Температура плавления (обычно совпадает с температурой кристаллизации) — температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдёт в жидкое состояние, а температура не будет изменяться, пока всё вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в твёрдое состояние (застывать), и, пока оно не застынет полностью, его температура не изменится.
Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не изменяется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.
Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления — точкой ликвидуса). Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определенной температурой плавления, как чистые вещества.
Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления. С ростом температуры вязкость таких веществ снижается, и материал становится более жидким.
Поскольку при плавлении объём тела изменяется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы даётся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.
Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом . Идея заключалась в наблюдении того, что средняя амплитуда тепловых колебаний увеличивается с увеличением температуры. Плавление начинается тогда, когда амплитуда колебаний становится достаточно большой для того, чтобы соседние атомы начали частично занимать одно и то же пространство.
Критерий Линдемана утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.
Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана[1]:
где — средний радиус элементарной ячейки, — температура Дебая, а параметр для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.
Температура плавления – Расчет
Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности.
В 1999г. И.В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления:
Тпл = DHпл / 1,5 N0 k, (1)
где Тпл – температура плавления; DHпл – скрытая теплота плавления; N0 – скрытая теплота плавления; k – константа Больцмана.
Впервые получено исключительно компактное выражение (1) для расчёта температуры плавления металлов, связывающее эту температуру с известными физическими константами: скрытой теплотой плавления, числом Авогадро и константой Больцмана.
Точность расчетов по (1) можно оценить по данным таблицы.
Таблица.
Температура плавления некоторых металлов. Расчет по (1)
Me | Al | V | Mn | Fe | Ni | Cu | Zn | Sn | Mo | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
DHпл
ккал моль-1 |
2,5 | 5,51 | 3,5 | 4,4 | 4,18 | 3,12 | 1,7 | 1,7 | 8,7 | ||||||||
Тпл, К
по (1) |
876 | 1857 | 1179 | 1428 | 1406 | 1051 | 583 | 529 | 2945 | ||||||||
Тпл, К
Эксп. [1] |
933 | 2190 | 1517 | 1811 | 1728 | 1357 | 692 | 505 | 2890 |
По этим данным, точность расчетов Тпл меняется от 2 до 30%, что в расчетах такого рода вполне приемлемо.
Формула (1) выведена как одно из следствий новой теории плавления и кристаллизации, опубликованной в 2000г.[1].
[1]- Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Изд. ВлГУ. Владимир. 2000. 256 с.
вещество | температура плавления (°C) |
---|---|
гелий (при 2,5 МПа) | −272,2 |
водород | −259,2 |
кислород | −219 |
азот | −210,0 |
метан | −182,5 |
спирт | −114,5 |
хлор | −101 |
аммиак | −77,7 |
ртуть | −38,87 |
водяной лёд | 0 |
бензол | +5,53 |
цезий | +28,64 |
галлий | +29,8 |
сахароза | +185 |
сахарин | +225 |
олово | +231,93 |
свинец | +327,5 |
алюминий | +660,1 |
серебро | +960,8 |
золото | +1063 |
медь | +1083,4 |
кремний | +1415 |
железо | +1539 |
титан | +1668 |
платина | +1772 |
цирконий | +1852 |
корунд | +2050 |
рутений | +2334 |
молибден | +2622 |
карбид кремния | +2730 |
карбид вольфрама | +2870 |
осмий | +3054 |
оксид тория | +3350 |
вольфрам | +3422 |
углерод (сублимация) | +3547 |
карбид гафния | +3890 |
карбид тантала-гафния | +3942 |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .