Температура плавлення

1. Передбачення температури плавлення (критерій Линдемана) [ правити | правити код ]
2. Температури плавлення деяких речовин [2] [ правити | правити код ]

Наши партнеры ArtmMisto

Температура плавлення (зазвичай збігається з температурою кристалізації ) - температура , При якій тверде кристалічне тіло здійснює перехід в рідкий стан і навпаки. При температурі плавлення речовина може перебувати як в рідкому, так і в твердому стані. При підведенні додаткового тепла речовина перейде в рідкий стан, а температура не змінюватиметься, поки все речовина в даній системі не розплавиться. При відведенні зайвого тепла (охолодженні) речовина буде переходити в твердий стан (застигати), і, поки воно не застигне повністю, його температура не зміниться.

Температура плавлення / твердіння і температура кипіння / конденсації вважаються важливими фізичними властивостями речовини. температура затвердіння збігається з температурою плавлення тільки для чистого речовини. На цій властивості засновані спеціальні калібратори термометрів для високих температур. Так як температура застигання чистого речовини, наприклад олова, стабільна, досить розплавити і чекати, поки розплав не почнеться кристалізуватися. У цей час, за умови гарної теплоізоляції, температура застигаючого злитка не змінюється і в точності збігається з еталонної температурою, зазначеної в довідниках.

Суміші речовин не мають температури плавлення / твердіння зовсім і здійснюють перехід в деякому діапазоні температур (температура появи рідкої фази називається точкою солідусу , Температура повного плавлення - точкою ликвидуса ). Оскільки точно виміряти температуру плавлення такого роду речовин не можна, застосовують спеціальні методи ( ГОСТ 20287 і ASTM D 97). Але деякі суміші ( евтектичного складу) мають певну температуру плавлення, як чисті речовини.

Аморфні (некристалічні) речовини, як правило, не володіють точною температурою плавлення. З ростом температури в'язкість таких речовин знижується, і матеріал стає більш рідким.

Оскільки при плавленні обсяг тіла змінюється незначно, тиск мало впливає на температуру плавлення. Залежність температури фазового переходу (в тому числі і плавлення, і кипіння) від тиску для однокомпонентної системи дається рівнянням Клапейрона-Клаузіуса . Температуру плавлення при нормальному атмосферному тиску (101 325 па , Або 760 мм ртутного стовпа ) Називають точкою плавлення.

Передбачення температури плавлення (критерій Линдемана) [ правити | правити код ]

Спроба передбачити точку плавлення кристалічних матеріалів була зроблена в 1910 році Фредеріком Ліндеманн ( англ. ). Ідея полягала в спостереженні того, що середня амплітуда теплових коливань збільшується зі збільшенням температури. Плавлення починається тоді, коли амплітуда коливань стає досить великий для того, щоб сусідні атоми почали частково займати одне і те ж простір.

Критерій Линдемана стверджує, що плавлення очікується, коли середньоквадратичне значення амплітуди коливань перевищує порогову величину.

Температура плавлення кристалів досить добре описується формулою Линдемана [1] :

T λ = xm 2 9 ℏ 2 M k B θ rs 2 {\ displaystyle T _ {\ lambda} = {\ frac {x_ {m} ^ {2}} {9 \ hbar ^ {2}}} Mk_ {B} \ theta r_ {s} ^ {2}}

де r s {\ displaystyle r_ {s}} - середній радіус елементарної комірки, θ {\ displaystyle \ theta} - температура Дебая , А параметр x m {\ displaystyle x_ {m}} для більшості матеріалів змінюється в інтервалі 0,15-0,3.

Температура плавлення - Розрахунок

Формула Линдемана виконувала функцію теоретичного обґрунтування плавлення протягом майже ста років, але розвитку не мала через низьку точності.

У 1999р. І.В. Гавриліна було отримано новий вираз для розрахунку температури плавлення:

Тпл = DHпл / 1,5 N0 k, (1)

де Тпл - температура плавлення; DHпл - прихована теплота плавлення; N0 - прихована теплота плавлення; k - константа Больцмана.

Вперше отримано виключно компактне вираз (1) для розрахунку температури плавлення металів, що зв'язує цю температуру з відомими фізичними константами: прихованої теплотою плавлення, числом Авогадро і константою Больцмана.

Точність розрахунків по (1) можна оцінити за даними таблиці.

Таблиця.

Температура плавлення деяких металів. Розрахунок 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

Експ. [1]

933 2190 1517 1811 1728 1357 692 505 2890

За цими даними, точність розрахунків Тпл змінюється від 2 до 30%, що в розрахунках такого роду цілком прийнятно.

Формула (1) виведена як один з наслідків нової теорії плавлення та кристалізації, опублікованій в 2000 р. [1].

[1] - Гаврилін І.В. Плавлення і кристалізація металів і сплавів. Вид. ВлГУ. Володимир. 2000. 256 с.

Температури плавлення деяких речовин [2] [ правити | правити код ]

речовина температура
плавлення
( ° C ) гелій (При 2,5 МПа) -272,2 водень -259,2 кисень -219 азот -210,0 метан -182,5 спирт -114,5 хлор -101 аміак -77,7 ртуть -38,87 водяний лід 0 бензол +5,53 цезій +28,64 галій +29,8 сахароза +185 сахарин +225 олово +231,93 свинець +327,5 алюміній +660,1 срібло +960,8 золото +1063 мідь +1083,4 кремній +1415 залізо +1539 титан +1668 платина +1772 цирконій +1852 корунд +2050 рутеній +2334 молібден +2622 карбід кремнію +2730 карбід вольфраму +2870 осмій +3054 оксид торію +3350 вольфрам +3422 вуглець (сублімація) +3547 карбід гафнію +3890 карбід танталу-гафнію +3942

1. ↑ Жіріфалько Л. Статистична фізика твердого тіла. - М.: Мир, 1975. - С. 15.
2. ↑ Дріца М. Є., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дріц А. М., Пановко В. М. Властивості елементів. - Металургія, 1985. - С. 672.