Давление пара металлов - Структура и свойства металлических расплавов
Как и все вещества, металлы обладают конечным значением давления собственного пара, хотя весьма незначительным. С этим свойством приходится считаться при приготовлении сплавов из компонентов с очень различными давлениями пара и, особенно при плавке в вакууме.
Давление пара металлов Р определяется температурой и приблизительно выражается уравнением Lg p A T B = + . Повышение температуры вызывает непрерывное возрастание давления пара металла. При плавлении не наблюдается скачка на кривой Р = (f)T, меняется лишь ее наклон.
Давление пара сплава складывается из суммы парциальных давлений компонентов и примесей, входящих в состав сплава. Если сплав рассматривать как совершенный раствор, то парциальное давление пара какого-либо компонента или примеси PХ определяется законом Рауля:. Здесь P0Х - давление пара чистого компонента, NX - его атомная доля в сплаве. При отклонении поведения жидкого сплава от закона Рауля в форму воодится коэффициент активности Гx , который может быть меньше или больше единицы. Для совершенных растворов Г=1.
В табл. 1.4 приведены данные о давлении паров некоторых металлов при температуре плавления, а также температуры плавления и кипения. Как известно, температурой кипения является температура, при которой давление пара вещества достигает величины 0,101 МПа = 1 атм = 760 мм рт. ст. Из та - блицы видно, что температура кипения металла никак не связана с его температурой плавления. Легкоплавкое олово кипит при 2600О С, а более тугоплавкий цинк имеет температуру кипения всего 905О С. Точно как же марганец, плавящийся при 1240О С, обладает температурой кипения в 2100О С, а медь с точкой плавления 1083О С кипит при 2500О С.
Для оценки поведения металла при плавке большее значение, чем температура кипения, имеет величина давления пара при температуре плавления, так как именно это свойство предопределяет, например, величину потерь за счет испарения (табл. 4). К металлам, у которых давление пара при температуре плавления составляет 13,3 Па (0,1 мм рт. ст.) и более (цинк, магний, кальций, марганец, хром). Их называют легколетучими.
Для оценки поведения металла при плавке большее значение, чем температура кипения, имеет величина давления пара при температуре плавления, так как именно это свойство предопределяет, например, величину потерь за счет испарения (табл. 1.4). К металлам, у которых давление пара при температуре плавления составляет 13,3 Па (0,1 мм рт. ст.) и более (цинк, магний, кальций, марганец, хром). Их называют легколетучими.
Величина давления пара приобретает решающее значение в условиях, когда плавка ведется в вакууме, при остаточном давлении газов над расплавом менее 0,13-0,013 Па (10-3 - 10-4 мм рт. ст.). В этих условиях меняется характер движения частиц в газовой фазе. При больших давлениях частицы в этой фазе имеют очень малую величину свободного пробега, расстояния между двумя последовательными столкновениями не превышают долей миллиметра и скорость испарения невелика, поскольку значительная доля вырвавшихся из жидкости частиц из-за частых столкновений возвращается обратно. При давлении над расплавом менее 0,13 Па уходящие из жидкости частицы свободно перемещаются в пространстве, заполненном разреженным газом, двигаясь по прямым траекториям вплоть до стенки печи. Поэтому испарение указанных легколетучих металлов в вакууме делается столь интенсивным, что плавка становится невозможной.
В вакууме процесс испарения может быть описан формулой Ленгмюра, выведенной на основе закона молекулярно-кинетической теории газов:
где M - масса испарившегося металла г/моль за время Ф с площади S при температуре расплава T єС;
R - газовая постоянная; P0A - давление пара металла при температуре T; A - атомная масса металла. В большинстве случаев пары металлов, подобно инертным газам, одноатомны, именно поэтому одноатомную массу обозначают A. Некоторые элементы при испарении образуют двух-, трех-, четырехатомные комплексы. Тогда у A подставляют соответствующий коэффициент, больший единице.
В том случае, если рассматривается испарение металла в вакууме из жидкой ванны, представляющей собою раствор, в котором атомная доля данного металла составляет NA, формула Ленгмюра приобретает следующий вид:
Поскольку испарение данного металла A идет из раствора, учитывается парциальное давление пара этого металла, равное произведению давления пара чистого металла P0A на его атомную долю в сплаве NA и на коэффициент активности ГА. Кроме того, в формулу входит уже не просто масса испарившегося металла, а скорость испарения, выраженная как Dm dф. Это объясняется тем, что основа сплава и рассматриваемый металл обладают разными атомными массами и разными давлениями пара. Поэтому они будут испаряться по-разному, и содержание рассматриваемого металла в расплаве начнет сразу изменяться. Только в самый первый момент процесса испарения величина NA известна точно - это концентрация металла в исходном сплаве.
Похожие статьи
-
Температура плавления и плотность металлов и сплавов - Структура и свойства металлических расплавов
От температуры плавления металла зависит способ его плавки, материал футеровки плавильной печи или тигля и линейной формы. Температура плавления и...
-
Введение - Структура и свойства металлических расплавов
Расплавленные металлы и сплавы составляют группу металлических жидкостей. Межчастичные связи в них возникают преимущественно вследствие взаимодействия...
-
Вязкость металлов и сплавов - Структура и свойства металлических расплавов
Вязкость, или внутреннее трение, представляет собой внутреннее сопротивление, оказываемое взаимному перемещению смежных слоев жидкости, поэтому и...
-
Диффузия в металлических расплавах - Структура и свойства металлических расплавов
Диффузия - это процесс самопроизвольного выравнивания концентрации веществ по всему объему системы. Различают внешнюю диффузию, когда массоперенос идет в...
-
Теория жидкого состояния расплавов - Структура и свойства металлических расплавов
В теории жидкого состояния, как и в теории твердого тела, под структурой понимают пространственное расположение атомов. Известно, что в кристалле имеется...
-
Металлические стекла - Металлы и сплавы в химии и технике
В самом начале этого реферата мы выяснили, что при обычных условиях затвердевания жидкого металла его атомы образуют кристаллическую решетку того или...
-
С кислородом большинство металлов образует оксиды - амфотерные и основные: 4Li + O2 = 2Li2O, 4Al + 3O2 = 2Al2O3. Щелочные металлы, за исключением лития,...
-
Разбавленные Растворы неэлектролитов (веществ, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток) обладают рядом свойств, количественное...
-
Положение металлов в ПС. Физические свойства металлов. Методы получения металлов - Основы химии
Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПС К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления),...
-
Получение литиевых сплавов электролизом представляет боль-шой практический интерес: легко осуществляется легирование алюминия, меди, свинца и других...
-
Взаимодействие с галогенами При обычных условиях кремний довольно инертен, что объясняется прочностью его кристаллической решетки, непосредственно...
-
Вода реагирует с некоторыми кислотными и основными оксидами, давая гидроксид - соответственно кислоту или основание: Н2О + CaO = Ca(OH)2 основание H2O +...
-
Применение H2O2 связано с его окислительными свойствами и безвредностью продукта его восстановления (H2O). Его использую для отбеливания тканей и мехов,...
-
Диффузия в металлах - Изменение физико-химических свойств материалов путем диффузии
Диффузией называется процесс перемещения частиц вещества в направлении меньшей его концентрации. В результате диффузии происходит выравнивание состава...
-
Зонная структура арсенида индия Зона проводимости Арсенид индия является прямозонным полупроводником, у которого зона проводимости сферически симметрична...
-
Свойства растворов неэлектролитов. Замерзание и кипение растворов. Законы Рауля - Основы химии
По наличию или отсутствию электрической проводимости растворы веществ делят на электролиты - проводящие электрический ток, и неэлектролиты - не...
-
ВВЕДЕНИЕ, СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И СВОЙСТВА ВОДЫ - Химические свойства и строение воды
Вода - ценнейший природный ресурс. Вода играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в...
-
ОСОБЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ. - Галлий
Не стоит брать этот элемент в руки - тепла человеческого тела достаточно, чтобы этот серебристый мягкий (его можно резать ножом) металл превратился в...
-
Алюминий - основной представитель металлов главной подгруппы III группы Периодической системы. Свойства его аналогов - галлия, индия и таллия -...
-
Введение - Свойства и применение алюминия
Алюмимний -- элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 13....
-
Опытным путем, задолго до появления молекулярно-кинетической теории, был открыт целый ряд законов, описывающих равновесные изопроцессы в идеальном газе....
-
Окружающий нас атмосферный воздух является смесью газов. Он практически всегда бывает влажным. Водяные пары в отличие от других составляющих смеси могут...
-
3. Физические свойства, Химические свойства - Золото
Чистое золото - мягкий металл желтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например: монетам придают примеси других металлов, в...
-
Физические свойства меди - Изменение физико-химических свойств материалов путем диффузии
Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с...
-
Для неметаллов характерно существование газообразных соединений с водородом. У азота таким соединением является аммиак NH3, который состоит из атома...
-
Пероксид водорода представляет собой бесцветную вязкую жидкость с плотностью 1,46 г/см3, замерзающую при t = -0.48c и кипящую при t = 152c. В лаборатории...
-
Фондовая биржа Фондовая биржа - это организованный рынок, где владельцы ценных бумаг не напрямую, а через членов биржи, совершают сделки купли-продажи....
-
Классификация электротехнических материалов Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и...
-
Физические свойства. Очень чистые вещества бесцветные и очень устойчивые соединения. Получение: Диоксид щелочного металла получают путем быстрого...
-
Физические свойства Очень чистый Na2O2 бесцветен, обычно полученный продукт чуть желтоватого цвета. Tпл = 6750 c (разлагается). Гексагональная...
-
Химическое травление металла йодом Медную или железную пластинку отшлифовать наждачной бумагой до блеска и, используя зажженную свечу, покрыть ее...
-
Физико-химические свойства ртути - Ртуть: свойства и токсичность
Ртуть (Hg) - химический элемент II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева; атомный номер 80, относительная атомная масса 200,59; в...
-
Проводниковые материалы - Цветные металлы
К этой группе материалов относятся металлы и их сплавы. Чистые металлы имеют малое удельное сопротивление. Исключением является ртуть, у которой удельное...
-
МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ, ИОННОГО ОБМЕНА, МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ - Химические свойства и строение воды
Современные технологии позволяют изготавливать объемные или плоские фильтрующие материалы с однородными каналами практически любого размера. Мембранный...
-
Введение - Серебро: основные свойства и роль в мировой культуре
Серебром -- элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 47....
-
Особенности обработки цветных металлов - Цветные металлы
Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один -- способность корродировать и разрушаться под...
-
Цветные металлы: классификация, области применения, Классификация цветных металлов - Цветные металлы
Классификация цветных металлов Цветные металлы Все применяемые в технике металлы и сплавы делятся на черные и цветные. К черным металлам относят железо и...
-
Заключение - Свойства веществ при низких температурах
Таким образом, мы имели интересное явление: струя вырывается, но количество гелия не изменяется. Объяснение этому явлению я дам несколько позже, а прежде...
-
Сплавы. Применение алюминия и его соединений - Алюминий и его свойства
5 .1 Сплавы алюминия Алюминий всех марок содержит более 99% чистого алюминия. В зависимости от химического состава он подразделяется на алюминий особой,...
-
Измерение низких температур - Свойства веществ при низких температурах
Первичным термометрическим прибором для измерения термодинамической температуры вплоть до 1 К служит Газовый термометр . Др. вариантами первичного...
Давление пара металлов - Структура и свойства металлических расплавов