплавы не теряют прочности при минусовых температурах, даже близких к абсолютному нулю.
«Крылатый металл» алюминий стал и одним из первых космических материалов. Из его сплавов были изготовлены и оболочка первого нашего спутника, и корпуса американских космических ракет «Авангард» и «Титан».
Однако не только в авиации и космосе применяется алюминий. Самый распространенный на Земле металл широко внедряется в различные отрасли хозяйства. Американские ученые составили как-то список изделий из алюминия. В нем более двух тысяч названий. Можно только поражаться разнообразию предметов, собранных в этом списке — автобусы и суда на подводных крыльях, железнодорожные вагоны и подводные лодки. Во Франции построен целиком из алюминия пассажирский лайнер длиной свыше 300 метров. Не только его корпус, внутренние переборки, стены кают, даже мебель — алюминиевые.
Из алюминия делают перекрытия, наружную облицовку и оконные рамы высотных зданий, аппаратуру для производства кислот и многих органических веществ, резервуары для хранения жидкого кислорода, радиаторы автомобилей и тракторов, моторные и весельные лодки и, наконец, посуду и мебель. В последнее время из алюминия стали делать даже. оконные занавески.
Вернее, не из самого алюминия, а из ткани, покрытой тонким алюминиевым слоем. Не улыбайтесь, эти занавески очень удобны. Если их повернуть металлическим слоем к улице, то они будут пропускать световые лучи, но задержат тепловые. Нет нужды пояснять, какое это имеет значение для жарких стран. С такими занавесками в квартире всегда будет прохладно. В северных же странах, наоборот, занавески надо поворачивать алюминиевым слоем внутрь помещения, и они будут задерживать тепло, не выпуская его на улицу. Сейчас из алюминизированной ткани делают спецодежду для металлургов — наружный слой алюминия хорошо отражает тепло и людям не так жарко при работе.
Идеальный материал, не правда ли? И однако, инженеры находят сейчас у алюминия недостаток — большой вес. Нет, это не шутка. Конечно, алюминий очень легкий металл, но в последнее время в промышленности появились металлы гораздо легче. Например, магний и бериллий.
Магний — второй по количеству металл в составе земного шара. По распространенности он уступает только железу. Это серебристо-белый металл, химически очень активный. При обычной температуре он, как и алюминий, не вступает в реакцию с кислородом, потому что на его поверхности тоже образуется пленка окисла, защищающая металл от соприкосновения с окружающими веществами. Но стоит магний сильно нагреть — и он ослепительно вспыхивает, давая сильное белое пламя. На этом раньше было основано применение магния в фотографии: его поджигали в специальной лампе и при ослепительной вспышке фотографировали.
Разумеется, из-за такой химической активности чистый магний невозможно применять, как материал для изделий. Но он входит в состав легких сплавов, часть которых даже легче воды. Таков, например, сплав магния с литием.
Сплавы магния не только не загораются с повышением температуры, но имеют очень большую теплоемкость, примерно раза в два с половиной больше, чем у стали. Это значит, что им нужно поглотить в два с половиной раза больше тепла, чтобы нагреться до той же температуры, что и сталь. Это очень ценное свойство, особенно для космических полетов, когда корабль сильно разогревается от трения о воздух йри взлете и приземлении. В этих условиях, когда сталь плавится и течет, сплавы магния остаются твердыми!
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Для определения летучих металлов , особенно щелочных, применяют разрядные лампы, работающие при малом токе. [2]
Иногда ректификацию летучих металлов , напр, для отделения лития от калия, натрия и кальция, проводят в вакууме. [3]
При восстановлении летучих металлов во многих случаях имеется значительная разница между весовым количеством паров, поступающих в конденсатор, и количеством уловленного в нем металла. Поскольку эта разница обусловлена потерями металла, она приводит к ухудшению показателей работы агрегата. В последнее время айдены условия, обеспечивающие близкое совпадение указанных выше величин. [4]
При восстановлении летучих металлов во многих случаях имеется значительная разница между весовым ко - личеством паров, поступающих в конденсатор, и количеством уловленного в нем металла. Поскольку эта разница обусловлена потерями металла, она приводит к ухудшению показателей работы агрегата. В последнее время иайдены условия, обеспечивающие близкое совпадение указанных выше величин. Так, опытами в полупромышленных печах i ( см. рис. 3 и 6) показано, что при восстановлении гидроокиси лития алюминием в вакууме можно получить 93 - 99 % уловленного металла. [5]
При плавке летучих металлов , например хрома, в установках с наружным нагревателем ( что обусловливает ограниченные размеры рабочего пространства вблизи расплавленной зоны) идет интенсивное осаждение пленки на внутренней части рабочего пространства и слитке. Это приводит к нежелательному попаданию ( со слитка и при осыпании со стенок камеры) пленки в расплав зоны, а при применении высокочастотного нагрева - к экранированию высокочастотного поля. В этом случае предпочтительна конструкция установки с нагревателями, расположенными внутри рабочего пространства. [7]
К таким компонентам относятся летучие металлы , например, барий, калий, кальций, литий, магний, натрий, цинк, свинец, кадмий, висмут, сурьма, индий. Кроме того, ограничено применение сплавов, содержащих олово, алюминий, марганец, серебро. [8]
Установка пригодна для изучения летучих металлов . На рис. 90 1-муллитовая труба длиной 600 мм, ее середина ( 375 мм) нагревается в печи сопротивления с платиновой обмоткой. Нижний конец муллито-вой трубки закрывается металлическим основанием 2, охлаждаемым водой. Это соединение, с помощью специальной замазки, делают вакуумно плотным. Платина-платинородиевую термопару через стеклянную трубу 3 и дно установки вводят в гнездо в дне тигля. У основания тигля проволока термопары защищена корундизовой трубой. [9]
Так как температура горения летучих металлов превышает температуру кипения их окислов, последние находятся в зоне горения в газообразном состоянии. Из зоны горения пары окислов диффундируют как в твердую корку окислов, так и в воздух, где они, охлаждаясь, конденсируются и превращаются затем в мельчайшие твердые частицы окисла - дым. Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения летучих металлов. [11]
Рафинирование ректификацией применяют для разделения относительно летучих металлов , обладающих различным давлением паров, напр, для очистки Zn от примесей РЬ и Cd. Ректификацию обычно ведут в тарельчатых колонках. В первой колонке, нагреваемой до 1100 - 1200, отделяют Zn и Cd. В кубовом остатке задерживаются высококипящие примеси - РЬ, Си и Fe. Пары Zn и Cd конденсируют и конденсат направляют во вторую колонку, темп-ру в к-рой поддерживают на 200 ниже, чем в первой. Из нижней части колонки выпускают Zn чистотой до 99 999 %, а из верхней - пары, обогащенные более летучим кадмием. [12]
Металлический рений принадлежит к числу наименее летучих металлов и вместе с W, Mo, Та, Nd, Zr, lif и Th располагается в конце ряда летучести свободных элементов в угольной дуге. Рений испаряется крайне медленно. [14]
Если угольные электроды пропитать солями некоторых летучих металлов , то получается так называемая пламенная дуга, или свет Бре - м е р а. Вследствие обилия сильно накаленных паров этих металлов пламенная дуга при той же силе тока дает значительно больше света, чем чисто угольная. Но свет ее по своему спектральному составу неприятен и для освещения закрытых помещений непригоден. [15]
Летучие соединения металла смешиваются с сухим инертным газом-носителем и приводятся в контакт с нагретой поверхностью защищаемой детали. Температура в реакционной камере должна быть достаточно высокой, но не превышающей температуры, при которой может возникнуть преждевременное разложение данного соединения. Если реакция разложения произойдет далеко от защищаемой поверхности, то образуется порошок металла, который при осаждении на поверхность будет иметь плохую адгезию. Триметилалюми-ний разлагается при температуре 250 С, и алюминий осаждается на поверхности детали. При нанесении на магниевые сплавы алюминия термодиссоционным методом трудно получить хорошее сцепление покрытия с основой, так как на их границе образуется хрупкий, легко разрушающийся слой интерметаллических соединений. [1]
Летучие соединения металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет. [3]
Газохроматографическое определение летучих соединений металлов может быть выполнено на стандартном газовом хроматографе при соблюдении ряда условий, которые рассматриваются ниже. [4]
Препаративная ГХ летучих соединений металлов . Разделение &-днкето-натов алюминия, хрома и железа. [5]
Между тем, летучие соединения металлов , по-видимому, могут распадаться с выделением металлического осадка не только путем термического воздействия, но и с помощью других способов разрушения связей в молекуле. [7]
Основным достоинством газохроматографического анализа летучих соединений металлов является возможность анализа следов металлов, реализуемая при использовании ЭЗД и микроволнового эмиссионного детектора. При использовании детекторов этого типа газохроматографические методы сравнивали с такими методами, как нейтронно-активаци-онный анализ, атомно-абсорбционная спектроскопия и некоторые другие. [8]
Вместе с этим количественный газохроматографический анализ летучих соединений металлов ( в настоящее время для хро-матографических целей используются галогениды и хелаты металлов) часто затруднен из-за неудовлетворительных хромато-графических свойств летучих производных металлов. Здесь важное значение приобретает симметрия пиков, стабильность нулевой линии, эффективность колонки, которые не всегда достаточны при анализе летучих производных металлов главным образом из-за адсорбции их на твердом носителе, а также из-за разрушения их в колонке или в дозирующем устройстве. Для устранения адсорбции необходимо тщательно подбирать неподвижную фазу, а для получения количественных результатов - многократно вводить летучие соединения, пока не будет достигнуто количественное элюирование. [9]
Очень немногие из этих детектирующих систем были использованы для определения летучих соединений металлов . [10]
Осаждение тугоплавких металлов и сплавов из газовой фазы путем термического разложения паров летучих соединений металлов требует нагрева покрываемой поверхности, зачастую до высоких температур. Это исключает возможность покрытия материалов с невысокой температурой плавления или рекристаллизации, получения пленок тугоплавких металлов при относительно низких температурах ( что необходимо для ряда физических исследований) и, в известной мере, усложняет технологический процесс. [11]
Осаждение тугоплавких металлов и сплавов из газовой фазы путем термического разложения паров летучих соединений металлов требует нагрева покрываемой поверхности, зачастую до высоких температур. Это исключает возможность покрытия материалов с невысокой температурой плавления или рекристаллизации, получения пленок тугоплавких металлов при относительно низких температурах ( что необходимо для ряда физических исследований) и, в известной мере, усложняет технологический процесс. [12]
За последние годы опубликован ряд работ по применению детекторов, основанных на определении летучих соединений металлов путем измерения интенсивности линий их эмиссионных спектров или спектров поглощения. Отличительной особенностью этих детекторов является их высокая селективность, позволяющая проводить определение даже при недолном разделении соединения искомого металла от летучих соединений других металлов, присутствующих в пробе. При применении спектральных детекторов отпадает необходимость в проверке, принадлежит ли полученный хроматографический пик именно соединению искомого элемента. Однако это свойство может оказаться и нежелательным, если необходимо в одном хроматографическом опыте определять несколько элементов, так как в этом случае нужно либо быстро перестраивать прибор с одной спектральной линии на другую, либо проводить многоканальное детектирование сразу по нескольким спектральным линиям, что приводит к усложнению прибора. [13]
В книге описаны методы газохроматографического разделения смесей низкокипящих газов, смесей агрессивных газов и жидкостей, летучих соединений металлов , а также опыты по разделению сплавов металлов при высоких температурах. Описаны методы практического применения газовой хроматографии для анализа различных неорганических материалов и для определения микропримесей неорганических веществ в газообразных, жидких и твердых смесях. Описаны методы препаративной газовой хроматографии для получения чистых неорганических веществ и способы исследования физико-химических характеристик неорганических систем при помощи газохроматографических методов. [14]
Летающие металлы
До сих пор мы говорили о металлах, «работающих» в основном на Земле. Главным образом, о черных металлах. Это естественно: железо, сталь и чугун помогли людям создать современную цивилизацию. Вплоть до начала нашего столетия железо и его сплавы играли ведущую роль в промышленности. Эта роль не утеряна и сейчас, но в XX веке все большее значение начинают приобретать другие металлы — цветные. Снова очень ценной и нужной стала медь. Металл древних бронзовых орудий оказался необходимым для электротехники. Обмотки трансформаторов и электрогенераторов, линии электропередач, электрическая проводка внутри машин и зданий — все это сделано из меди. Затем на передний план выдвинулись и другие металлы, которые помогли человеку покорить сначала воздух, а затем и безвоздушное пространство.
Первые самолеты имели деревянный каркас, обтянутый тканью. Их насмешливо называли «летающими этажерками». Но эта легкая конструкция вполне отвечала своему назначению, пока скорости полета не превышали 150 километров в час. Потом скорости увеличились — и самолеты начали разламываться в воздухе. Ломались крылья и хвостовое оперение, разваливались фюзеляжи. Стало ясно, что от деревянного каркаса надо избавляться. Чем же заменить дерево и ткань? Требовался материал гораздо более прочный, но такой же легкий. Ведь вся история авиации — это, по сути, борьба с весом. Чем легче самолет, тем быстрее он полетит, тем больше полезного груза сможет забрать.
Первым летающим металлом стал алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Запасы его практически неисчерпаемы. Алюминий хорошо проводит тепло и электричество, уступая в этом только серебру, меди и золоту. Зато по удельному весу он гораздо легче этих металлов.
Всем был бы хорош алюминий, да вот беда — непрочен, мягок. Нельзя из него делать самолеты. И вообще ничего нельзя делать, кроме посуды. Поэтому и применение его было очень ограниченно. А когда его только что открыли и начали получать в лабораторных условиях, то вообще не знали, на что может употребляться этот металл.
Помню, в одной старой книге читал я о неожиданном применении, которое нашел для алюминия русский царь. Для отряда гренадеров, который должен был присутствовать на торжествах в Париже, сделали алюминиевые шлемы. Фурор был необыкновенный. Парижане ахали, думая, насколько же богат русский царь, если сделал шлемы. из серебра (в то время широкая публика про алюминий почти не знала). Ошибались парижане: алюминиевые шлемы стоили тогда гораздо дороже серебряных. К сожалению, я нигде не мог найти подтверждения этому факту, поэтому и привожу его как полулегенду.
Но вернемся к самолетам. Если нельзя делать их из чистого алюминия, то, может быть, можно из его сплавов? На примере железа и стали мы знаем, что сплавы могут быть в десятки раз прочнее основного из составляющих их металлов. Нельзя ли создать прочные и легкие сплавы на основе алюминия?
Над этой задачей работали многие ученые. Брели ощупью, пробуя одно за другим все известные в то время вещества. Первым наткнулся на правильное решение немецкий исследователь Альфред Вильм. Проведя сотни опытов, он установил, что медь и магний, введенные в определенных пропорциях в алюминий, повышают его прочность в три — пять раз. Это не так много, как бы хотелось, но дает надежду на дальнейшие успехи. А нельзя ли полученные сплавы закалить, чтобы они стали еще прочнее? Правда, распространено мнение, что из всех металлов закалку принимают только сталь да в определенных условиях медь и бронза, но почему обязательно верить распространенному мнению?
Вильм нагревал сплав до 500 градусов и опускал в воду. Да, измерения показали, что закаленный сплав прочнее незакаленного. Но вот насколько? Удивительное дело, прибор каждый раз показывал новую величину. Неисправен прибор, решил ученый, и отдал его на проверку. Через несколько дней, получив тщательно выверенный прибор, Вильм повторил измерения. Прочность сплава возросла вдвое.
И тут ученого осенило: прочность возрастает после выдержки. Вильм поместил шлиф под микроскоп, и все сомнения рассеялись: после выдержки сплав приобрел мелкозернистую структуру.
Было чему удивляться: ведь о закалке, кажется, было уже известно все. Еще со времен Гомера люди закаливают металлические изделия, чтобы придать им прочность. И однако, природа продемонстрировала новое, неведомое свойство металлов: некоторые из них упрочняются не во время закалки, а позже ее.
Итак, определилась технология: сплав закаливался и выдерживался пять — семь дней. В общем итоге прочность по сравнению с чистым алюминием возрастает примерно в десять раз. Можно делать самолеты!
Вильм продал свой патент одной немецкой фирме, которая и начала выпускать сплав, назвав его «дуралюмин», что означает крепкий алюминий. У нас это название трансформировалось в дюралюминий, или, попросту, в дюраль.
Читайте также: