Topirea solidelor - studopediya

Un exemplu de tranziție de prim ordin este topirea și cristalizarea solidelor. proces de topire joacă un rol important în natură (topirea zăpezii și a gheții de pe suprafața Pământului, topirea mineralelor în interiorul său, etc.) și în stadiul tehnicii (producerea de metale și aliaje, turnare în matrițe și colab.).

corp Plavlenie- este trecerea de la un solid la lichid cristalin.

Principalele caracteristici ale topirii chimice pure sunt temperatura de topire (Tm) și căldură (căldură de topire QPL) necesare pentru procesul de topire.

În procesul de temperatură de topire cristalină rămâne constantă. Această temperatură se numește temperatură de topire Tm. . Fiecare substanță are temperatura de topire. Temperatura de topire pentru un material dat depinde de presiunea atmosferică. Cel mai înalt punct de topire între metale pure este tungsten (3410 ° C), cel mai mic -
mercur (-38,9 ° C).

temperatură constantă datorită faptului că topirea întregii caldura de intrare este în dezordine dispunerea spațială regulată a atomilor (molecule) în rețeaua cristalină. Pentru cele mai multe cristale (altele decât apa, și unele aliaje), topirea temperatura creste cu creșterea presiunii externe, deoarece atomii de distanțare unul față de celălalt, la o presiune mai mare necesită mișcări termice mai energetice, t. E. O temperatură mai mare.

Materialul topit are o marjă mare de energie internă decât în ​​stare solidă. Partea rămasă din căldura de topire este consumată pentru a efectua munca pentru a schimba volumul corpului în timpul topirii sale. După topire, volumul majorității solidelor cristaline crește (3-6%), și scade în timpul solidificării. Dar, există substanțe în care, în volumul de topire scade și timpul de solidificare - crește. Acestea includ, de exemplu, apa, fier, siliciu și altele. De aceea gheața plutește pe apă, iar distribuția solidă - în propria lor topitură.

Topire începe atunci când substanța cristalină MP. De la început până la terminarea temperaturii de topire a materialului rămâne constantă și egală cu Tm pentru o substanță în ciuda căldurii (Fig. 1). cristal de căldură la T> Tm în condiții normale, nu este posibilă, în timp ce o subrăcire considerabilă a topiturii se realizează relativ ușor în timpul cristalizării.

Topire are loc cu absorbția căldurii latente de tranziție fază - QPL de căldură de topire ..

Căldura specifică a QPL fuziune. Acesta arată cantitatea de căldură necesară pentru conversia completă a 1 kg de substanță din solid în stare lichidă, luată la temperatura de topire. QPL. = QPL. / M, J / kg.

Melting însoțite de modificări ale proprietăților fizice ale: o creștere a entropiei, care reflectă structura cristalină dezordonată a substanței; creșterea capacității de căldură, rezistență electrică. Scade la aproape zero la topirea rezistenței la forfecare scade viteza de propagare a sunetului (unde longitudinale), etc.

Fig. 1. Oprirea temperaturii de topire a corpului cristalin.
Abscisa reprezintă timpul # 964;, proporțional uniform aplicată cantității de căldură a corpului.

Conform reprezentărilor cinetice moleculare, topirea se realizează după cum urmează. Când rezumând o căldură cristalină a corpului crește vibrațiile energetice (amplitudinea vibratiilor) a atomilor săi, ceea ce conduce la o creștere a temperaturii corpului și promovează formarea unui cristal de diferite tipuri de defecte (neumplut cristaline puncte zabrele - poziție; tulburări de periodicitate a atomilor zăbrele, infiltrați între nodurile sale, etc. . Cristalele moleculare pot fi dereglare parțială a orientării reciproce a axelor moleculare atunci când moleculele nu au o formă sferică. o creștere graduală a numărului de defecte caracteriza asocierea lor pas pretopire. Odată cu realizarea Tm în defectele cristaline create concentrație critice incepe plavlenie- pauze de cristal cu zăbrele în jos în Curgătoare regiunea submicroscopic. Căldura furnizată în topirea corpului nu vine la încălzirea și ruperea legăturilor interatomice și distrugerea de ordine cu rază lungă în cristale. ei înșiși ca zone submicroscopice de ordine cu rază scurtă în aranjamentul atomilor în timpul topirii nu se modifică în mod semnificativ. Acest lucru explică valorile inferioare QPL căldură de topire în comparație cu căldura de vaporizare și o mică schimbare într-un număr de proprietăți fizice ale substanțelor atunci când acestea se topesc. Pe măsură ce temperatura crește moleculele sunt în mișcare mai intensă. Când este încălzit, nu numai că mărește energia moleculară cinetică a corpului, dar, de asemenea, energia potențială a atomilor săi, deoarece odată cu creșterea oscilațiilor de amplitudine atomi distanță de o distanță mai mare și se apropie unul de altul la o distanță mai scurtă, astfel încât energia de interacțiune a crește lor sarcină electrică. Cu creșterea temperaturii se produce în final un astfel de moment în menținerea ordine între atomii pendulare puternic devine imposibilă și distrugerea rețelei cristaline pornește de la acest punct, rezultând decolorare și ordine cu rază lungă. Un solid se topește.

In solide amorfe, cu timp de schimbare a temperaturii nu este o porțiune cu temperatură constantă, și numai punctul de inflexiune. Creșterea temperaturii corpului amorf însoțită de o scădere continuă a viscozității acesteia.

transfer invers al unei substanțe în stare solidă este posibilă din ambele stări lichide și gazoase ale. În acest sens și în celălalt caz o tranziție are loc de la o stare lipsită de simetrie, în starea în care există simetrie (acest lucru se aplică ordinul cu rază lungă, care apare în cristale și în care nici lichidele nici gaze). Prin urmare, trecerea la starea solidă trebuie să apară brusc la o anumită temperatură, în contrast cu tranziția lichid-vapori, care poate avea loc în mod continuu. Procesul de formare a unui corp solid, cu lichid de răcire este un proces de formare a cristalului (cristalizare), și are loc la o anumita temperatura - temperatura de cristalizare. Deoarece pentru un astfel de sistem de conversie, scade de energie, această tranziție ar trebui să fie însoțită de eliberarea de energie sub formă de căldură de cristalizare. Legea de conservare a energiei astfel încât căldura de fuziune și de căldură de cristalizare trebuie să fie egale între ele.