плавлення

Плавл е ня, перехід речовини з кристалічного (твердого) стану в рідке; відбувається з поглинанням теплоти ( фазовий перехід I роду). Головними характеристиками П. чистих речовин є Температура плавлення пл) і теплота, яка необхідна для здійснення процесу П. ( теплота плавлення Q пл).

Температура П. залежить від зовнішнього тиску р; на діаграмі стану чистого речовини ця залежність зображується кривої плавлення (кривій співіснування твердої і рідкої фаз, AD або AD 'на рис. 1). П. сплавів і твердих розчинів відбувається, як правило, в інтервалі температур (виняток становлять евтектики з постійною Т пл). Залежність температури початку і закінчення П. сплаву від його складу при даному тиску зображується на діаграмах стану спеціальними лініями (криві ликвидуса і солідусу, див. подвійні системи ). У ряду високомолекулярних сполук (наприклад, у речовин, здатних утворювати рідкі кристали ) Перехід з твердого кристалічного стану в ізотропне рідке відбувається постадійно (в деякому температурному інтервалі), кожна стадія характеризує певний етап руйнування кристалічної структури.

Наявність певної температури П.- важлива ознака правильного кристалічної будови твердих тіл. За цією ознакою їх легко відрізнити від аморфних твердих тіл, які не мають фіксованої Т пл. Аморфні тверді тіла переходять в рідкий стан поступово, розм'якшуючись при підвищенні температури (див. аморфний стан ).

Найвищу температуру П. серед чистих металів має вольфрам (3410 ° С), найнижчу - ртуть (-38,9 ° С). До особливо тугоплавким з'єднанням відносяться: TiN (3200 ° С), HfN (3580 ° С), ZrC (3805 ° С), TaC (4070 ° С), HfC (4160 ° С) і ін. Як правило, для речовин з високою Т пл характерні більш високі значення Q пл. Домішки, присутні в кристалічних речовинах, знижують їх Т пл. Цим користуються на практиці для отримання сплавів з низькою Т пл (див., Наприклад, Вуда сплав з Т пл = 68 ° С) і охолоджуючих сумішей .

П. починається при досягненні кристалічною речовиною Т пл. З початку П. до його завершення температура речовини залишається постійною і рівною Т пл, незважаючи на повідомлення речовини теплоти (рис. 2). Нагріти кристал до Т> Т пл в звичайних умовах не вдається (див. перегрів ), Тоді як при кристалізації порівняно легко досягається значне переохолодження розплаву.

Характер залежності Т пл від тиску р визначається напрямом об'ємних змін (DV пл) при П. (див. Клапейрона - Клаузіуса рівняння ). У більшості випадків П. речовини супроводжується збільшенням їх обсягу (зазвичай на кілька%). Якщо це має місце, то зростання тиску приводить до підвищення Т пл (рис. 3). Однак у деяких речовин ( води , ряду металів і металлідов , Див. Рис. 1) при П. відбувається зменшення обсягу. Температура П. цих речовин при збільшенні тиску знижується.

П. супроводжується зміною фізичних властивостей речовини: збільшенням ентропії , Що відображає розупорядкування кристалічної структури речовини; зростанням теплоємності , Електричного опору [виняток становлять деякі напівметали (Bi, Sb) і напівпровідники (Ge), в рідкому стані володіють більш високу електропровідність]. Практично до нуля падає при П. опір зрушенню (в розплаві не можуть поширюватися поперечні пружні хвилі, см. рідина ), Зменшується швидкість поширення звуку (Поздовжніх хвиль) і т.д.

Згідно молекулярно-кінетичних уявлень, П. здійснюється наступним чином. При підведенні до кристалічного тіла теплоти збільшується енергія коливань (амплітуда коливань) його атомів, що призводить до підвищення температури тіла і сприяє утворенню в кристалі різного роду дефектів (незаповнених вузлів кристалічної решітки - вакансій ; порушень періодичності грат атомами, що упровадилися між її вузлами, і ін., див. Дефекти в кристалах ). У молекулярних кристалах може відбуватися часткове розупорядкування взаємної орієнтації осей молекул, якщо молекули не володіють сферичної формою. Поступове зростання числа дефектів і їх об'єднання характеризують стадію передплавлення. З досягненням Т пл в кристалі створюється критична концентрація дефектів, починається П.- кристалічна решітка розпадається на легкорухливі субмикроскопические області. Підводиться при П. теплота йде не на нагрів тіла, а на розрив міжатомних зв'язків і руйнування далекого порядку в кристалах (див. Далекий порядок і ближній порядок ). У самих же субмикроскопических областях ближній порядок в розташуванні атомів при П. істотно не змінюється ( координаційне число розплаву при Т пл в більшості випадків залишається тим же, що і у кристала). Цим пояснюються менші значення теплот плавлення Q пл в порівнянні з теплотамі пароутворення і порівняно невелика зміна ряду фізичних властивостей речовин при їх П.

Процес П. грає важливу роль в природі (П. снігу і льоду на поверхні Землі, П. мінералів в її надрах і т.д.) і в техніці (виробництво металів і сплавів, лиття в форми та ін.).

Літ .: Френкель Я. І., Кінетична теорія рідин, Собр. обр. праць, т. 3, М. -Л., 1959; Данилов В. І., Будова і кристалізація рідини, К., 1956; Глазов В. М., Чижевська С. Н., Глаголєва Н. Н., Рідкі напівпровідники, М., 1967; Уббелоде А., Плавлення і кристалічна структура, пров. з англ., М., 1969; Любов Б. Я., Теорія кристалізації в великих обсягах, М. (у пресі).

Б. Я. Любов.

Любов

Мал. 3. Зміна температури плавлення Тпл (° С) лужних металів зі збільшенням тиску p (кбар). Крива плавлення Cs вказує на існування у нього при високому тиску двох поліморфних перетворень (а і в).

Крива плавлення Cs вказує на існування у нього при високому тиску двох поліморфних перетворень (а і в)

Мал. 1. Діаграма стану чистої речовини. Лінії AD і AD '- криві плавлення, по лінії AD' плавляться речовини з аномальним зміною обсягу при плавленні.

Лінії AD і AD '- криві плавлення, по лінії AD' плавляться речовини з аномальним зміною обсягу при плавленні

Мал. 2. Зупинка температури при плавленні кристалічного тіла. По осі абсцис відкладено час t, пропорційне рівномірно що підводиться до тіла кількості теплоти.

Новости
Слова жизни
Фотогалерея