Температура плавления

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Melting icecubes.gif

Температу́ра плавле́ния и отвердева́ния — 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 меняться, 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, 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 меняется 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.

Существует распространенное заблуждение, согласно которому оконные стёкла медленно «сползают» вниз под действием гравитации. В качестве примера приводятся средневековые витражи, стёкла которых были толще в нижней части. Истинная же причина неравномерной толщины связана со старинной технологией изготовления оконных стёкол. Стеклодув выдувал большой пузырь из размягченного стекла и расплющивал его. Из получившегося диска от центра к краям нарезали узкие стекла для витражей. Такие стекла были толще со стороны, соответствующей краю диска, и при установке в переплёт размещались толстой частью вниз.[1]

Поскольку при плавлении объём тела меняется 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.

Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана)[править | править вики-текст]

Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом (англ.). 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[2]:

T_\lambda=\frac{x^2_m}{9\hbar^2}M k_B \theta r^2_s

где r_s — средний радиус элементарной ячейки, \theta — температура Дебая, а параметр x_m для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.

Температуры плавления некоторых веществ[3][править | править вики-текст]

вещество температура
плавления
(°C)
гелий (при 2,5 МПа) −272,2
водород −259,2
кислород −218,8
азот −210,0
метан −182,5
этиловый спирт −114,5
хлор −101
аммиак −77,7
ртуть −38,87
водяной лёд 0
бензол +5,53
цезий +28,64
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 +3410
углерод +3547
карбид гафния +3960
карбид тантала-гафния +4216

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Текут ли оконные стёкла? (рус.). Архивировано из первоисточника 19 апреля 2013.
  2. Жирифалько Л. Статистическая физика твердого тела. — М.: Мир, 1975. — С. 15.
  3. Дрица М. Е., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дриц А. М., Пановко В. М. Свойства элементов. — Металлургия, 1985. — С. 672.