Temperatură de topire
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 12 decembrie 2020; verificările necesită 11 modificări .Punctul de topire (de obicei coincide cu temperatura de cristalizare ) - temperatura unui corp cristalin solid (substanță) la care face trecerea la starea lichidă. La punctul de topire, o substanță poate fi atât în stare lichidă, cât și în stare solidă. La adăugarea de căldură suplimentară, substanța va intra într-o stare lichidă, iar temperatura nu se va schimba până când toată substanța din sistemul în cauză nu se va topi. Când se îndepărtează excesul de căldură (răcire), substanța va intra în stare solidă (se va întări), iar până când se solidifică complet, temperatura nu se va schimba.
Punctul de topire/solidificare și punctul de fierbere/condensare sunt considerate a fi proprietăți fizice importante ale unei substanțe. Temperatura de solidificare coincide cu punctul de topire numai pentru o substanță pură. Calibratoarele speciale de termometre pentru temperaturi ridicate se bazează pe această proprietate . Deoarece temperatura de solidificare a unei substanțe pure, cum ar fi staniul, este stabilă, este suficient să se topească și să aștepte până când topitura începe să se cristalizeze. În acest moment, în condițiile unei bune izolații termice, temperatura lingoului de solidificare nu se modifică și coincide exact cu temperatura de referință indicată în cărțile de referință.
Amestecurile de substanțe nu au deloc o temperatură de topire/solidificare și fac o tranziție într-un anumit interval de temperatură (temperatura de apariție a fazei lichide se numește punctul solidus , temperatura de topire completă este punctul liquidus ). Deoarece este imposibil să se măsoare cu precizie punctul de topire al unor astfel de substanțe, se folosesc metode speciale ( GOST 20287 și ASTM D 97). Dar unele amestecuri ( compoziție eutectică ) au un anumit punct de topire, ca substanțe pure.
Substanțele amorfe (necristaline), de regulă, nu au un punct de topire clar. Odată cu creșterea temperaturii, vâscozitatea unor astfel de substanțe scade, iar materialul devine mai lichid.
Deoarece volumul corpului se modifică nesemnificativ în timpul topirii, presiunea are un efect redus asupra punctului de topire. Dependența temperaturii de tranziție de fază (inclusiv topirea și fierbere) de presiune pentru un sistem monocomponent este dată de ecuația Clausius-Clapeyron . Punctul de topire la presiunea atmosferică normală (101.325 Pa sau 760 mm de mercur ) se numește punct de topire .
Punctele de topire ale unor substanțe [1]| substanţă | punctul de topire ( °C ) |
|---|---|
| heliu (la 2,5 MPa) | −272,2 |
| hidrogen | −259,2 |
| oxigen | −219 |
| azot | −210,0 |
| metan | −182,5 |
| alcool | −114,5 |
| clor | -101 |
| amoniac | −77,7 |
| mercur [2] | −38,83 |
| gheață de apă [3] | 0 |
| benzen | +5,53 |
| cesiu | +28,64 |
| galiu | +29,8 |
| zaharoza | +185 |
| zaharină | +225 |
| staniu | +231,93 |
| conduce | +327,5 |
| aluminiu | +660,1 |
| argint | +960,8 |
| aur | +1063 |
| cupru | +1083,4 |
| siliciu | +1415 |
| fier | +1539 |
| titan | +1668 |
| platină | +1772 |
| zirconiu | +1852 |
| corindon | +2050 |
| ruteniu | +2334 |
| molibden | +2622 |
| carbură de siliciu | +2730 |
| Carbură de Wolfram | +2870 |
| osmiu | +3054 |
| oxid de toriu | +3350 |
| wolfram [2] | +3414 |
| carbon ( sublimare ) | +3547 |
| carbură de hafniu | +3890 |
| carbură de tantal-hafniu [4] | +3990 |
| carbonitrură de hafniu [5] | +4200 |
Predicția temperaturii de topire (criteriul Lindemann)
O încercare de a prezice punctul de topire al materialelor cristaline a fost făcută în 1910 de Frederick Lindemann6Ideea a fost de a observa că amplitudinea medie a fluctuațiilor termice crește odată cu creșterea temperaturii. Topirea începe atunci când amplitudinea vibrației devine suficient de mare pentru ca atomii vecini să ocupe parțial același spațiu.
Criteriul Lindemann afirmă că topirea este de așteptat atunci când valoarea rms a amplitudinii oscilației depășește o valoare de prag.
Temperatura de topire a cristalelor este destul de bine descrisă de formula Lindemann [7] :
unde este raza medie a celulei unitare, este temperatura Debye , iar parametrul pentru majoritatea materialelor variază în intervalul 0,15-0,3.
Punct de topire - calcul
Formula lui Lindemann a servit drept justificare teoretică pentru topire timp de aproape o sută de ani, dar nu s-a dezvoltat din cauza preciziei scăzute.
Calculul punctului de topire al metalelor
În 1999, profesorul Universității de Stat Vladimir I. V. Gavrilin a obținut o nouă expresie pentru calcularea temperaturii de topire:
unde este punctul de topire, este căldura latentă de fuziune, este numărul Avogadro, este constanta Boltzmann.
Pentru prima dată, s-a obținut o expresie excepțional de compactă pentru calcularea punctului de topire al metalelor, relaționând această temperatură cu constantele fizice cunoscute: căldura latentă de fuziune , numărul lui Avogadro și constanta lui Boltzmann .
Formula a fost derivată ca una dintre consecințele noii teorii a topirii și cristalizării, publicată în 2000 [8] . Precizia calculelor folosind formula Gavrilin poate fi estimată din datele din tabel.
Punctul de topire al unor metale| Metal | Căldura latentă de fuziune , kcal*mol -1 | Punct de topire , K | |
|---|---|---|---|
| estimat | experimental | ||
| Aluminiu | 2,58 | 876 | 933 |
| Vanadiu | 5.51 | 1857 | 2180 |
| Mangan | 3,50 | 1179 | 1517 |
| Fier | 4.40 | 1428 | 1811 |
| Nichel | 4.18 | 1406 | 1728 |
| Cupru | 3.12 | 1051 | 1357 |
| Zinc | 1,73 | 583 | 692 |
| Staniu | 1,72 | 529 | 505 |
| Molibden | 8,74 | 2945 | 2890 |
Conform acestor date, precizia calculului variază de la 2 la 30%, ceea ce este destul de acceptabil în calcule de acest fel.
Vezi și
Note
- ↑ Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Proprietățile elementelor. - Metalurgie, 1985. - 672 p.
- ↑ 12 Haynes , 2011 , p. 4.122.
- ↑ Punctul de topire al apei purificate a fost măsurat ca 0,002519 ± 0,000002 °C, vezi Feistel, R.; Wagner, W. O nouă ecuație de stare pentru H 2 O Ice Ih // J. Phys . Chim. Ref. Date : jurnal. - 2006. - Vol. 35 , nr. 2 . - P. 1021-1047 . - doi : 10.1063/1.2183324 . - Cod .
- ↑ Andrievskii RA, Strel'nikova NS, Poltoratskii NI, Kharkhardin ED, Smirnov VS Punctul de topire în sistemele ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC // Metalurgia pulberilor sovietice și ceramica metalică. - 1967. - T. 6 , nr. 1 . — S. 65–67 . — ISSN 0038-5735 . - doi : 10.1007/BF00773385 .
- ↑ A fost creat cel mai refractar material până în prezent . indicator.ru . Preluat la 9 august 2020. Arhivat din original la 13 august 2020.
- ↑ Lindemann F.A.Calculul frecvențelor de vibrație moleculară (germană) // Fiz. Z .: magazin. - 1910. - Bd. 11 . - S. 609-612 .
- ↑ Zhirifalko L. Statistical Solid State Physics. - M . : Mir, 1975. - S. 15.
- ↑ Gavrilin I. V. 3.7. Calculul temperaturii de topire a metalelor // Topirea si cristalizarea metalelor si aliajelor. - Vladimir: Ed. VlGU, 2000. - S. 72. - 200 exemplare. - ISBN 5-89368-175-4 .
Literatură
- Haynes, William M. CRC Manual de chimie și fizică (nedefinită) . — al 92-lea. - CRC Press , 2011. - ISBN 1439855110 .
 Dicționare și enciclopedii |
|---|
| Starile termodinamice ale materiei | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stări de fază |
| ||||||||||||||||
| Tranziții de fază |
| ||||||||||||||||
| Sisteme disperse | |||||||||||||||||
| Vezi si | |||||||||||||||||