Olvadási hőmérséklet

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. december 12-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 11 szerkesztést igényelnek .

Olvadáspont (általában egybeesik a kristályosodási hőmérséklettel ) - a szilárd kristályos test (anyag) hőmérséklete, amelyen folyékony állapotba kerül. Az olvadásponton egy anyag lehet folyékony és szilárd halmazállapotú is. További hő hozzáadásakor az anyag folyékony halmazállapotúvá válik, és a hőmérséklet nem változik addig, amíg a vizsgált rendszerben lévő összes anyag el nem olvad. A felesleges hő eltávolításakor (hűtés) az anyag szilárd állapotba kerül (megkeményedik), és amíg teljesen meg nem szilárdul, a hőmérséklete nem változik.

Az olvadáspont/szilárduláspont és a forráspont/kondenzációs pont az anyag fontos fizikai tulajdonságainak tekintendő. A megszilárdulási hőmérséklet csak tiszta anyag esetén esik egybe az olvadásponttal. A speciális hőmérő kalibrátorok magas hőmérsékletekhez ezen a tulajdonságon alapulnak . Mivel egy tiszta anyag, például az ón megszilárdulási hőmérséklete stabil, elegendő megolvadni és megvárni, amíg az olvadék kristályosodni kezd. Ekkor, jó hőszigetelés mellett, a megszilárduló tuskó hőmérséklete nem változik, és pontosan egybeesik a referenciakönyvekben feltüntetett referencia hőmérséklettel.

Az anyagkeverékeknek egyáltalán nincs olvadási/szilárdulási hőmérsékletük, és egy bizonyos hőmérsékleti tartományban átmenetet hajtanak végre (a folyékony fázis megjelenésének hőmérsékletét szoliduszpontnak , a teljes olvadás hőmérsékletét likviduszpontnak nevezzük ). Mivel az ilyen anyagok olvadáspontját nem lehet pontosan megmérni, speciális módszereket alkalmaznak ( GOST 20287 és ASTM D 97). Néhány keverék ( eutektikus összetétel) azonban tiszta anyagként bizonyos olvadásponttal rendelkezik.

Az amorf (nem kristályos) anyagoknak általában nincs egyértelmű olvadáspontjuk. A hőmérséklet emelkedésével az ilyen anyagok viszkozitása csökken, és az anyag folyékonyabbá válik.

Mivel az olvadás során a test térfogata elenyésző mértékben változik, a nyomásnak nincs sok hatása az olvadáspontra. A fázisátalakulási hőmérséklet (beleértve az olvadást és a forrást) függését a nyomástól egy egykomponensű rendszer esetén a Clausius-Clapeyron egyenlet adja meg . A normál légköri nyomáson (101 325 Pa vagy 760 mm higany ) mért olvadáspontot olvadáspontnak nevezzük .

Egyes anyagok olvadáspontja [1]
anyag olvadáspont
(
° C )
hélium (2,5 MPa-nál) −272,2
hidrogén −259,2
oxigén −219
nitrogén −210,0
metán −182,5
alkohol −114,5
klór −101
ammónia −77,7
higany [2] −38.83
vízjég [3] 0
benzol +5,53
cézium +28,64
gallium +29,8
szacharóz +185
szacharin +225
ón- +231,93
vezet +327,5
alumínium +660.1
ezüst +960,8
Arany +1063
réz +1083.4
szilícium +1415
Vas +1539
titán +1668
platina +1772
cirkónium +1852
korund +2050
ruténium +2334
molibdén +2622
szilícium-karbid +2730
Wolfram keményfém +2870
ozmium +3054
tórium-oxid +3350
volfrám [2] +3414
szén ( szublimáció ) +3547
hafnium-karbid +3890
tantál-hafnium-karbid [4] +3990
hafnium-karbonitrid [5] +4200

Olvadási hőmérséklet előrejelzés (Lindemann-kritérium)

Frederick Lindemann6 1910-ben kísérletet tett a kristályos anyagok olvadáspontjának előrejelzésére Az ötlet az volt, hogy megfigyeljük, hogy a hőingadozások átlagos amplitúdója a hőmérséklet emelkedésével nő. Az olvadás akkor kezdődik, amikor a rezgés amplitúdója elég nagy lesz ahhoz, hogy a szomszédos atomok részben elfoglalják ugyanazt a teret.

A Lindemann-kritérium kimondja, hogy olvadás akkor várható, ha az oszcillációs amplitúdó effektív értéke meghalad egy küszöbértéket.

A kristályok olvadáspontját elég jól leírja a Lindemann-képlet [7] :

ahol  az átlagos egységcella sugara,  a Debye-hőmérséklet , és a legtöbb anyag paramétere 0,15-0,3 tartományban változik.

Olvadáspont - számítás

A Lindemann-féle képlet csaknem száz évig elméleti igazolásul szolgált az olvasztáshoz, de az alacsony pontosság miatt nem alakult ki.

Fémek olvadáspontjának kiszámítása

1999-ben a Vladimir Állami Egyetem professzora, I. V. Gavrilin új kifejezést kapott az olvadási hőmérséklet kiszámítására:

hol  az olvadáspont,  a látens olvadási hő,  az Avogadro-szám,  a Boltzmann-állandó.

Első alkalommal kaptak kivételesen kompakt kifejezést a fémek olvadáspontjának kiszámításához, amely ezt a hőmérsékletet ismert fizikai állandókhoz kapcsolja: látens olvadási hő , Avogadro-szám és Boltzmann -állandó .

A képlet a 2000-ben megjelent új olvadási és kristályosodási elmélet egyik következményeként származott [8] . A Gavrilin-képlet segítségével végzett számítások pontossága a táblázat adataiból becsülhető meg.

Egyes fémek olvadáspontja
Fém Látens olvadási hő , kcal*mol −1 Olvadáspont , K
becsült kísérleti
Alumínium 2.58 876 933
Vanádium 5.51 1857 2180
Mangán 3.50 1179 1517
Vas 4.40 1428 1811
Nikkel 4.18 1406 1728
Réz 3.12 1051 1357
Cink 1.73 583 692
Ón 1.72 529 505
Molibdén 8.74 2945 2890

Ezen adatok szerint a számítási pontosság 2 és 30% között változik, ami teljesen elfogadható az ilyen típusú számításoknál.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Properties of elements. - Kohászat, 1985. - 672 p.
  2. ↑ 12. Haynes , 2011 , p. 4.122.
  3. ↑ A tisztított víz olvadáspontja 0,002519 ± 0,000002 °C, lásd Feistel, R.; Wagner, W. A H 2 O Ice Ih  új állapotegyenlete // J. Phys  . Chem. Ref. Adat : folyóirat. - 2006. - Vol. 35 , sz. 2 . - P. 1021-1047 . - doi : 10.1063/1.2183324 . - .
  4. ↑ Andrievskii RA, Strel'nikova NS, Poltoratskii NI, Kharkhardin ED, Smirnov VS Olvadáspont ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC rendszerekben // Szovjet porkohászat és fémkerámia. - 1967. - T. 6 , sz. 1 . – S. 65–67 . — ISSN 0038-5735 . - doi : 10.1007/BF00773385 .
  5. ↑ Az eddigi legtűzállóbb anyagot hozták létre . indikátor.ru . Letöltve: 2020. augusztus 9. Az eredetiből archiválva : 2020. augusztus 13.
  6. ↑ Lindemann F.A.A molekuláris rezgési frekvenciák számítása  (német)  // Phys. Z  .: bolt. - 1910. - Bd. 11 . - S. 609-612 .
  7. ↑ Zhirifalko L. Statisztikai szilárdtestfizika. - M . : Mir, 1975. - S. 15.
  8. ↑ Gavrilin I. V. 3.7. Fémek olvadási hőmérsékletének kiszámítása // Fémek és ötvözetek olvadása és kristályosítása. - Vladimir: Szerk. VlGU, 2000. - S. 72. - 200 példány.  — ISBN 5-89368-175-4 .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák