高二化学:为什么合金的熔沸点低于其成分金属?

如题所述

合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)融合而成的物质,它保留了成分金属的金属特性,并展现出许多优异的物理、化学或加工性能。例如,硬铝是一种含有2.2—4.9%铜、0.2—1.8%镁、0.3—0.9%锰以及少量硅的铝合金,它不仅机械性能强,强度高,易于加工,而且密度低,是理想的轻型结构材料。铝大约有60%以上被用于制造合金。铝的合金主要是在铝中添加铜、镁、锌、锰、硅等元素,有时也会加入铬、钛、铍等元素。
一个显著的特征是,许多合金的熔点低于其组成金属的熔点。例如,铝硅合金(含有4.0—13%的硅,0.2—1.5%的镁,0.5—8%的铜,0.1—0.9%的锰)的熔点就低于所有成分金属的熔点。焊锡,由锡和铅以2:1的比例组成,其熔点仅为180℃,远低于锡(231.9℃)和铅(327.5℃)的熔点。另一个例子是“伍德合金”,它是由锡、铋、镉、铅按照1:4:1:2的质量比制成,其熔点低至67℃,甚至低于水的沸点。这种合金常用于制作保险丝,当电流过大导致电线发热至约70℃时,保险丝会熔断,从而切断电路,确保用电安全。
高压锅的安全阀通常也采用低熔点合金。当高压锅的压力阀通道堵塞,锅内压力增加,温度升高至易熔片的熔点时,易熔片熔化,打开通道,从而降低锅内压力和温度,确保使用安全。尽管组成低熔点合金的成分金属熔点通常在二、三百度以上,但合金本身的硬度一般会大于其组成金属的硬度。例如,轻质合金,如由铝或镁制成,其硬度可以远大于铝或镁本身。有时,合金的硬度增加非常显著,如在铜中加入1%的铍制成的铜合金,其硬度可达到纯铜的7倍。
合金可以分为三类:(1)金属固溶体,其中一种金属均匀分布在另一种金属内,形成固态溶液,具有单一的晶格类型。例如,黄铜(铜锌合金)和银与金的合金都属于这一类。(2)金属互化物,是金属与金属之间的化合物,其组成可能是固定的,如锌铜合金(ZnCu)和铁的碳化物(Fe3C),也可能是可变的,如铜锡合金,存在多种不同的组成,如Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等。(3)机械混合物,其晶体结构由两种或两种以上的晶体混合而成,每个小晶体中只含有一种金属。与前两类合金不同,机械混合物的组成是不均匀的。钢、生铁、青铜等都属于这一类合金。
因此,合金既不是简单的混合物,也不是单一的化合物。在金属晶体中,金属离子的半径越小,所带电荷越多,金属键越强,因此金属的熔沸点越高,硬度和密度也越大。
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