Sulamistemperatuur

Sulamistemperatuur (ka sulamispunkt) kirjeldab aine fundamentaalset olekumuutust: kui kristalliline tahke keha kuumutatakse selle iseloomuliku temperatuurini, laguneb korrastatud võre kokku ja aine muutub vedelaks. Kogu sulamisprotsessi vältel jääb temperatuur konstantseks – antav energia voolab ainult niinimetatud sulamisentalpiasse, mitte edasisse soojenemisse. See teeb sulamistemperatuurist ainespetsiifilise ja ülitäpse tunnussuuruse, millel on analüütikas, metallurgias ja väärismetalli töötlemises keskne tähtsus.

Füüsikaline taust

Sulamistemperatuur on kahe faasi tasakaalupunkt: tahke ja vedel eksisteerivad koos senikaua, kuni soojust antakse. Puhaste kristalliliste ainete jaoks on see teravalt määratletud; sulamid seevastu sulavad vahemikus (soolidus- kuni liikvidustemperatuur), sest komponendid toovad kaasa erinevad võresidemed.

Sulamisprotsess (puhas aine):
────────────────────────────────────────────────────
Temperatuur ▲
           │            ●●●●●●●● (vedel)
           │           ●
Sulamis-   │──────────●────────────── T_m (konstantne)
punkt T_m  │        ●
           │      ●● (tahke + vedel korraga)
           │    ●●
           └──────────────────────────────────► Aeg
         Soojuse andmine →
────────────────────────────────────────────────────

Sulamistemperatuur on rõhust sõltuv: kõrgenenud rõhk nihutab seda enamiku metallide puhul veidi ülespoole. Standardandmete jaoks kehtib alati normaalrõhk (1013,25 hPa).

Väärismetallide sulamistemperatuurid võrdluses

Tähtsaimate väärismetallide ja seotud metallide sulamistemperatuurid erinevad märkimisväärselt ning mõjutavad otseselt sulatus-, sulami- ja töötlemisprotsesse:

Hõbeda madal sulamistemperatuur võrreldes plaatinaga selgitab, miks hõbeseppadel piisas antiikajast alates lihtsamatest ahjudest, samal ajal kui plaatinametallide töötlemine sai võimalikuks alles kaasaegsete kõrgtemperatuuriahjude ja valgus-kaarega.

Tähtsus sulamitele

Kui kaks või enam metalli kokku sulatatakse, tekib sulam, mille sulamistemperatuur erineb üksikkomponentide sulamistemperatuurist. Eriti tähtis on seejuures eutektiline segu: koostis, mille juures saavutatakse mitmekomponentse süsteemi sulamistemperatuuri miinimum.

Väärismetallisulamite jaoks kehtib:

• 585 kuld (14 karaati): sisaldab peale kulla tavaliselt hõbedat ja vaske; sulamisvahemik on olenevalt sulamist umbes 880–950 °C – tunduvalt alla kulla sulamistemperatuuri.
• 750 kuld (18 karaati): sulamisvahemik enamasti 880–960 °C.
• Valge kuld pallaadiumiga: pallaadiumilisand tõstab sulamistemperatuuri (kuni 1100–1200 °C).
• Sterlinghõbe (925): sulamistemperatuur u 893 °C (võrreldes 961,8 °C-ga puhta hõbeda puhul).

See käitumine on kullaseppadele, afineerimistehasele ja ringlussevõtuettevõtetele praktilise tähtsusega: sulamisväärtuse kalkulaatoris määratakse materjaliväärtus proovi alusel – sõltumata sulami konkreetsest sulamistemperatuurist.

Tähtsus ehtsuse kontrollile

Sulamistemperatuur on kaudne turvatunnus: kuldkangide volframvõltsingud demaskeeritakse teoreetiliselt tihti volframi kõrge sulamistemperatuuri (3422 °C) kaudu, sest volfram jääb kulla sulamistemperatuuril tahkeks. Praktikas tõestatakse seda siiski pigem tiheduse määramise, röntgenfluorestsentsanalüüsi või ultrahelikontrolli abil, sest tegelik sulamistest hävitaks kangi.

Igapäevaseks kontrolliks soovitatakse hävituseta meetodeid; mündi kaalu kontroll aitab kontrollida müntide ehtsust kaalu ja mõõtmete alusel.

Sulamistemperatuur ja ringlussevõtt

Väärismetalli affineerimisel ja murdkulla, hambakulla ning vanaehte ringlussevõtul mängib sulamistemperatuur olulist rolli protsessi planeerimisel. Kõrgemad sulamistemperatuurid tähendavad:

• Suuremat energiakulu sulatamisel
• Erisulamite vajadust tiiglite ja vormide jaoks (nt grafiit, keraamika)
• Pikemaid jahtumisaegu

Kulda ja hõbedat saab nende võrdlemisi madala sulamistemperatuuri tõttu eriti ökonoomselt ringlusse võtta – tegur, mis soodustab väärismetallide ringlussevõttu võrreldes väga kõrge sulamistemperatuuriga tööstusmetallidega.

Lühidalt

Sulamistemperatuur on metalli üks täpsemaid füüsikalisi tunnussuurusi: see jääb väärismetallidel umbes 962 °C (hõbe) ja peaaegu 2000 °C (roodium) vahele, jääb puhaste metallide jaoks täpselt konstantseks ja muutub sulamite puhul sulamisvahemikuks. Praktika jaoks kullasepas, afineerimistehases ja väärismetalli kontrollis on see asendamatu põhiteadmine – sulamisväärtuse kalkulaatorist sulamiplaneerimise ja võltsingute tuvastamiseni.