Главная » Рефераты » Большая энциклопедия нефти и газа. Плавление это

Большая энциклопедия нефти и газа. Плавление это

Твёрдого состояния в жидкое, то есть переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Плавление происходит с поглощением теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода, которое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения - температура плавления .

Способность плавиться относится к физическим свойствам вещества

При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3422 °C), среди простых веществ - углерод (по разным данным 3500 - 4500 °C ) а среди произвольных веществ - карбид тантала-гафния Ta 4 HfC 5 (3942 °C). Можно считать, что самой низкой температурой плавления обладает гелий : при нормальном давлении он остаётся жидким при сколь угодно низких температурах.

Многие вещества при нормальном давлении не имеют жидкой фазы. При нагревании они путём сублимации сразу переходят в газообразное состояние.

Плавление смесей и твёрдых растворов

Фиксированной температуры плавления нет также у аморфных тел ; они переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении температуры.

Кинетика плавления

Технически плавление вещества осуществляется с помощью подвода тепловой энергии снаружи образца (внешний нагрев, например, в термической печи) или непосредственно во всём его объёме (внутренний нагрев, например, резистивный нагрев при пропускании тока через образец, или индукционный нагрев в высокочастотном электро-магнитном поле). Способ плавления не влияет на основные характеристики процесса - температуру и скрытую теплоту плавления, но определяет внешнюю картину плавления, например, появление квази-жидкого слоя на поверхности образца при внешнем нагреве.

Считается, что плавление характеризуется потерей дальнего ориентационного межатомного порядка в кристалле с переходом к «жидкоподобному» или «газоплотному» беспорядку.

Природа плавления

Поясним вначале, почему при некоторой температуре тело предпочитает разорвать часть межатомных связей и из упорядоченного состояния (кристалл) перейти в неупорядоченное (жидкость).

Изначально, в умозрительном, т.е. не количественном, представлении считалось, что в динамике плавление происходит следующим образом. При повышении температуры тела увеличивается амплитуда тепловых колебаний его молекул, и время от времени возникают структурные дефекты решётки в виде перескоков атомов, роста дислокаций и других нарушений кристаллической решетки . Каждый такой дефект, возникновение и перемещение дислокаций требуют определённого количества энергии, поскольку сопровождается разрывом некоторых межатомных связей. Стадия рождения и накопления дефектов называется стадией предплавления. Кроме того, на этой стадии, как правило, при внешнем нагреве возникает квази-жидкий слой на поверхности тела. Считается, что при некоторой температуре концентрация дефектов становится столь большой, что приводит к потере ориентационного порядка в образце, т.е. плавлению.

Однако, в связи с тем, что механизм термодеструкции кристалла за счёт образования дефектов и роста дислокаций, протекающей в широком диапазоне температур, не приводит к фазовому превращению 1-го рода, то есть к скачку термодинамических характеристик вещества в конкретной, фиксированной для каждого вещества температурной точке, то Линдеман развил простые представления о ходе процесса плавления, согласно которым амплитуда колебания частиц в точке плавления увеличивается настолько, что становится сравнимой с межатомным расстоянием в кристаллической решётке и приводит к разрушению решётки и потере ориентационного межатомного порядка. Фактически этот «фактор плавления» является основой большинства моделей с определяющей ролью отталкивающей части потенциала парного взаимодействия и наложением условий перехода от порядка к «жидкоподобному» или «газоплотному» беспорядку, рассчитываемых методами Монте-Карло и молекулярной динамики «катастрофичеким» (crash - [крэш]) конформационным преобразованием (инвертированием) структуры группы атомов при их тепловых колебаниях с амплитудами, меньшими межатомных расстояний в решетке, сопровождаемым разрушением межатомной связи при преодолении потенциального барьера инвертирования в фиксированной температурной точке с затратой постоянной величины энергии, ниже энергии атомизации решетки, и равной удельной теплоте плавления. Этот механизм приводит к подтверждаемой экспериментально кластерной структуре связанного (конденсированного) жидкого состояния с постоянным (для заданной температуры) средним числом разрывающихся и восстанавливающихся межкластерных и внутрикластерных межатомных связей, обеспечивающих сохранение объёма и определяющих подвижность (текучесть) и химическую активность жидкости. С ростом температуры количество атомов в кластерах уменьшается за счет увеличения разорванных связей. Образующиеся свободные атомы (молекулы) испаряются с поверхности жидкости или остаются в межкластерном пространстве в качестве растворённого газа (пара). При температуре кипения вещество переходит в моноатомное (мономолекулярное) газообразное (парообразное) состояние.

Плавление в двумерных системах

В двумерных или квази-двумерных системах кристалл является гораздо более шатким объектом, чем в трёхмерном случае, а именно у двумерного кристалла нет дальнего позиционного порядка. Для сравнения, в одномерном случае кристалл при конечной температуре вообще не может быть стабильным.

Как выяснилось, это приводит к тому, что плавление двумерного кристалла происходит в два этапа. Вначале кристалл переходит в так называемую гексатическую фазу, в которой теряется ближний позиционный порядок, но сохраняется ориентационный, а затем происходит потеря и ориентационного порядка и тело становится жидким.

«Плавление тел»

Выполнила:

Присяжнюк Ольга 9-А

Проверила:

Невзорова Татьяна Игоревна

Введение

1) Расчет количества теплоты

2) Плавление

3) Удельная теплота плавления

4) Плавление металлов

5) Температура плавления и кипения воды

6) Расплавы

7) Интересное о плавлении

Заключение (выводы)

Список использованной литературы

Введение

Агрега́тное состоя́ние - состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами: способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других основных физических свойств.

Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состоянием причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы или конденсат Бозе - Эйнштейна.

Изменения агрегатного состояния суть термодинамические процессы, называемые фазовыми переходами. Выделяют следующие их разновидности: из твёрдого в жидкое - плавление; из жидкого в газообразное - испарение и кипение; из твёрдого в газообразное - сублимация; из газообразного в жидкое или твёрдое - конденсация. Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию.

Для описания различных состояний в физике используется более широкое понятие термодинамической фазы. Явления, описывающие переходы от одной фазы к другой, называют критическими явлениями.

Твёрдое тело: Состояние, характеризующееся способностью сохранять объём и форму. Атомы твёрдого тела совершают лишь небольшие колебания вокруг состояния равновесия. Присутствует как дальний, так и ближний порядок.

Жидкость: Состояние вещества, при котором оно обладает малой сжимаемостью, то есть хорошо сохраняет объём, однако неспособно сохранять форму. Жидкость легко принимает форму сосуда, в который она помещена. Атомы или молекулы жидкости совершают колебания вблизи состояния равновесия, запертые другими атомами, и часто перескакивают на другие свободные места. Присутствует только ближний порядок.

Газ: Состояние, характеризующееся хорошей сжимаемостью, отсутствием способности сохранять как объём, так и форму. Газ стремится занять весь объём, ему предоставленный. Атомы или молекулы газа ведут себя относительно свободно, расстояния между ними гораздо больше их размеров.

Другие состояния: При глубоком охлаждении некоторые (далеко не все) вещества переходят в сверхпроводящее или сверхтекучее состояние. Эти состояния, безусловно, являются отдельными термодинамическими фазами, однако их вряд ли стоит называть новыми агрегатными состояниями вещества в силу их неуниверсальности. Неоднородные вещества типа паст, гелей, суспензий, аэрозолей и т. д., которые при определённых условиях демонстрируют свойства как твёрдых тел, так и жидкостей и даже газов, обычно относят к классу дисперсных материалов, а не к каким-либо конкретным агрегатным состояниям вещества.

Плавление

Рис. 1. Состояние чистого вещества (диаграмма)

Рис. 2. Температура плавления кристаллического тела

Рис. 3. Температура плавления щелочных металлов

Плавление - переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния в жидкое; происходит с поглощением теплоты (фазовый переход I рода). Главными характеристиками П. чистых веществ являются температура плавления (Тпл) и теплота, которая необходима для осуществления процесса П. (теплота плавления Qпл).

Температура П. зависит от внешнего давления р; на диаграмме состояния чистого вещества эта зависимость изображается кривой плавления (кривой сосуществования твёрдой и жидкой фаз, AD или AD" на рис. 1). П. сплавов и твёрдых растворов происходит, как правило, в интервале температур (исключение составляют эвтектики с постоянной Тпл). Зависимость температуры начала и окончания П. сплава от его состава при данном давлении изображается на диаграммах состояния специальными линиями (кривые ликвидуса и солидуса, см. Двойные системы). У ряда высокомолекулярных соединений (например, у веществ, способных образовывать жидкие кристаллы) переход из твёрдого кристаллического состояния в изотропное жидкое происходит постадийно (в некотором температурном интервале), каждая стадия характеризует определённый этап разрушения кристаллической структуры.

Наличие определённой температуры П.- важный признак правильного кристаллического строения твёрдых тел. По этому признаку их легко отличить от аморфных твёрдых тел, которые не имеют фиксированной Тпл. Аморфные твёрдые тела переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении температуры (см. Аморфное состояние). Самую высокую температуру П. среди чистых металлов имеет вольфрам (3410 °С), самую низкую - ртуть (-38,9 °С). К особо тугоплавким соединениям относятся: TiN (3200 °С), HfN (3580 °С), ZrC (3805 °С), TaC (4070 °С), HfC (4160 °С) и др. Как правило, для веществ с высокой Тпл характерны более высокие значения Qпл. Примеси, присутствующие в кристаллических веществах, снижают их Тпл. Этим пользуются на практике для получения сплавов с низкой Тпл (см., например, Вуда сплав с Тпл = 68 °С) и охлаждающих смесей.

П. начинается при достижении кристаллическим веществом Тпл. С начала П. до его завершения температура вещества остаётся постоянной и равной Тпл, несмотря на сообщение веществу теплоты (рис. 2). Нагреть кристалл до Т > Тпл в обычных условиях не удаётся (см. Перегрев), тогда как при кристаллизации сравнительно легко достигается значительное переохлаждение расплава.

Характер зависимости Тпл от давления р определяется направлением объёмных изменений (DVпл) при П. (см. Клапейрона - Клаузиуса уравнение). В большинстве случаев П. вещества сопровождается увеличением их объёма (обычно на несколько %). Если это имеет место, то возрастание давления приводит к повышению Тпл (рис. 3). Однако у некоторых веществ (воды, ряда металлов и металлидов, см. рис. 1) при П. происходит уменьшение объёма. Температура П. этих веществ при увеличении давления снижается.

П. сопровождается изменением физических свойств вещества: увеличением энтропии, что отражает разупорядочение кристаллической структуры вещества; ростом теплоёмкости, электрического сопротивления [исключение составляют некоторые полуметаллы (Bi, Sb) и полупроводники (Ge), в жидком состоянии обладающие более высокой электропроводностью]. Практически до нуля падает при П. сопротивление сдвигу (в расплаве не могут распространяться поперечные упругие волны, см. Жидкость), уменьшается скорость распространения звука(продольных волн) и т.д.

Согласно молекулярно-кинетическим представлениям, П. осуществляется следующим образом. При подведении к кристаллическому телу теплоты увеличивается энергия колебаний (амплитуда колебаний) его атомов, что приводит к повышению температуры тела и способствует образованию в кристалле различного рода дефектов (незаполненных узлов кристаллической решётки - вакансий; нарушений периодичности решётки атомами, внедрившимися между её узлами, и др., см. Дефекты в кристаллах). В молекулярных кристаллах может происходить частичное разупорядочение взаимной ориентации осей молекул, если молекулы не обладают сферической формой. Постепенный рост числа дефектов и их объединение характеризуют стадию предплавления. С достижением Тпл в кристалле создаётся критическая концентрация дефектов, начинается П.- кристаллическая решётка распадается на легкоподвижные субмикроскопические области. Подводимая при П. теплота идёт не на нагрев тела, а на разрыв межатомных связей и разрушение дальнего порядка в кристаллах (см. Дальний порядок и ближний порядок). В самих же субмикроскопических областях ближний порядок в расположении атомов при П. существенно не меняется (координационное число расплава при Тпл в большинстве случаев остаётся тем же, что и у кристалла). Этим объясняются меньшие значения теплот плавления Qпл по сравнению с теплотами парообразования и сравнительно небольшое изменение ряда физических свойств веществ при их П.

Процесс П. играет важную роль в природе (П. снега и льда на поверхности Земли, П. минералов в её недрах и т.д.) и в технике (производство металлов и сплавов, литьё в формы и др.).

Удельная теплота плавления

Уде́льная теплота́ плавле́ния (также: энтальпия плавления; также существует равнозначное понятие уде́льная теплота́ кристаллиза́ции) - количество теплоты, которое необходимо сообщить одной единице массы кристаллического вещества в равновесном изобарно-изотермическом процессе, чтобы перевести его из твёрдого (кристаллического) состояния в жидкое (то же количество теплоты выделяется при кристаллизации вещества). Теплота плавления - частный случай теплоты фазового перехода I рода. Различают удельную теплоту плавления (Дж/кг) и молярную (Дж/моль).

Удельная теплота плавления обозначается буквой (греческая буква лямбда) Формула расчёта удельной теплоты плавления:

где - удельная теплота плавления, - количество теплоты, полученное веществом при плавлении (или выделившееся при кристаллизации), - масса плавящегося (кристаллизующегося) вещества.

Плавление металлов

При плавлении металлов необходимо соблюдать известные правила. Положим, что собираются плавить свинец и цинк. Свинец быстро расплавится, имея температуру плавления 327°; цинк же еще долго будет оставаться твердым, так как его температура плавления выше 419°. Что произойдет со свинцом при таком перегреве? Он начнет покрываться пленкой радужного цвета, а потом его поверхность окажется скрытой под слоем неплавящегося порошка. Свинец угорел от перегрева, окислился, соединившись с кислородом воздуха. Этот процесс, как известно, происходит и при обычной температуре, но при нагревании он идет гораздо быстрее. Таким образом, к тому времени, когда начнет плавиться цинк, останется очень мало металлического свинца. Сплав получится совсем не того состава, как предполагался, и потеряется большое количество свинца в виде угара. Ясно, что надо сначала плавить более тугоплавкий цинк и затем класть в него свинец. То же самое произойдет, если сплавлять цинк с медью или латунью, разогревая сначала цинк. Цинк угорит к моменту расплавления меди. Значит, надо всегда сначала плавить металл с более высокой температурой плавления.

Но одним этим угара не избежать. Если правильно разогретый сплав долго держать на огне, опять образуется на поверхности жидкого металла пленка как следствие угара. Ясно, что опять обратится в окись более легкоплавкий металл и состав сплага изменится; значит, нельзя металл долго перегревать без надобности. Поэтому стараются всячески уменьшить угар металла, укладывая его компактной массой; мелкие куски, опилки, стружки сначала „пакетируют”, плавят куски более или менее одинаковой величины, ведут нагрев при достаточной температуре, оберегают поверхность металла от соприкосновения с воздухом. Для этой цели мастер может брать буру или просто прикрывать поверхность металла слоем золы, которая всегда будет плавать наверху (благодаря своему меньшему удельному весу) и при выливании металла не помешает. При застывании металла происходит еще одно явление, вероятно также знакомое юным мастерам. Металл, застывая, уменьшается в объеме, причем это уменьшение происходит за счет внутренних, еще не застывших частиц металла. На поверхности отливки или внутри нее образуется более или менее значительное воронкообразное углубление, так называемая усадочная раковина. Обычно форму делают так, чтобы усадочные раковины получились в тех местах отливки, которые впоследствии удаляются, стараясь по возможности предохранить самое изделие. Понятно, что усадочные раковины портят отливку и иногда могут сделать ее негодной. После расплавления металл несколько перегревают, чтобы он был жиже и горячее и поэтому лучше заполнил бы детали формы и не застыл бы преждевременно от соприкосновения с более холодной формой.

Так как температура плавления сплавов обычно ниже температуры плавления наиболее тугоплавкого из составляющих сплав металлов, то иногда выгодно поступать наоборот: сперва расплавить более легкоплавкий металл, а затем - более тугоплавкий. Однако это допустимо лишь для металлов, не сильно окисляющихся, или при условии предохранения этих металлов от излишнего окисления. Металла надо брать больше, чем требуется для самой вещи, чтобы он заполнил не только форму, но и литниковый канал. Ясно, что надо сначала рассчитать необходимое количество металла.

Температура плавления и кипения воды

Самое удивительное и благостное для живой природы свойство воды - это ее способность при "нормальных" условиях быть жидкостью. Молекулы очень похожих на воду соединений (например, молекулы H2S или H2Se) намного тяжелее, а образуют при тех же условиях газ. Тем самым вода как будто противоречит закономерностям таблицы Менделеева, которая, как известно, предсказывает, когда, где и какие свойства веществ будут близки. В нашем случае из таблицы следует, что свойства водородных соединений элементов (называемых гидридами), расположенных в одних и тех же вертикальных столбцах, с ростом массы атомов должны изменяться монотонно. Кислород - элемент шестой группы этой таблицы. В этой же группе находятся сера S (с атомным весом 32), селен Se (с атомным весом 79), теллур Te (с атомным весом 128) и поллоний Po (с атомным весом 209). Следовательно, свойства гидридов этих элементов должны меняться монотонно при переходе от тяжелых элементов к более легким, т.е. в последовательности H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. Что и происходит, но только с первыми четырьмя гидридами. Например, температуры кипения и плавления растут при увеличении атомного веса элементов. На рисунке крестиками отмечены температуры кипения этих гидридов, а кружочками - температуры плавления.

Как видно, при уменьшении атомного веса температуры снижаются совершенно линейно. Область существования жидкой фазы гидридов становится все более "холодной", и если бы гидрид кислорода Н2О был нормальным соединением, похожим на своих соседей по шестой группе, то жидкая вода существовала бы в диапазоне от -80° С до -95° С. При более высоких температурах Н2О всегда была бы газом. К счастью для нас и всего живого на Земле, вода аномальна, она не признает периодической закономерности а следует своим законам.

Объясняется это довольно просто - большая часть молекул воды соединена водородными связями. Именно этими связями отличается вода от жидких гидридов H2S, H2Se и H2Te. Если бы их не было, то вода кипела бы уже при минус 95 °C. Энергия водородных связей достаточно велика, и разорвать их можно лишь при значительно более высокой температуре. Даже в газообразном состоянии большое число молекул H2O сохраняет свои водородные связи, объединяясь в димеры (H2O)2. Полностью водородные связи исчезают только при температуре водяного пара 600 °C.

Напомним, что кипение заключается в том, что пузыри пара образуются внутри кипящей жидкости. При нормальном давлении чистая вода кипит при 100 "С. В случае подведения тепла через свободную поверхность будет ускоряться процесс поверхностного испарения, но объёмного парообразования, характерного для кипения, не возникает. Кипение может быть осуществлено и понижением внешнего давления, так как в этом случае давление пара, равное внешнему давлению, достигается при более низкой температуре. На вершине очень высокой горы давление и соответственно точка кипения настолько понижаются, что вода становится непригодной для варки пищи - не достигается требуемая температуры воды. При достаточно высоком давлении воду можно нагреть настолько, что в ней может расплавиться свинец (327 °С), и все же она не будет кипеть.

Помимо сверхбольших температур кипения плавления (причем последний процесс требует слишком большой для такой простой жидкости теплоты плавления), аномален сам диапазон существования воды - сто градусов, на которые разнятся эти температуры, - довольно большой диапазон для такой низкомолекулярной жидкости, как вода. Необычайно велики пределы допустимых значении переохлаждения и перегрева воды - при аккуратном нагревании или охлаждении вода остается жидкой от -40 °C до +200 °C. Тем самым температурный диапазон, в котором вода может оставаться жидкой, расширяется до 240 °C.

При нагревании льда сначала температура его повышается, но с момента образования смеси воды со льдом температура будет оставаться неизменной до того момента, пока не расплавится весь лёд. Это объясняется тем, что тепло, подводимое к тающему льду, прежде всего расходуется только на разрушение кристаллов. Температура тающего льда остаётся неизменной до тех пор, пока не произойдёт разрушение всех кристаллов (см. скрытую теплоту плавления).

Расплавы

Расплавы - жидкое расплавленное состояние веществ при температурах, в определённых границах удалённых от критической точки плавления и расположенных ближе к температуре плавления. Природа расплавов по своей сути определяется видом химических связей элементов в расплавленном веществе.

Расплавы находят широкое применение в металлургии, стекловарении и других областях техники. Обычно расплавы имеют сложный состав и содержат различные взаимодействующие компоненты (см. фазовая диаграмма).

Расплавы бывают

1.Металлические (Мета́ллы (название происходит от лат. metallum - шахта, рудник) - группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск);

2.Ионные (Ио́н (др.-греч. ἰόν - идущее) - одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атомом или молекулой. Ионизация (процесс образования ионов) может происходить при высоких температурах, под воздействием электрического поля);

3.Полупроводниковые с ковалентными связями между атомами (Полупроводники́ - материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры);

4.Органические расплавы с ван-дер-ваальсовыми связями;

5.Высокополимерные (Полимеры (греч. πολύ- - много; μέρος - часть) - неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерными звеньями», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями)

Расплавы по типу химических соединений бывают:

1.Солевые;

2.Оксидные;

3.Оксидно-силикатные (шлаковые) и др.

Расплавы с особыми свойствами:

1.Эвтектические

Интересное о плавлении

Ледяные зёрна и звезды.

Внесите кусок чистого льда в тёплую комнату и понаблюдайте за тем, как он тает. Довольно быстро выяснится, что лёд, казавшийся монолитным и однородным, распадается на множество мелких зёрен - отдельных кристаллов. В объёме льда они расположены хаотично. Не менее интересную картину можно увидеть, когда лёд плавится с поверхности.

Поднесите к лампе гладкий кусок льда и подождите, пока он начнёт плавиться. Когда плавление затронет внутренние зёрна, там начнут появляться очень мелкие узоры. В сильную лупу видно, что они имеют форму шестиугольных снежинок. На самом же деле это протаявшие впадинки, заполненные водой. Форма и направление их лучей соответствуют ориентации монокристаллов льда. Эти узоры называются „звёздочками Тиндаля“ в честь английского физика, открывшего и описавшего их в 1855 году. "Звездочки Тиндаля", похожие на снежинки, на самом деле - впадинки на поверхности подтаявшего льда размером около 1,5 мм, заполненные водой. В их центре видны воздушные пузырьки, возникшие из-за разности объемов растаявшего льда и талой воды.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Существут металл, так называемый, сплав Вуда, который можно запросто расплавить даже в теплой воде (+68 градусов Цельсия). Так при размешивании сахара в стакане металлическая ложка из этого сплава растает быстрее сахара!

Самое тугоплавкое вещество - карбид тантала ТаС0-88 плавится при температуре 3990°С.

В 1987 году немецкие исследователи смогли переохладить воду до температуры –700С, сохраняя ее в жидком состоянии.

Иногда, чтобы снег на тротуарах быстрее таял, их посыпают солью. Плавление льда происходит потому, что образуется раствор соли в воде, температура замерзания которого ниже температуры воздуха. Раствор просто стекает с тротуара.

Интересно, что ноги стынут больше на мокром тротуаре, так как температура раствора соли и воды ниже температуры чистого снега.

Если из чайника налить чай в две кружки: с сахаром и без сахара, то чай в кружке с сахаром будет холоднее, т.к. на растворение сахара (на разрушение его кристаллической решетки) тоже расходуется энергия.

При сильных морозах для восстановления гладкости льда поливку катка производят горячей водой.. Горячая вода расплавляет тонкий верхний слой льда, не так быстро замерзает, успевает растечься, и поверхность льда получается очень гладкой.

Заключение (выводы)

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое.

При нагревании увеличивается температура вещества, и возрастает скорость теплового движения частиц, при этом увеличивается внутренняя энергия тела.

Когда температура твердого тело достигает температуры плавления, кристаллическая решетка твердого вещества начинает разрушаться. Таким образом, основная часть энергия нагревателя, проводимая к твердому телу, идет на уменьшение связей между частицами вещества, т. е. на разрушение кристаллической решетки. При этом возрастает энергия взаимодействия между частицами.

Расплавленное вещество обладает большим запасом внутренней энергии, чем в твердом состоянии. Оставшаяся часть теплоты плавления расходуется на совершение работы по изменению объема тела при его плавлении.

При плавлении объем большинства кристаллических тел увеличивается (на 3-6%), а при отвердевании уменьшается. Но, существуют вещества, у которых при плавлении объем уменьшается, а при отвердевании - увеличивается. К ним относятся, например, вода и чугун, кремний и некоторые другие. . Именно поэтому лёд плавает на поверхности воды, а твердый чугун - в собственном расплаве.

Твердые тела, называемые аморфными (янтарь, смола, стекло) не имеют определенной температуры плавления.

Количество теплоты, необходимой для плавления вещества, равно произведению удельной теплоты плавления на массу данного вещества.

Удельная теплота плавления показывает, какое кол теплоты необходимо для полного превращения 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое, взятого при темп плавления.

Изменение. 3. Что такое термодинамическая вероятность состояния (статистический вес). 4. Статистический смысл изменения энтропии. 5. Первый закон термодинамики. 6. Вывод рабочей формулы (36) данной работы. 7. Второй закон термодинамики и его статистический смысл. 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА Цель работы Исследовать фазовый переход первого рода...

... (молекулярно-кинетическая) и энергия взаимодействия молекул (молекулярно-потенциальная) являются частью внутренней энергии тела. Такой подход правомерен и с научной точки зрения, так как тепловые явления, изучаемые в школе, протекают в пределах среднего температурного диапазона, при котором изменение внутренней энергии тел связано главным образом с изменением кинетической и потенциальной энергии...

Фазы. Основной причиной существования интервала плавления считается различие кристаллитов по размерам . Исследование энтальпии кристаллитов методом, описанным в работах , показало, что такую же существенную роль в плавлении играет различие кристаллитов по степени дефектности. Таким образом, при повышении температуры вначале плавятся более мелкие и более дефектные кристаллиты (или более...

Переход кристаллического тела в жидкое состояние происходит при определенной для каждого вещества температуре и требует затраты некоторого количества тепла, называемого теплотой плавления.

Если веществу, первоначально находившемуся в кристаллическом состоянии, сообщать каждую секунду одно и то же количество тепла, то изменение температуры тела со временем будет таким, как показано на рис. 125.1. В начале температура тела все время растет.

По достижении температуры плавления (точка на рис. 125.1), несмотря на то, что к телу по-прежнему продолжает подводиться тепло, температура его перестает изменяться. Одновременно начинается процесс плавления твердого тела, в ходе которого все новые и новые порции вещества превращаются в жидкость. После того как процесс плавления будет закончен и все вещество полностью перейдет в жидкое состояние (точка 2 на рис. 125.1), температура снова начнет повышаться.

Кривая нагревания аморфного тела выглядит иначе (см. пунктирную кривую на рис. 125.1). При равномерном подводе тепла температура аморфного тела непрерывно растет. Для аморфных тел нет определенной температуры перехода в жидкое состояние.

Этот переход совершается непрерывно, а не скачком. Можно лишь указать интервал температур, в пределах которого происходит размягчение тела. Это объясняется тем, что жидкости и аморфные тела отличаются лишь степенью подвижности молекул, - аморфные тела, как уже отмечалось, представляют собой сильно переохлажденные жидкости.

Температура плавления зависит от давления. Таким образом, переход из кристаллического в жидкое состояние происходит при вполне определенных условиях, характеризуемых значениями давления и температуры. Совокупности этих значений соответствует кривая на диаграмме (, Т), которую принято называть кривой плавления. Кривая плавления идет очень круто. Для того, например, чтобы изменить на 1 К температуру таяния льда, необходимо изменить давление на 132 ат.

Точки кривой плавления определяют условия, при которых кристаллическая и жидкая фазы могут находиться в равновесии друг с другом. Такое равновесие возможно при любом соотношении между массами жидкости и кристаллов, т. е. при значениях объема системы, заключенных в пределах от до где m - масса системы, - удельные объемы твердой и жидкой фаз. Поэтому каждой точке кривой плавления соответствует на диаграмме (, V) отрезок горизонтальной прямой (рис. 125.2).

Поскольку вещество в состояниях, изображаемых точками этого отрезка, имеет одну и ту же температуру, прямая 1-2 на рис. 125.2 представляет собой участок изотермы, соответствующий двухфазным состояниям вещества (ср. с горизонтальными участками изотерм на рис. 123.1).

Обратный плавлению процесс кристаллизации протекает следующим образом. При охлаждении жидкости до температуры, при которой твердая и жидкая фазы могут находиться в равновесии при данном давлении (т. е. до той же температуры, при которой происходило плавление), начинается одновременный рост кристалликов вокруг так называемых зародышей или центров кристаллизации. Разрастаясь все более, отдельные кристаллики в конце концов смыкаются друг с другом, образуя поликристаллическое твердое тело.

Центрами кристаллизации могут служить взвешенные в жидкости твердые частицы. Тщательно очищенную от таких частиц жидкость можно охладить ниже температуры кристаллизации без того, чтобы началось образование кристалликов. Состояние такой переохлажденной жидкости является метастабильным. Обычно достаточно попасть в такую жидкость пылинке, для того чтобы она распалась на жидкость и кристаллы, находящиеся при равновесной температуре. Однако в некоторых случаях при больших переохлаждениях подвижность молекул жидкости оказываемся столь незначительной, что метастабильное состояние может сохраняться очень долго. Жидкость в таких случаях обладает весьма малой текучестью и представляет собой аморфное твердое тело.

Процесс кристаллизации сопровождается выделением такого же количества тепла, которое поглощается при плавлении.

К атегория:

Литейное производство

Теория и особенности плавления

Металлы отличаются от других твердых тел наличием свободных электронов. Эти электроны не связаны с каким-то определенным атомом и движутся по всему металлу. Свободные электроны определяют такие свойства металлов, как пластичность, электропроводимость и др. Специфика твердого металлического состояния, в основном, сохраняется и после расплавления. Особый характер так называемой металлической связи приводит к возможности образования различных смешанных кристаллов (сплавов).

Процесс плавления металлов и сплавов является достаточно сложным из-за «накладывающихся» друг на друга различных физико-химических явлений, однако, его сущность легче представить, чем процесс кристаллизации. Это объясняется тем, что плавление не требует образования зародышей, и процесс перехода из твердого состояния в жидкое начинается сразу же, как только металл или сплав будет нагрет до температуры начала плавления.

Некоторый перегрев выше температуры плавления необходим для того, чтобы расплавление кристалла началось внутри него. Плавление - относительно простой процесс еще и потому, что жидкий сплав имеет строение, малозависящее от условий его образования.

В твердой плавящейся фазе практически не происходит перераспределения химических веществ.

Известно, что кристаллическим телам свойственна строгая периодичность в расположении частиц. В то же время силы, удерживающие атомы в узлах кристаллической решетки, очень малы. Достаточно тепловой энергии самих атомов, чтобы они отклонялись от равновесного положения на заметные расстояния. Установлено, что при обычной температуре величина теплового колебания может составлять 5-10% межатомного расстояния.

Наиболее существенными способами поглощения тепловой энергии твердыми металлическими телами являются способы увеличения:
1) интенсивности колебания атомов,
2) энергии поступательного движения электронов (возбуждение их),
3) энергии вращательного движения молекул.

При нагревании металлов и сплавов от обычной температуры ДО температуры плавления происходит непрерывное поглощение энергии, которая расходуется на увеличение интенсивности указанных колебании и движений. До какого-то момента времени каждый атом находится на своем обычном месте и окружен соответствующим числом ближайших атомов, расположенных на расстояниях, примерно соответствующих совершенной структуре. Но наступает момент, когда эти расстояния нарушаются или у атома изменяется число соседних атомов. Этот период предплавления характеризуется значительным ростом дефектов структуры различного вида.

Схема 1. Классификация литейных сплавов

Из приведенного следует, что количество вакансий зависит главным образом от температуры. Например, у алюминия одна вакансия приходится на 1012 атомов при комнатной температуре, а при температуре плавления - только на 103 атомов. Для алюминия Еа = 0,75 эв. Следует отметить, что наличие одной вакансии на 1000 атомов типично для твердых металлов вблизи температуры плавления.

Особенность предплавления - значительная интенсификация диффузионных процессов - связана с тем, что атомы получают возможность перемещаться на большие расстояния вследствие увеличения количества вакансий и их передвижения.

При плавлении нарушаются термодинамическая устойчивость кристаллических решеток и характерный для твердого состояния порядок расположения атомов (молекул или ионов). В результате твердые кристаллические тела теряют постоянство формы, происходит скачкообразное изменение (увеличение) внутренней энергии, объема, энтропии и некоторых других физических свойств металлов и сплавов. Сплавы, в отличие от однокомпонентных веществ, плавятся в некотором интервале температур, зависящем от их состава и давления.

Тепло, образующееся в плавильных агрегатах в результате горения топлива или иного процесса, передается твердой металлической шихте и, в первую очередь, расходуется на тепловое расширение, являющееся следствием увеличения колебательного движения атомов относительно их обычного равновесного положения.

С повышением температуры колебательные движения увеличиваются и твердое тело, проходя через область неустойчивых состояний, превращается в жидкое. Чтобы этот процесс мог завершиться полностью, в рабочее пространство печи должно поступать количество теплоты, необходимое для обеспечения отрыва атомов от их обычного равновесного положения и для компенсации различных потерь теплоты сопутствующих плавлению процессов.

Следовательно, плавление можно рассматривать как переход из состояния, при котором атомы в кристаллической решетке рас-положены правильно, в состояние, при котором решетка уничтожается. Отметим, что переход в жидкое состояние не всегда приводит к полному уничтожению кристаллической структуры. Еще в 1921 г. А. А. Лебедев показал, что и в жидкостях можно встретить некоторую упорядоченность расположения молекул, выражающуюся в том, что в отдельных ультрамикроскопических участках объема молекулы образуют ничтожно малые по размерам кристаллиты. Такие образования в жидкостях обнаруживаются при температурах, близких к температуре плавления. Полное уничтожение остатков кристаллического строения может быть достигнуто только при дальнейшем повышении температуры и длительной выдержке расплава.

Особенностью многих процессов плавки в литейном производстве является необходимость достижения температур превращения твердой шихты в состояние, при котором в максимально возможной степени были бы уничтожены остатки структуры твердого состояния. Это обеспечивает получение, например, требуемых механических свойств у многих сплавов, в частности у чугуна.

При плавлении объем металлов увеличивается на 3-4%, что необходимо учитывать при изучении кристаллизации отливок в литейных формах.

Следует подчеркнуть, что для качества будущей отливки небезразлично с какой интенсивностью и в какой среде производится плавление, а также какая степень перегрева выше температуры плавления была при этом достигнута. Перечисленные факторы могут в последующем оказать решающее влияние на процесс кристаллизации отливки и конечные ее свойства. Например, большое влияние на кристаллизацию оказывают имеющиеся в расплаве частицы (подложки), образующие поверхность раздела. Они могут служить источником гетерогенного зарождения кристаллов. На этой поверхности, если она смачивается жидким металлом, могут образоваться зародыши и их образование потребует меньшей затраты энергии. Большое значение имеет и краевой угол смачивания между подложкой и находящимся на ней зародышем твердой фазы.

Если краевой угол смачивания 0 мал, то поверхностная энергия границы раздела между твердой фазой и подложкой также мала. В этом случае из атомов жидкого металла легко образуются зародыши твердой фазы на поверхности подложки. Когда 0 = 180°, подложка существенно не влияет на процессы зарождения потому, что межфазная энергия на границе твердой фазы и подложки оказывается достаточно большой.

Если краевой угол смачивания мал, то зарождение происходит Ри незначительном переохлаждении, если же краевой угол велик, 0 необходимо большое переохлаждение.

Практически все литейные сплавы в жидком состоянии содержат определенное количество мельчайших нерастворимых примесей, которые могут оказать влияние на условия кристаллизации. Именно поэтому сплавы (в жидком и твердом состояниях) следует отнести к коллоидным системам.

Особенностью коллоидных систем такого рода является их по-лидисперсность. Характер образующейся системы и ее способность к тем или иным взаимодействиям непосредственно связаны с условиями плавления и перегрева металла или сплава. Многие литейные сплавы, особенно цветные, содержат легкоиспаряющиеся компоненты. В литейном производстве поэтому широко используют плавку в вакууме. При любой температуре выше абсолютного нуля все вещества, в основном жидкие, испаряются. Молекулярно-кинетическая теория дает объяснение этому явлению. На поверхности жидкости или твердого тела энергия отдельных молекул значительно превышает среднюю для данной температуры. Эта энергия может быть достаточной для отрыва молекул и рассеивания их в окружающем пространстве. Скорость испарения вещества определяется давлением его пара, зависящим от температуры, и внешним давлением других газов (например, воздуха) над испаряющимся веществом. Давление пара испаряющегося вещества зависит от его природы, температуры и кривизны поверхности и почти не зависит от давления других газов над испаряющимся веществом. Однако скорость диффузии пара, влияющая на общую скорость испарения, уменьшается с увеличением давления постороннего газа в системе. Это обстоятельство учитывают и используют в реальных плавильных процессах для уменьшения потерь легкоиспаряющихся компонентов сплава.

Скорость испарения можно значительно снизить, если свободную поверхность испаряющейся жидкости покрыть поверхностно-активным слоем достаточно большой толщины. Слой шлака на жидком металле затрудняет испарение и является желательным при обычной плавке.

Ппи таком равновесии число молекул, проникающих за единицу племени через единицу поверхности раздела из жидкости в пар, панно числу молекул, переходящих из пара в жидкость. Упругость насыщения пара каждого вещества зависит только от температуры и повышается с ее увеличением. Удалению паров с поверхности испарения способствует постоянная «вентиляция» этой поверхности вызываемая различными причинами (движением пламени, продуктов горения, подсевом воздуха и т. п.). Чем больше турбулентность движения газового потока над испаряющимся телом, тем больше удаляется пара и скорее протекает процесс испарения. Если давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению или несколько его превышает, испарение идет не только с поверхности жидкости, но и внутри нее. При этом образуются пузыри пара, быстро растущие и поднимающиеся на поверхность. Испарение переходит в кипение.

Изучение физико-химических закономерностей испарения имеет большое практическое значение для плавки в условиях вакуума.

Плавле́ние -это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое. Плавление происходит с поглощением удельной теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода.

Способность плавиться относится к физическим свойствам вещества

При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3422 °C), среди простых веществ - углерод (по разным данным 3500 - 4500 °C ) а среди произвольных веществ - карбид тантала-гафния Ta 4 HfC 5 (4216 °C). Можно считать, что самой низкой температурой плавления обладает гелий : при нормальном давлении он остаётся жидким при сколь угодно низких температурах.

Многие вещества при нормальном давлении не имеют жидкой фазы. При нагревании они путем сублимации сразу переходят в газообразное состояние.

Плавление смесей и твёрдых растворов

Кинетика плавления

Природа плавления

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Плавление" в других словарях:

Таяние; плавка, купеляция, топка, топление. Ant. застывание Словарь русских синонимов. плавление сущ.) Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012 … Словарь синонимов

Современная энциклопедия

Плавление - ПЛАВЛЕНИЕ, переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое. Плавление фазовый переход 1 го рода. При постоянном внешнем давлении плавление чистого вещества происходит при постоянной температуре, называемой температурой плавления … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Переход твердого кристаллического вещества в жидкое состояние (фазовый переход первого рода). При постоянном внешнем давлении плавление чистого вещества происходит при постоянной температуре (tпл), называется температурой плавления; tпл при… … Большой Энциклопедический словарь

Переход в ва из кристаллич. (твёрдого) состояния в жидкое, происходит с поглощением теплоты (фазовый переход I рода). Гл. хар ками П. чистых в в явл. температура плавления (Tпл) и теплота плавления (Lпл). Темп pa П. зависит от внеш. давления р;… … Физическая энциклопедия

плавление - и устарелое плавление … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

ПЛАВЛЕНИЕ, плавления, мн. нет, ср. (спец.). Состояние по гл. плавиться, процесс перехода из твердого состояния в жидкое под воздействием высокой температуры. Точка плавления (температура, при которой вещество начинает плавиться). Толковый словарь … Толковый словарь Ушакова

ПЛАВИТЬ, влю, вишь; вленный; несов., что. Делать жидким, нагревая, накаливая. П. металл. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Ср., ·длит. плавка жен., ·об. действие по гл. Плавка лесу, гонка. Плавка металлов, топка. Замечательно, что и топить, также как плавить, относится к огню и к воде. Плавеж муж. плавка скота, переправа вплавь; | самое место в реке, удобное для… … Толковый словарь Даля

ПЛАВЛЕНИЕ - ПЛАВЛЕНИЕ, процесс перехода из твердого (аморфного или кристаллического) состояния в жидкое. Каждое вещество плавится при вполне определенной для него t°, к рая называется точкой П. Эта t° зависит от.внешнего давления^ Точка П.… … Большая медицинская энциклопедия

плавление - Фазовый переход вещества из кристаллического состояния в жидкое. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 103. Термодинамика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] Тематики термодинамика EN fusionmelting DE… … Справочник технического переводчика