نقاط انصهار المعادن الحديدية وغير الحديدية: جدول كامل

تعتبر درجة الانصهار عامل حاسم يجب مراعاته عند معالجة المواد المعدنية. وتعرّف بأنها درجة الحرارة التي تنتقل عندها المادة النقية من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة تحت ضغط معين. وعند هذه النقطة، تكون الإمكانات الكيميائية للمرحلتين الصلبة والسائلة في حالة توازن.

بالنسبة للفلزات، تختلف درجات الانصهار بشكل كبير بين العناصر والسبائك المختلفة. والفلز الذي يتمتع بأعلى درجة انصهار هو التنجستن (W) عند 3422 درجة مئوية (6192 درجة فهرنهايت)، بينما الزئبق (Hg) لديه أدنى درجة انصهار بين المعادن عند -38.83 درجة مئوية (-37.89 درجة فهرنهايت) تحت الضغط الجوي القياسي.

إن فهم درجات الانصهار أمر بالغ الأهمية في عمليات تشغيل المعادن مثل الصب واللحام والمعالجة الحرارية. فهو يحدد الطاقة المطلوبة للانتقالات الطورية، ويؤثر على اختيار درجات حرارة المعالجة المناسبة، ويؤثر على البنية المجهرية وخصائص المنتج النهائي.

في التطبيقات العملية، من المهم أن نلاحظ أن الشوائب وعناصر السبائك والضغط يمكن أن تغير درجة انصهار المعادن بشكل كبير. على سبيل المثال، تؤدي إضافة الكربون إلى الحديد إلى خفض درجة انصهاره، وهو أمر أساسي في إنتاج الصلب.

وعلاوة على ذلك، بالنسبة للجسيمات النانوية المعدنية شديدة التشتت، تصبح التأثيرات السطحية غير مهملة. وفي هذه النظم النانوية، لا تعتمد الإمكانات الكيميائية في هذه النظم النانوية على درجة الحرارة والضغط فحسب، بل تعتمد أيضًا على حجم الجسيمات، مما يؤدي إلى سلوك ذوبان يعتمد على الحجم. وتكتسب هذه الظاهرة أهمية خاصة في عمليات التصنيع المتقدمة التي تنطوي على مواد ذات بنية نانوية.

ببساطة، لا يمكن تغيير شكل المعدن إلا عند نقطة انصهار معينة، وبالتالي يمكن أن يؤدي ذلك إلى تشكيل منتجات مختلفة.

لذلك، يجب أن نفهم أولاً درجة انصهار المعادن المختلفة قبل المعالجة.

دعونا نغوص في درجة انصهار مختلف المعادن الحديدية والفلزات غير الحديدية.

في الجدول الدوري للعناصر، السيليكون والبورون هما عنصران لا فلزيان بدرجتي انصهار 1420 درجة مئوية و2300 درجة مئوية على التوالي. ومع ذلك، فإن هاتين القيمتين ليستا أقصى درجات الانصهار عند النظر في جميع العناصر.

يوضِّح الجدول درجات انصهار العناصر المختلفة، بما في ذلك الفلزات. لنتناول العناصر ذات درجات الانصهار الأعلى والأدنى بين الفلزات.

يحتوي السيزيوم، وهو فلز قلوي أبيض فضي اللون تم اكتشافه في عام 1860، على واحدة من أدنى درجات الانصهار بين الفلزات عند 28.5 درجة مئوية (83.3 درجة فهرنهايت). وهذا يجعله سائلًا عند درجة حرارة أعلى قليلًا من درجة حرارة الغرفة، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الزئبق من حيث درجة الانصهار المنخفضة بين العناصر الفلزية.

وعلى الطرف الآخر من الطيف، يتميز التنجستن بامتلاكه أعلى درجة انصهار بين المعادن النقية. وقد اكتشفه الكيميائيون الإسبان في عام 1783، وتبلغ درجة انصهار التنجستن 3414 درجة مئوية (6177 درجة فهرنهايت)، مما يجعله مقاومًا للحرارة بشكل استثنائي وذا قيمة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

ومن الجدير بالذكر أن بعض المركبات تتفوق حتى على التنجستن من حيث درجة الانصهار. على سبيل المثال، تُظهر بعض الكربيدات درجات انصهار أعلى. تبلغ درجات انصهار كربيد التنتالوم (TaC) وكربيد الهافنيوم (HfC) 3880 درجة مئوية (7016 درجة فهرنهايت) و3900 درجة مئوية (7052 درجة فهرنهايت) على التوالي، مما يدل على ثباتها الحراري الاستثنائي.

تُظهر درجات الانصهار القصوى هذه مجموعة واسعة من الخواص الحرارية عبر مختلف العناصر والمركبات، مما يسلط الضوء على تطبيقاتها المتنوعة في علوم المواد والهندسة.