Показатели удельного веса золота и других металлов

Для каждого металла присущи определенные физические и химические свойства. Именно они определяют их удельный вес и плотность. Так, чистое золото – металл, обладающий повышенной тяжестью и не менее высокой плотностью – 19,32 г/см3. Этот показатель ставит золото на седьмое место среди всех металлов.

Разные системы применяют отличные единицы измерения: СИ = Н/М3, МКСС = 1 кг/м3, СГС = 1 дин/см3. Кроме этого удельный вес золота выражается в граммах на один кубический сантиметр. Это внесистемная единица измерения.

Физические свойства

Благородный металл обладает следующими физическими характеристиками:

повышенной прочностью;
тепло- и электропроводностью;
пластичностью;
ярким характерным блеском.

Основная особенность золота – его инертность. Благодаря ей, металл получил призвание благородного. Инертность препятствует окислению, поэтому золотые ювелирные украшения столетиями сохраняют свой первоначальный вид.

Пожалуй, единственным недостатком золота является его мягкость. Она компенсируется за счет добавления в сплавы различных примесей. За счет нее золото становится более твердым, но, вместе с тем, изменяются его основные характеристики: температура плавления и плотность.

Кроме мягкости, золото обладает повышенной тяжестью. Для расчета веса одного куба золота разработаны специальные формулы и таблицы, где представлены такие же показатели для разных металлов.

Благодаря тяжелому удельному весу добыча золота существенно облегчается за счет возможности отмывать крупицы металла от более меньших по массе крупиц песка и глины, которые содержатся в воде.

Показатели удельного веса других металлов

Удельный вес – показатель, являющийся неотъемлемой характеристикой и других металлов.

На удельный вес серебра влияет проба сплава. При добавлении в него других металлов (медь, никель) удельный вес и плотность теряются. Так, плотность меди составляет 8,93 г/см3, никеля – 8,91 г/см3. Все значения рассчитываются по формулам.

Серебро – такой же благородный металл, как и золото. Его удельный вес составляет 10,5 г/см3. Плавится оно при температуре 960 градусов. Основными физическими характеристиками серебра являются:

устойчивость к коррозии;
низкая сопротивляемость;
повышенная светоотражаемость.

Несмотря на природную мягкость, серебро обладает высокой плотностью и удельным весом.

Титан – цветной металл бело-серебристого оттенка. Он обладает высокой прочностью, хоть и легкий на вес. Так, он в 12 раз прочнее алюминия и в 4 раза – меди и железа. По степени нахождения в земной коре титану отводится четвертое место среди остальных.

Низкий удельный вес титана – 4,505 г/см3 более соответствует щелочным металлам. На его поверхности образуется оксидная пленка, которая препятствует образованию коррозии.

Цинк – также цветной металл бело-синеватого оттенка. Обладает средней твердостью и начальной температурой плавления 419 градусов. Под воздействием температуры 913 градусов этот металл приобретает парообразное состояние. У цинка удельный вес составляет 7,13 г/см3.

Обычная температура делает цинк хрупким, но ее повышение до 100 градусов превращает металл в гибкий и пластичный. При взаимодействии с воздухом, на поверхности цинка образуется пленка из оксида.

Цвет свинца – грязно-серый, но это не влияет на природный блеск металла. Однако сияние довольно быстро прекращается за счет образования на поверхности свинца оксидной пленки. Свинцовый сплав обладает повышенным удельным весом – 11,337 г/см3. По этому показателю он превышает цинк, алюминий, железо и некоторые другие металлы. Несмотря на высокий показатель плотности, свинец – очень мягкий металл.

Читайте так же:

Переходник для подключения фильтра к смесителю

В таблице приведены значения удельного веса и температура плавления других металлов.

Наименование металла	Температура плавления, °C	Удельный вес, г/куб.см
Цинк	419.5	7.13
Алюминий	659	2.69808
Свинец	327.4	11.337
Олово	231.9	7.29
Медь	1083	8.96
Титан	1668	4.505
Никель	1455	8.91
Магний	650	1.74
Ванадий	1900	6.11
Вольфрам	3422	19.3
Хром	1765	7.19
Молибден	2622	10.22
Серебро	1000	10.5
Тантал	3269	16.65
Железо	1535	7.85
Золото	1095	19.32
Платина	1760	21.45

Металлы, похожие с золотом по удельному весу

Схожей к золоту плотностью обладают и некоторые другие металлы. В частности, вольфрам и уран. Уран не смогут выдать за благородный золотой металл по следующим основным причинам:

высокая радиоактивность;
труднодоступность.

У фальсификаторов больше возможностей при работе с вольфрамом. Но этот металл существенно отличается от золота по цвету и твердости. Фальшивомонетчики несмотря на это нашли выход. Вольфрамовые слитки они покрывают расплавленным золотом.

Кроме этого, вольфрам часто используется и при производстве позолоченных украшений. По внешнему виду они очень схожи с настоящими золотыми изделиями, однако стоимость и износостойкость отличают их от золотых драгоценностей.

Нередко в продаже можно встретить золотые ювелирные украшения, имеющие необычные цвета. Зачастую – это обыкновенные напыления. Если изделие выполнено из сплава, то цена его будет гораздо выше. Например, бывает золото синего, розового, черного, фиолетового и других оттенков. Они получаются за счет включения в лигатуру прочих соединений.

Показатель плотности меди и ее сплавов.

Плотность меди является важным параметром, применяемым при расчетах состава материалов для производства изделий, коммуникаций, деталей и комплектующих приспособлений в технической отрасли.

Свойства металла

Медь представляет собой тяжелый металл с высокой плотностью, красного оттенка с розовым отливом. В природе существует более 170 видов минералов, содержащих медь, но промышленная добыча производится только из 17. Основная масса химического элемента находится в составе рудных минералов:

халькозина — содержание до 80%;
бронита — до 65%;
ковелина — до 64%.

Из них осуществляется ее обогащение и выплавка. Отличительной чертой металла является высокая электропроводность, теплопроводность. Плавится металл при температуре 1083 °C, а кипит при 2600 °C.

В зависимости от способа производства различают такие марки металла:

холоднотянутая;
прокатная;
литая.

Для каждого типа рассчитываются параметры, характеризующие:

степень сопротивления сдвигу;
деформации под воздействием нагрузок;
показатель упругости при растяжении материала и сжатия при деформации.

Медь активно окисляется при нагревании, а при температуре 375 °C формируется оксид металла. Его наличие снижает теплопроводность и электропроводность материала. При взаимодействии с солями железа химический элемент переходит в состояние жидкости. Это свойство используется при очистке изделий от медного покрытия.

При реагировании металла с влагой образуется куприт. Устойчивая пленка из соединения выступает в качестве защитного покрытия для изделий. В результате взаимодействия с кислотой медь образует купорос.

Плотность металла

Показатель плотности вещества любого состава определяется отношением массы к общему объему и измеряется в кг/м³. С помощью этого параметра путем арифметических расчетов определяется вес изделий.

Медь, плотность которой в чистом виде составляет 8,94 г/см³, является распространенным цветным металлом, обладающим особыми физическими параметрами и химическими свойствами.

При температуре 1084 °C металл переходит в жидкое состояние, при этом значение коэффициента теплопроводности снижается почти в 2 раза по сравнению с твердым металлом.

В жидком виде при температуре 1300 °C плотность материала составляет 8,0 г/см³. Нагревание металла влияет на показатель роста коэффициента температурного расширения и теплоемкости меди.

В зависимости от наличия в составе сплава лигатурных добавок существуют различные марки меди. Для их характеристики используется параметр удельного веса, который в международной системе СИ выражается в ньютонах на единицу объема.

Показатель удельного веса меди равен плотности, что характерно для этого химического элемента. Плотность металла влияет на то, какой массой будут обладать изделия из чистого материала и его сплавов.

Удельная масса металла принимается во внимание при расчетах в процессе производства различных материалов, содержащих медь, и при переработке лома. Для расчета параметра существует множество методик, что позволяет рационально подбирать материалы для формирования изделий.

Расчеты важно производить на стадии проектирования механизмов и устройств, в составе которых будут использоваться детали из сплавов на основе меди. Удельная масса и плотность являются разными параметрами, используемыми для определения массы заготовок для деталей.

Технические параметры сплавов металла

Самыми распространенными материалами, созданными на основе меди, являются бронза и латунь. Их состав формируют:

олово;
цинк;
никель;
висмут.

Состав материала для производства оружия, используемый до XIX века, формировался из меди, олова и цинка в соответствующих пропорциях. Из латуни в наше время изготовляют гильзы для боеприпасов и ружей.

Бронза и латунь различаются по химическому составу. В состав бронзы входит олово, бериллий, кремний, свинец и другие химические элементы.

Сплавы отличаются между собой структурой. Бронза крупнозернистая, темно-коричневого цвета, а латунь имеет структуру в виде мелких зерен и по цвету напоминает золото.

Только наличие олова позволяет создать бронзовый сплав высокого качества. В дешевый аналог состава — шпиатр — входит никель или цинк. В зависимости от наличия компонента в составе, различают такие виды бронзы:

оловянная;
алюминиевая;
кремниевая;
бериллиевая.

В качестве основного компонента, формирующего латунь, выступает цинк. В настоящее время этот материал используется для формирования сочетания стали и латуни, обладающего устойчивостью к коррозии, пластичностью.

Разновидность сплава — томпак, используется в промышленном производстве для изготовления различных знаков отличия, художественных композиций, фурнитуры.

Из сплавов, в состав которых входят цинк, олово, кремний, алюминий, изготовляют детали для машин. Материалы, созданные на основе меди, обладают:

высокой износостойкостью;
низким коэффициентом трения;
высокой пластичностью;
электропроводностью;
стойкостью к агрессивной среде.

Сплав меди и никеля применяется в качестве материала для изготовления трубок конденсаторов в судостроении, чеканки разменной денежной единицы. Металл является основным компонентом припоев, применяющихся для соединения металлических деталей из разнородных материалов.

В составе дюралюминия находится 4,4% меди. Ее наличие придает материалу устойчивость к механическим повреждениям и повышает температуру плавления.

Плотность алюминия

Малая плотность является одним из главных преимуществ алюминия по сравнению с другими конструкционными металлами.

Прочность на единицу плотности алюминия
по сравнению с другими металлами и сплавами [3]

Плотность цветных металлов

Плотность алюминия в сравнении с плотностью других легких металлов:

алюминий: 2,70 г/см 3
титан: 4,51 г/см 3
магний: 1,74 г/см 3
бериллий: 1,85 г/см 3

Плотность материалов

Единица измерения

Плотность алюминия и любого другого материала – это физическая величина, определяющая отношения массы материала к занимаемому объему.

Единицей измерения плотности в системе СИ принята размерность кг/м 3 .
Для плотности алюминия часто применяется более наглядная размерность г/см 3 .

Плотность алюминия в кг/м 3 в тысячу раз больше, чем в г/с м 3 .

Удельный вес

Для оценки количества материала в единице объема часто применяют такую не системную, но более наглядную единицу измерения как «удельный вес». В отличие от плотности удельный вес не является абсолютной единицей измерения. Дело в том, что он зависит от величины гравитационного ускорения g, которая меняется в зависимости от расположения на Земле.

Зависимость плотности от температуры

Плотность материала зависит от температуры. Обычно она снижается с увеличением температуры. С другой стороны, удельный объем – объем единицы массы – возрастает с увеличением температуры. Это явление называется температурным расширением. Оно обычно выражается в виде коэффициента температурного расширения, который дает изменение длины на градус температуры, например, мм/мм/ºС. Изменение длины легче измерить и применять, чем изменение объема.

Удельный объем

Удельный объем материала – это величина, обратная плотности. Она показывает величину объема единицы массы и имеет размерность м 3 /кг. По удельному объему материала удобно наблюдать изменение плотности материалов при нагреве-охлаждении.

На рисунке ниже показано изменение удельного объема различных материалов (чистого металла, сплава и аморфного материала) при увеличении температуры. Пологие участки графиков – это температурное расширение для всех типов материалов в твердом и жидком состоянии. При плавлении чистого металла происходит скачок повышения удельного объема (снижения плотности), при плавлении сплава – быстрое его повышение по мере расплавления в интервале температур. Аморфные материалы при плавлении (при температуре стеклования) увеличивают свой коэффициент температурного расширения [2].

Плотность алюминия

Теоретическая плотность алюминия

Плотность химического элемента определяется его атомным номером и другими факторами, такими как атомный радиус и способ упаковки атомов. Т еоретическая плотность алюминия при комнатной температуре (20 °С) на основе параметров его атомной решетки составляет:

2698,72 кг/м 3 .

Плотность алюминия: твердого и жидкого

График зависимости плотности алюминия в зависимости от температуры представлена на рисунке ниже [1]:

С повышением температуры плотность алюминия снижается.
При переходе алюминия из твердого в жидкое состояние его плотность снижается скачком с 2,55 до 2,34 г/см 3 .

Плотность алюминия в жидком состоянии – расплавленного чистого алюминия 99,996 % – при различных температурах представлена в таблице.

Алюминиевые сплавы

Влияние легирования

Различия в плотности различных алюминиевых сплавов обусловлены тем, что они содержат различные легирующие элементы и в разных количествах. С другой стороны, одни легирующие элементы легче алюминия, другие – тяжелее.

Легирующие элементы легче алюминия:

кремний (2,33 г/см³),
магний (1,74 г/см³),
литий (0,533 г/см³).

Легирующие элементы тяжелее алюминия:

железо (7,87 г/см³),
марганец (7,40 г/см³),
медь (8,96 г/см³),
цинк (7,13 г/см³).

Влияние легирующих элементов на плотность алюминиевых сплавов демонстрирует график на рисунке ниже [1].

Самые легкие и самые тяжелые алюминиевые сплавы

Одним из самых легких алюминиевым сплавом является зарубежный литейный сплав 518.0 (7,5-8,5 % магния) – 2,53 г на кубический сантиметр [1]. Отечественный сплав АМг11 (АЛ22) содержит еще больше магния – от 10,5 до 13,0 %. Поэтому, надо думать, он еще легче, но точных данных у нас нет!
Самыми тяжелыми алюминиевыми сплавами являются зарубежные литейные сплавы 222.0 и 238.0 с номинальным содержанием меди 10 %. Их номинальная плотность – 2,95 г на кубический сантиметр [1].
Самый легкий деформируемый сплав – алюминиево-литиевый сплав 8090 с номинальным содержанием лития 2,0 %. Его номинальная плотность – 2,55 г на кубический сантиметр [1].
Самые тяжелые деформируемые алюминиевые сплавы – сплав В95 и зарубежный сплав 7175: 2,85 г на кубический сантиметр [4].

Плотность промышленных алюминиевых сплавов

Плотность алюминия и алюминиевых сплавов, которые применяются в промышленности, представлены в таблице ниже для отожженного состояния (О). В определенной степени она зависит от состояния сплава, особенно для термически упрочняемых алюминиевых сплавов.

Влияние легирующих элементов алюминиевых сплавов на плотность и модуль Юнга [3]

Алюминиево-литиевые сплавы

Самую малую плотность имеют знаменитые алюминиево-литиевые сплавы.

Литий является самым легким металлическим элементом.
Плотность лития при комнатной температуре составляет 0,533 г/см³ – этот металл может плавать в воде!
Каждый 1 % лития в алюминии снижает его плотность на 3 %
Каждый 1 % лития увеличивает модуль упругости алюминия на 6 %. Это очень важно для самолетостроения и космической техники.

Популярными промышленными алюминиево-литиевыми сплавами являются сплавы 2090, 2091 и 8090:

Номинальное содержание лития в сплаве 2090 составляет 1,3 %, а номинальная плотность – 2,59 г/см 3 .
В сплаве 2091 номинальное содержание лития составляет 2,2 %, а номинальная плотность – 2,58 г/см 3 .
У сплава 8090 при содержании лития 2,0 % плотность составляет 2,55 г/см 3 .

Приложение

Таблица П1 – Номинальная плотность деформируемых марок алюминия и алюминиевых сплавов по ГОСТ 4784-97

Таблица П2 – Номинальная плотность зарубежных деформируемых алюминиевых сплавов [1]

Источники:
1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993.
2. FUNDAMENTALS OF MODERN MANUFACTURING – Materials, Processes, and Systems /Mikell P. Groover – JOHN WILEY & SONS, INC., 2010
3. TALAT 1501
4. ГОСТ 4784-97

/>← Previous Прочность алюминия
Температура плавления алюминия Next → />

Разница между алюминием и медью

Чем отличается алюминий от меди? Проще сказать, что у них общего. А общего только то, что оба эти химических элемента являются металлами (со всеми присущими металлам свойствами) и хорошими проводниками. По другим параметрам – плотности, стоимости, распространению в природе и «стажу» использования человеком – у них больше различий.

История открытия

Медь – один из первых металлов, которые человечество научилось добывать и эксплуатировать; по мнению археологов, примерно одновременно с медью люди стали использовать золото. Дело в том, что оба эти металла встречаются в природе в самородном виде, и куску меди для применения его в качестве орудия труда или оружия надо было просто придать после нагрева нужную форму. Это случилось, скорее всего, 6-7 тысяч лет назад. Постепенно люди научились выплавлять металл из руды, и шлак, свидетельствующий о наличии медной металлургии, находят при раскопках древнего поселения Чатал-Хююк в Турции. Первоначально делали оружие и сельскохозяйственные орудия из чистого металла, но со временем люди обнаружили, что в соединении с оловом из меди получается куда более прочная бронза.

Отличие алюминия от меди в том, что дата его первого получения четко зафиксирована в истории. Это случилось в 1825 году в Дании и «отцом» алюминия стал химик Ганс Эрстед. Алюминий в природе в самородном виде не встречается, а при взаимодействии с кислородом образует стойкое соединение, поэтому его производство вначале было делом очень дорогим. Первый алюминий стоил дороже золота, а великому русскому химику Дмитрию Менделееву в знак признания его заслуг перед человечеством в 1889 году британцы подарили весы именно из золота и алюминия.

Сравнение

Электропроводность меди в полтора раза выше, чем у алюминия, но при этом плотность алюминия в 3,3 раза меньше, чем у меди. О цене и говорить не приходится – после освоения промышленной технологии производства алюминия его стоимость очень сильно упала и сейчас она значительно меньше, чем у меди. Эти обстоятельства и предопределили использование алюминия для выпуска многожильных проводов и кабелей. Обратите внимание, когда увидите ЛЭП высокого напряжения: все провода выполнены именно из алюминия. Так и дешевле, и нагрузка на опоры гораздо ниже. Ну а что электропроводность меньше – с этим приходится мириться.

Используется медь и для производства бронзы. В древности из нее изготавливали холодное оружие и орудия труда, пока не была освоена выплавка железа. Но и позже из бронзы лили пушки, причем это продолжалось довольно долго, вплоть до 19 века. Из бронзы отлиты Царь-пушка и Царь-колокол. Кроме этого, медь благодаря высокой коррозионной стойкости нашла применение при изготовлении труб для транспортировки различных жидкостей и газов, а также в некоторых других отраслях промышленности.

Алюминий называют «крылатым металлом». Это название говорит о второй масштабной области его применения (после электротехнической). При соединении алюминия (95,6 %) и меди (4,4 %) получают сплав, который называется дюралюминий, или дюраль. Обладая плотностью, близкой к плотности алюминия, он имеет значительно более высокие прочностные характеристики, поэтому широко используется для производства самолетов.

Таблица

В чем разница между алюминием и медью, видно из приведенной ниже таблицы.

голоса

Рейтинг статьи