Плавление - Melting

Об EP Хёны см. Плавление (EP). Об альбоме Mamamoo см. Таяние (альбом).
"Расплавленный" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Расплавленный (значения).
Тающие кубики льда иллюстрируют процесс плавления.

Плавление, или же слияние, это физический процесс, который приводит к фаза перехода из вещество из твердый к жидкость. Это происходит, когда внутренняя энергия твердого вещества увеличивается, как правило, за счет применения высокая температура или же давление, что увеличивает температура к температура плавления. При температуре плавления порядок ионы или же молекулы в твердом теле переходит в менее упорядоченное состояние, и твердое тело тает стать жидкостью.

Вещества в расплавленном состоянии обычно снижают вязкость при повышении температуры. Исключением из этого принципа является элемент сера, вязкость которого увеличивается в диапазоне от 160 ° C до 180 ° C из-за полимеризация.[1]

Немного органические соединения растаять мезофазы, состояния частичного порядка между твердым телом и жидкостью.

Как фазовый переход первого рода

С точки зрения термодинамики, при температуре плавления изменение Свободная энергия Гиббса ∆G вещества равно нулю, но есть ненулевые изменения в энтальпия (ЧАС) и энтропия (S), известные соответственно как энтальпия плавления (или же скрытая теплота плавления) и энтропия плавления. Поэтому плавка классифицируется как фазовый переход первого рода. Плавление происходит, когда свободная энергия Гиббса жидкости становится ниже, чем у твердого вещества для этого материала.[2][3] Температура, при которой это происходит, зависит от давления окружающей среды.

Низкая температура гелий единственное известное исключение из общего правила.[4] Гелий-3 имеет отрицательную энтальпию плавления при температурах ниже 0,3 К. Гелий-4 также имеет очень небольшую отрицательную энтальпию плавления ниже 0,8 К. Это означает, что при соответствующих постоянных давлениях тепло должно быть удаленный из этих веществ, чтобы расплавить их.[5]

Критерии

Среди теоретических критериев плавления Lindemann[6] и Родившийся[7] критерии - это те критерии, которые наиболее часто используются в качестве основы для анализа условий плавления. Критерий Линдемана утверждает, что плавление происходит из-за колебательной неустойчивости, например кристаллы плавятся, когда средняя амплитуда тепловых колебаний атомов относительно высока по сравнению с межатомными расстояниями, например <δu2>1/2 > δLрs, куда δu - атомное смещение, параметр Линдемана δL ≈ 0,20 ... 0,25 и рs составляет половину межатомного расстояния.[8]:177 Критерий плавления Линдемана подтверждается экспериментальными данными как для кристаллический материалы и для переходы стекло-жидкость в аморфных материалах. Критерий Борна основан на катастрофе жесткости, вызванной исчезающим модулем упругости сдвига, то есть когда кристалл больше не имеет достаточной жесткости, чтобы механически выдерживать нагрузку.[9]

Переохлаждение

Основная статья: Переохлаждение

При стандартном наборе условий температура плавления вещества является характерным свойством. Температура плавления часто равна Точка замерзания. Однако при тщательно созданных условиях может произойти переохлаждение или перегрев выше точки плавления или замерзания. Вода на очень чистой стеклянной поверхности часто переохлаждается на несколько градусов ниже точки замерзания без замерзания. Мелкие эмульсии чистой воды были охлаждены до -38 градусов по Цельсию без образования зародышей. лед.[нужна цитата ] Зарождение зародышей происходит из-за колебаний свойств материала. Если материал остается неподвижным, часто нет ничего (например, физической вибрации), чтобы вызвать это изменение, и может произойти переохлаждение (или перегрев). Термодинамически переохлажденная жидкость находится в метастабильном состоянии по отношению к кристаллической фазе и, вероятно, внезапно кристаллизуется.

Аморфные твердые тела (стекла)

Очки аморфные твердые тела которые обычно производятся, когда расплавленный материал очень быстро охлаждается до температуры ниже его температуры стеклования, без достаточного времени для образования регулярной кристаллической решетки. Твердые тела характеризуются высокой степенью связи между их молекулами, а жидкости имеют более низкую связность своих структурных блоков. Плавление твердого материала также можно рассматривать как просачивание через нарушенные связи между частицами, например соединительные узы.[10] При таком подходе плавление аморфного материала происходит, когда разорванные связи образуют перколяционный кластер с Тграмм зависит от квазиравновесных термодинамических параметров связей, например по энтальпии (ЧАСd) и энтропия (Sd) образования связей в данной системе при заданных условиях:[11]

куда жc - порог перколяции и р - универсальная газовая постоянная. Несмотря на то что ЧАСd и Sd не являются истинно равновесными термодинамическими параметрами и могут зависеть от скорости охлаждения расплава, их можно найти из имеющихся экспериментальных данных по вязкость аморфных материалов.

Даже ниже точки плавления квазижидкие пленки можно наблюдать на кристаллических поверхностях. Толщина пленки зависит от температуры. Этот эффект характерен для всех кристаллических материалов. Эффект предварительного плавления проявляется, например, в морозное пучение, рост снежинок и, с учетом межзеренных границ, возможно, даже в движении ледники.

Связанные понятия

В генетика, таяние ДНК означает разделение двухцепочечной ДНК на две простые цепи путем нагревания или использования химических агентов, ср. полимеразной цепной реакции.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Софекун, Габриэль О .; Эвой, Эрин; Лесаж, Кевин Л .; Чоу, Нэнси; Марриотт, Роберт А. (2018). «Реология жидкой элементарной серы через λ-переход». Журнал реологии. Общество реологии. 62 (2): 469–476. Bibcode:2018JRheo..62..469S. Дои:10.1122/1.5001523. ISSN  0148-6055.
  2. ^ Аткинс, П. У. (Питер Уильям), 1940 - автор. (2017). Элементы физической химии. ISBN  978-0-19-879670-1. OCLC  982685277.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ Pedersen, Ulf R .; Костильола, Лоренцо; Бейли, Николас П .; Schrøder, Thomas B .; Дайр, Джепп К. (2016). «Термодинамика замерзания и плавления». Nature Communications. 7 (1): 12386. Bibcode:2016НатКо ... 712386P. Дои:10.1038 / ncomms12386. ISSN  2041-1723. ЧВК  4992064. PMID  27530064.
  4. ^ Аткинс, Питер; Джонс, Лоретта (2008), Химические принципы: поиски понимания (4-е изд.), W.H. Freeman and Company, p. 236, г. ISBN  978-0-7167-7355-9
  5. ^ Отт, Дж. Беван; Берио-Козочки, Джулиана (2000), Химическая термодинамика: современные приложения, Academic Press, стр. 92–93, ISBN  978-0-12-530985-1
  6. ^ Линдеманн, Ф. (1910). "Über die Berechnung molkularer Eigenfrequenzen". Physikalische Zeitschrift (на немецком). 11 (14): 609–614.
  7. ^ Родился, Макс (1939). «Термодинамика кристаллов и плавления». Журнал химической физики. Издательство AIP. 7 (8): 591–603. Bibcode:1939ЖЧФ ... 7..591Б. Дои:10.1063/1.1750497. ISSN  0021-9606.
  8. ^ Стюарт А. Райс (15 февраля 2008 г.). Успехи химической физики. Джон Вили и сыновья. ISBN  978-0-470-23807-3.
  9. ^ Роберт В. Кан (2001) Материаловедение: плавление изнутри, Природа 413 (#6856)
  10. ^ Пак, Сон Ён; Страуд, Д. (11 июня 2003 г.). «Теория плавления и оптические свойства нанокомпозитов золото / ДНК». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 67 (21): 212202. arXiv:cond-mat / 0305230. Bibcode:2003ПхРвБ..67у2202П. Дои:10.1103 / Physrevb.67.212202. ISSN  0163-1829. S2CID  14718724.
  11. ^ Охован, Майкл I; Ли, Уильям (Билл) Э (2010). «Связность и стеклование в неупорядоченных оксидных системах». Журнал некристаллических твердых тел. Elsevier BV. 356 (44–49): 2534–2540. Bibcode:2010JNCS..356.2534O. Дои:10.1016 / j.jnoncrysol.2010.05.012. ISSN  0022-3093.

внешняя ссылка

  • Словарное определение таяние в Викисловарь
Фазовые переходы материи ()
базовыйК
ТвердыйЖидкостьГазПлазма
ИзТвердыйПлавлениеСублимация
ЖидкостьЗамораживаниеИспарение
ГазОтложениеКонденсацияИонизация
ПлазмаРекомбинация