Точка затвердевания олова и цинка

Температуры затвердевания могут быть реализованы с очень высокой воспроизводимостью наблюдением за горизонтальной частью кривой «температура-время», характеризующей медленное затвердевание очень чистых металлов.

Для плавления и затвердевания олова и цинка можно использовать тигель из очень чистого искусственного графита (99,999 % по массовой доле) диаметром около 5 см, с осевым колодцем для термометра. Глубина погружения термометра в металл должна быть достаточной для устранения влияния теплопередачи по проводам термометра на температуру его чувствительного элемента. Удобно держать тигель с металлом в пирексовой или кварцевой пробирке в инертной атмосфере и нагревать его в печи с металлическим блоком.

Процедура охлаждения металла при определении точки затвердевания должна быть такой, чтобы чувствительный элемент термометра имел возможно лучший тепловой контакт с поверхностью раздела твердой, и жидкой фаз металла и находился с ней в тепловом равновесии. Вскоре после начала кристаллизации должна появиться или твердая оболочка, оформившаяся на стенках тигля, или твердая корка вокруг колодца для термометра.

Температура равновесия между твердым и жидким металлом слегка изменяется в зависимости от давлений в соответствии в табл. 1 настоящего приложения.

Олово высокой чистоты (составляющей 99,9999 % по массовой доле) при охлаждении из жидкого состояния переохлаждается на 20г-30К перед затвердеванием. Точка затвердевания олова может быть успешно реализована по следующей методике (при этом удается избежать избыточного переохлаждения печи). Начиная с того момента, когда температура превысила температуру точки затвердевания на несколько Кельвинов, печь медленно охлаждают со скоростью примерно 0,1 К/мин до тех пор, пока расплавленный металл не достигнет температуры плавления. Затем пробирку с тиглем, содержащим расплав, и контрольный термометр сопротивления либо перемещают к верхнему краю печи, либо полностью удаляют из печи. В обоих случаях образец быстро охлаждается. При обнаружении быстрого понижения температуры, что указывает на кристаллизацию, пробирку с тиглем тут же погружают в печь, которая все еще медленно охлаждается. В течение медленно протекающего процесса затвердевания реализуется характерная кривая охлаждения для металла высокой чистоты, имеющая температурную площадку. Воспроизводимость этого, плоского участка для конкретного образца не хуже ± 0,1 мК за определенное время зависящее от скорости охлаждения печи.

Способ реализации точки затвердевания цинка высокой чистоты (99.9999 % по массовой доле) несколько отличен от описанного, поскольку цинк переохлаждается незначительно. Тонкий слой твердого металла образуется в центральном колодце для термометра, если удалить термометр. Когда расплавленный металл достигнет температуры плавления, охладить его до комнатной температуры и вставить на место или предварительно вставить на его место кварцевый стержень приблизительно на 30 с. перед тем как вернуть термометр обратно.

Критерием достаточной чистоты образца цинка или олова является то, что значение температуры, соответствующее плоскому участку кривой плавления, меняется не более, чем на 1 мК.