Πώς αντιδρά το μέταλλο στη θερμότητα;
Γενικά εφέ:
* επέκταση: Τα μέταλλα επεκτείνονται όταν θερμαίνονται. Αυτό οφείλεται στην αυξημένη κινητική ενέργεια των ατόμων, προκαλώντας τους να δονείται περισσότερο και να προχωρήσουν πιο μακριά. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές, όπως οι διμεταλλικές λωρίδες που χρησιμοποιούνται σε θερμοστάτες.
* Αυξημένη ηλεκτρική αντίσταση: Καθώς τα μέταλλα θερμαίνονται, η ηλεκτρική τους αντίσταση αυξάνεται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αυξημένη δόνηση των ατόμων καθιστά πιο δύσκολο τα ηλεκτρόνια να ρέουν μέσω του υλικού.
* Αλλαγές στο χρώμα: Μερικά μέταλλα, όπως ο χαλκός και ο χρυσός, αλλάζουν το χρώμα όταν θερμαίνονται. Αυτό οφείλεται σε αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο αλληλεπιδρούν με το φως.
* τήξη: Όταν ένα μέταλλο θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η κρυσταλλική δομή του σπάει και μεταβαίνει σε υγρή κατάσταση. Η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτό ονομάζεται σημείο τήξης.
* Βρασμό: Η θέρμανση ενός μέταλλο περαιτέρω μπορεί να προκαλέσει την εξατμισμένη, μετάβαση από υγρό σε αέριο. Η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτό ονομάζεται σημείο βρασμού.
Ειδικές αντιδράσεις:
* Οξείδωση: Πολλά μέταλλα αντιδρούν με οξυγόνο στον αέρα όταν θερμαίνονται, σχηματίζοντας οξείδια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται οξείδωση και μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός στρώματος διάβρωσης στην επιφάνεια του μετάλλου.
* Χημικές αντιδράσεις: Ορισμένα μέταλλα αντιδρούν με άλλα στοιχεία ή ενώσεις όταν θερμαίνονται. Για παράδειγμα, ο σίδηρος αντιδρά με θείο για να σχηματίσει σουλφίδιο σιδήρου.
Παραδείγματα:
* Σίδερο: Ο σιδήρου επεκτείνεται όταν θερμαίνεται. Σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να γίνει κόκκινο ζεστό και τελικά να λιώσει. Επίσης, οξειδώνεται εύκολα όταν θερμαίνεται παρουσία οξυγόνου.
* Χαλκός: Ο χαλκός επεκτείνεται όταν θερμαίνεται και το χρώμα του αλλάζει σε κοκκινωπό-καφέ. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να λιώσει.
* χρυσό: Ο χρυσός είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στην οξείδωση, έτσι διατηρεί τη λαμπερή του εμφάνιση ακόμη και όταν θερμαίνεται. Έχει επίσης ένα πολύ υψηλό σημείο τήξης.
Εφαρμογές:
Οι ιδιότητες των μετάλλων σε σχέση με τη θερμότητα χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές:
* σφυρηλάτηση: Τα μέταλλα θερμαίνονται για να τα κάνουν εύπλαστα, ώστε να μπορούν να διαμορφωθούν.
* συγκόλληση: Τα μεταλλικά εξαρτήματα θερμαίνονται στο σημείο τήξης τους για να τους ενώσουν.
* Θερμική επεξεργασία: Τα μέταλλα θέρμανσης και ψύξης με συγκεκριμένους τρόπους μπορούν να μεταβάλλουν τη σκληρότητα και άλλες μηχανικές ιδιότητες.
* Θερμοστάτες: Οι διμεταλλικές λωρίδες, που αποτελούνται από δύο διαφορετικά μέταλλα με διαφορετικούς ρυθμούς επέκτασης, χρησιμοποιούνται σε θερμοστάτες για τον έλεγχο της θερμοκρασίας.
Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αντιδρούν τα μέταλλα στη θερμότητα είναι ζωτικής σημασίας για διάφορες εφαρμογές στη μηχανική, τη μεταλλουργία και άλλα πεδία.
