Меню Главная Случайная статья Настройки Температура плавления Материал из https://ru.wikipedia.org Температура плавления (обычно совпадает с температурой кристаллизации) — температура твёрдого кристаллического тела (вещества), при которой оно совершает переход в жидкое состояние. 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 отвердевания 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 определённой 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 давлении равном нормальному атмосферному давлению (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления. Температуры плавления некоторых веществ[1] вещество температура плавления (°C) гелий (при 2,5 МПа) 272,2 водород 259,2 кислород 219 азот 210,0 метан 182,5 этиловый спирт 114,14 хлор 101 аммиак 77,7 ртуть[2] 38,83 водяной лёд[3] 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 +1064 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[2] +3414 углерод (сублимация) +3547 карбид гафния +3890 карбид тантала-гафния[4] +3990 карбонитрид гафния[5] +4200 Содержание 1 Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана) 2 Расчёт температуры плавления металлов 3 См. также 4 Примечания 5 Литература Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана) Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом[англ.][6]. 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[7]: ${\displaystyle T_{\lambda }={\frac {x_{m}^{2}}{9\hbar ^{2}}}Mk_{B}\theta r_{s}^{2}}$ где ${\displaystyle r_{s}}$ — средний радиус элементарной ячейки, ${\displaystyle \theta }$ — температура Дебая, а параметр ${\displaystyle x_{m}}$ для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3. Температура плавления — расчёт Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности. Расчёт температуры плавления металлов В 1999 году профессором Владимирского государственного университета И. В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления: ${\displaystyle \mathrm {T} _{\text{пл}}={\frac {\Delta \mathrm {H} _{\text{пл}}}{1,5\ R}}}$ где ${\displaystyle \mathrm {T} _{\text{пл}}}$ — температура плавления, ${\displaystyle \Delta \mathrm {H} _{\text{пл}}}$ — скрытая теплота плавления, ${\displaystyle R}$ — универсальная газовая постоянная. Впервые получено исключительно компактное выражение для расчёта температуры плавления металлов, связывающее эту температуру с известными физическими константами: скрытой теплотой плавления, числом Авогадро и константой Больцмана. Формула выведена как одно из следствий новой теории плавления и кристаллизации, опубликованной в 2000 году[8]. Точность расчетов по формуле Гаврилина можно оценить по данным таблицы. Температура плавления некоторых металлов Металл Скрытая теплота плавления ${\displaystyle \Delta \mathrm {H} _{\text{пл}}}$, ккал*моль1 Температура плавления ${\displaystyle \mathrm {T} _{\text{пл}}}$, K расчётная экспериментальная Алюминий ${\displaystyle {\ce {Al}}}$ 2,58 876 933 Ванадий ${\displaystyle {\ce {V}}}$ 5,51 1857 2180 Марганец ${\displaystyle {\ce {Mn}}}$ 3,50 1179 1517 Железо ${\displaystyle {\ce {Fe}}}$ 4,40 1428 1811 Никель ${\displaystyle {\ce {Ni}}}$ 4,18 1406 1728 Медь ${\displaystyle {\ce {Cu}}}$ 3,12 1051 1357 Цинк ${\displaystyle {\ce {Zn}}}$ 1.73 583 692 Олово ${\displaystyle {\ce {Sn}}}$ 1,72 529 505 Молибден ${\displaystyle {\ce {Mo}}}$ 8.74 2945 2890 По этим данным, точность расчетов ${\displaystyle \mathrm {T} _{\text{пл}}}$ меняется от 2 до 30 %, что в расчетах такого рода вполне приемлемо. См. также Температура застывания Примечания Дриц М. Е., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дриц А. М., Пановко В. М. Свойства элементов. — Металлургия, 1985. — 672 с. 1 2 Haynes, 2011, p. 4.122. Температура плавления очищенной воды была измерена как 0,002519 ± 0,000002 °C, см. Feistel, R.; Wagner, W. A New Equation of State for H2O Ice Ih (англ.) // J. Phys. Chem. Ref. Data[англ.] : journal. — 2006. — Vol. 35, no. 2. — P. 1021—1047. — doi:10.1063/1.2183324. — . Andrievskii R. A., Strel'nikova N. S., Poltoratskii N. I., Kharkhardin E. D., Smirnov V. S. Melting point in systems ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. — 1967. — Т. 6, вып. 1. — С. 65–67. — ISSN 0038-5735. — doi:10.1007/BF00773385. Создан самый тугоплавкий на сегодня материал  (рус.). indicator.ru. Дата обращения: 9 августа 2020. Архивировано 13 августа 2020 года. Lindemann FA[англ.]. The calculation of molecular vibration frequencies (нем.) // Phys. Z. : magazin. — 1910. — Bd. 11. — S. 609—612. Литература