Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất là nguyên tố nào?
Bạn có biết rằng Tungsen nóng chảy cao nhất trong tất cả kim loại ở 3400 °C. Tungsen là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, nhưng tại sao để biến Tungsen từ thể rắn sang thể lỏng lại tốn nhiều nặng lượng như vậy?
Điểm nóng chảy của vật liệu chủ yếu liên quan đến độ bền liên kết. Vật liệu có liên kết bền vững giữa các nguyên tử sẽ có độ nóng chảy cao. Tuy nhiên các yếu tố khác như cấu trúc tinh thể, trọng lượng nguyên tử hay cấu trúc electron cũng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy.
Nhưng trước khi chúng ta đi sâu vào kim loại, tôi muốn nhắc bạn rằng kim loại không phải vật liệu nóng chảy cao nhất. Liên kết kim loại khá chắc chắn nhưng gốm sứ (có liên kết ion hoặc cộng hóa trị) thậm chí có điểm nóng chảy cao hơn. Than chì, , cacbua hafnium, cacbua tantali và các loại gốm khác thậm chí còn có điểm nóng chảy cao hơn Tungsen!
Top 15 kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất
- 1.Tungsten (W)
3380°C, BCC - 2.Rhenium (Re)
3180°C, HCP - 3.Osmium (Os)
3027°C, HCP - 4.Tantalum (Ta)
3014°C, BCC - 5.Molybdenum (Mo)
2617°C, BCC - 6.Niobium (Nb)
2468°C, BCC - 7.Iridium (Ir)
2447°C, FCC - 8.Ruthenium (Ru)
2250°C, HCP - 9.Hafnium (Hf)
2227°C, HCP - 10.Technetium (Tc)
2200°C, HCP, Radioactive - 11.Rhodium (Rh)
1963°C, FCC - 12.Vanadium (V)
1902°C, BCC - 13.Chromium (Cr)
1857°C, BCC - 14.Zirconium (Zr)
1852°C, HCP - 15.Platinum (Pt)
1769°C, FCC - 16.Thorium (Th)
1755°C, FCC, Radioactive - 17.Titanium (Ti)
1670°C, HCP
Hợp kim có điểm nóng chảy cao nhất
Bất cứ khi nào bạn kết hợn các kim loại để tạo thành hợp kim, điểm nóng chảy sẽ giảm.
Nếu bạn muốn một kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao, bạn nên chọn một kim loại nguyên chất.
Hợp kim chịu nhiệt là một phạm trù khoa học thực sự trong khoa học vật liệu. Trong hầu hết các trường hợp, vật liệu bị hỏng ở nhiệt độ cao trước khi chúng nóng chảy. Nhiệt độ cao làm cho kim loại mềm hơn và dễ bị oxy hóa hoặc mài mòn.
Các siêu hợp kim gốc (Ni, Co, Fe, 1300-1500 °C) hoặc hợp kim của titan và hợp kim vonfram có thể coi là hợp kim nhiệt độ cao. Vì sự kết hợp giữa điểm nống chảy cao, độ bền ở nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa ăn mòn.
Lý do cho điểm nóng chảy cao là gì?
Câu trả lời là: năng lượng liên kết.
Một chất rắn có thể được hình dung như một nhóm các nguyên tử liên kết với nhau và dao động qua lại, thường là 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 đứt liên kết và trượt qua nhau.
Mỗi nguyên tử có một rung động khác nhau. Do đó, ngay cả ở trạng thái rắn, vẫn có một số nguyên tử phá vỡ liên kết và di chuyển trong vật liệu. Hiện tượng này gọi là “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 – độ bền – vì vậy có một điểm chính xác mà các nguyên tử thu đủ năng lượng để phá vỡ liên kết của chúng. Càng cần nhiều năng lượng để phá vỡ, điểm nóng chảy càng cao.
Tính chất chung của các kim loại có độ nóng chảy cao
Vì tôi đã chọn 17 nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy cao nhất. Nhiệt độ nóng c hảy của chúng nằm trong khoảng từ 1670 °C đến 3380 °C, và chúng có một số điểm chung.
Tất cả chúng đều có cấu trúc tinh thể BCC, HCP hoặc FCC là những cấu trúc tinh thể ổn định nhất, được liên kết chặt chẽ nhất.
Các kim loại có điểm nóng chảy cao nhất cũng là kim loại chịu lửa. Và các kim loại chịu lửa có các đặc tính cụ thể như sau:
- Đậm đặc
- Cứng (đặc biệt là vonfram và rheni)
- Trơ hóa học
- Dễ dàng bị oxy hóa
- Độ bền rão
- Có cấu trúc tinh thể BCC (ngoại trừ rheni, là HCP).
Ứng dụng của kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao
Có rất nhiều ứng dụng yêu cầu kim loại có điểm nóng chảy cao. Đối với các ứng dụng như dây tóc bóng đèn sợi đốt, chỉ yêu cầu kim loại có điểm nóng chảy cao và không yêu cầu gì khác, vonfram thường là kim loại được lựa chọn.
Tungsen 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 một kim loại rẻ hơn và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn một chút. Các nguyên tố như rheni, tantali và molypden thường được sử dụng vì ngoài điểm nóng chảy cao nó còn ưu điểm khác (ví dụ: nhẹ hơn).
Tungsen (W): sử dụng phổ biến làm dây tóc bóng đèn, điện cực hàng, bộ phận làm nóng lò hoặc kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành siêu hợp kim.
Rheni (Re): làm siêu hợp kim cho động cơ phản lực, nó rất hiếm và đắt.
Osmi (Os): cực kỳ cứng/ chịu mài mòn ở nhiệt độ cao nhưng nó rất độc, có thể gặp nó ở đầu bút bi.
Molypden (Mo): dùng tạo siêu hợp kim, kết hợp giữa khối lượng nhẹ và nhiệt độ nóng chảy cao.
Vanadi (V): siêu hợp kim cho động cơ phản lực (Ti-6Al-4V). Hợp kim (V-4Cr-4Ti) sử dụng trong lò phản ứng nhiệt hạch.
Crom (Cr): dù có nhiệt độ nóng chảy cao, nhưng nó nổi tiếng hơn nhờ nhẹ và khả năng chống oxy hóa. Cr là nguyên tố hợp kim chính làm thép không gỉ. Siêu hợp kim cho động cơ phản lực (Ti-6Al-4V).
Kết luận
17 kim loại có điểm nóng chảy cao nhất – nói chung là vì chúng có liên kết mạnh nhất.
Một số nguyên tố trong nhóm này có điểm nóng chảy cao nhất, chẳng hạn như vonfram, rheni và tantali, được gọi là kim loại chịu lửa. Bạn có thể đọc về kim loại chịu lửa ở bài viết tiếp theo của tôi!
Bài viết liên quan:
Any comments?