Температура на топене

От Уикипедия, свободната енциклопедия
Отидете на навигация Отидете на търсене
Топящ се лед

Точка на топене (обикновено съвпада с температурата на кристализация ) - температурата на твърдо кристално тяло (вещество), при което то преминава в течно състояние. В точката на топене едно вещество може да бъде както течно, така и твърдо. Когато се добави допълнителна топлина, веществото ще се превърне в течно състояние и температурата няма да се промени, докато цялото вещество в разглежданата система не се стопи. Когато излишната топлина се отстрани (охлаждане), веществото ще премине в твърдо състояние (замразяване) и докато не замръзне напълно, температурата му няма да се промени.

Точките на топене / втвърдяване и кипене / кондензация се считат за важни физични свойства на веществото. Температурата на втвърдяване съвпада с точката на топене само за чисто вещество. Специални термометрични калибратори за високи температури се основават на това свойство. Тъй като температурата на втвърдяване на чисто вещество, като калай, е стабилна, е достатъчно да се стопи и да се изчака, докато стопилката започне да кристализира. По това време, при добра топлоизолация, температурата на втвърдяващия слитък не се променя и точно съвпада с референтната температура, посочена в справочниците.

Смеси от вещества не имат точка на топене / втвърдяване на всички и подложени на преход в определена температура (температурата на външния вид на течна фаза се нарича солид точка, температурата на пълно стопяване се нарича ликвидус точка). Тъй като е невъзможно точно да се измери точката на топене на такива вещества, се използват специални методи ( GOST 20287 и ASTM D 97). Но някои смеси ( евтектичен състав) имат определена точка на топене, като чисти вещества.

Аморфните (некристални) вещества по правило нямат ясна точка на топене. С повишаване на температурата вискозитетът на такива вещества намалява и материалът става по -флуиден.

Тъй като обемът на тялото се променя незначително по време на топенето, налягането има малък ефект върху точката на топене. Зависимостта на температурата на фазовия преход (включително топене и кипене) от налягането за еднокомпонентна система се определя от уравнението на Клапейрон-Клаузиус . Точката на топене при нормално атмосферно налягане (101 325 Pa , или 760 mm Hg ) се нарича точка на топене .

Точки на топене на някои вещества [1]
вещество температура
топене
( ° C )
хелий (при 2,5 МРа) −272.2
водород −259.2
кислород −219
азот -210,0
метан −182,5
алкохол −114,5
хлор −101
амоняк -77,7
живак[2] −38,83
воден лед [3] 0
бензол +5,53
цезий +28,64
галий +29,8
захароза +185
захарин +225
калай +231,93
водя +327,5
алуминий +660,1
сребро +960,8
злато +1063
мед +1083,4
силиций +1415
желязо +1,539
титан +1 668
платина +1 772
цирконий +1852
корунд +2050
рутений +2334
молибден +2622
силициев карбид +2730
Волфрам карбид +2870
осмий +3054
ториев оксид +3350
волфрам[2] +3414
въглерод (сублимация) +3547
хафниев карбид +3890
тантал-хафниев карбид [4] +3990
хафниев карбонитрид [5] +4200

Прогнозиране на точката на топене (критерий на Линдеман)

Опитът да се предскаже точката на топене на кристалните материали е предприет през 1910 г. Фредерик Линдеманн ( англ . ) [6] . Идеята беше да се наблюдава, че средната амплитуда на топлинни вибрации се увеличава с повишаване на температурата. Топенето започва, когато амплитудата на вибрациите стане достатъчно голяма, за да могат съседните атоми да заемат частично същото пространство.

Критерият на Линдеман посочва, че се очаква топене, когато средносрочната стойност на амплитудата на вибрацията надвиши праговата стойност.

Точката на топене на кристалите е сравнително добре описана с формулата на Линдеман [7] :

където Е средният радиус на единична клетка, Дали температурата на Дебай и параметърът за повечето материали варира в диапазона 0,15-0,3.

Точка на топене - изчисление

Формулата на Линдеман служи като теоретична основа за топене в продължение на почти сто години, но не се развива поради ниската си точност.

Изчисляване на точката на топене на металите

През 1999 г. професорът на Владимирския държавен университет И. В. Гаврилин получи нов израз за изчисляване на точката на топене:

където - температура на топене, - скрита топлина на сливане, - номер на Авогадро, Константата на Болцман ли е.

За първи път беше получен изключително компактен израз за изчисляване на температурата на топене на метали, който свързва тази температура с известните физични константи: латентната топлина на синтез , числото на Авогадро и константата на Болцман .

Формулата е получена като едно от последствията от новата теория за топенето и кристализацията, публикувана през 2000 г. [8] Точността на изчисленията по формулата на Гаврилин може да бъде оценена от данните в таблицата.

Точка на топене на някои метали
Метални Латентна топлина на сливане , kcal * mol -1 Температура на топене , К
селище експериментален
2.58 876 933
5.51 1857 г. 2180
3,50 1179 1517
4.40 1428 1811 г.
4.18 1406 1728 г.
3.12 1051 1357
1,73 583 692
1.72 529 505
8.74 2945 2890

Според тези данни точността на изчисленията варира от 2 до 30%, което е напълно приемливо при изчисления от този вид.

Вижте също

Бележки (редактиране)

  1. Drits M.E., Budberg P.B., Burkhanov G.S., Drits A.M., Panovko V.M. Свойства на елементите. - Металургия, 1985.- 672 с.
  2. 1 2 Haynes, 2011 , стр. 4.122.
  3. Точката на топене на пречистената вода е измерена като 0.002519 ± 0.000002 ° C, виж Feistel, R .; Вагнер, У. Ново уравнение на състоянието за H 2 O Ice Ih (английски) // J. Phys. Химия. Реф. Data (eng.) : дневник. - 2006. - Т. 35 , не. 2 . - С. 1021-1047 . - doi : 10.1063 / 1.2183324 . - Bibcode : 2006JPCRD..35.1021F .
  4. Андриевски Р.А., Стрельникова Н.С., Полторацкий Н.И., Хархардин Е.Д., Смирнов В.С. Точка на топене в системи ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC // Съветска прахова металургия и металокерамика. - 1967. - Т. 6 , бр. 1 . - С. 65–67 . - ISSN 0038-5735 . - doi : 10.1007 / BF00773385 .
  5. Създаден е най -огнеупорният материал за днес . индикатор.ру . Дата на лечение: 9 август 2020 г.
  6. Lindemann FA (английски) ... Изчисляване на честотите на молекулярни вибрации (немски) // Phys. З .: Магазин. - 1910. - Бд. 11 . - С. 609-612 .
  7. Жирифалко Л. Статистическа физика на твърдото тяло. - М .: Мир, 1975.- С. 15.
  8. Гаврилин И.В. 3.7. Изчисляване на температурата на топене на метали // Топене и кристализация на метали и сплави. - Владимир: Изд. ВлГУ, 2000. - С. 72. - 200 екз. -ISBN 5-89368-175-4 .

Литература