imageschto-proishodit-s-kristallicheskoj-reshetkoj-v-protsesse-plavlenija-thumb.jpg

Плавление и отвердевание кристаллических тел

Переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое называется плавлением. Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, и есть теплота сгорания этого топлива. В процессе плавления температура кристалла остается постоянной. Эта температура называется температурой плавления.

Таким образом, основная часть энергия нагревателя, пдводимая к твердому телу, идет на уменьшение связей между частицами вещества, т. е. на разрушение кристаллической решетки. 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.

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. У каждого вещества своя температура плавления. Температура плавления для данного вещества зависит от атмосферного давления. В объёме льда они расположены хаотично. Когда плавление затронет внутренние зёрна, там начнут появляться очень мелкие узоры. В сильную лупу видно, что они имеют форму шестиугольных снежинок.

Так при размешивании сахара в стакане металлическая ложка из этого сплава растает быстрее сахара! 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. Это происходит потому, что образуется раствор соли в воде, температура замерзания которого ниже температуры воздуха.

Многие вещества при нормальном давлении не имеют жидкой фазы. При нагревании они путём сублимации сразу переходят в газообразное состояние. У сплавов, как правило, нет определённой температуры плавления; процесс их плавления происходит в конечном диапазоне температур.

Аналогичная ситуация имеет место и в случае многих твёрдых растворов. Считается, что плавление характеризуется потерей дальнего ориентационного межатомного порядка в кристалле с переходом к «жидкоподобному» или «газоплотному» беспорядку. Поясним вначале, почему при некоторой температуре тело предпочитает разорвать часть межатомных связей и из упорядоченного состояния (кристалл) перейти в неупорядоченное (жидкость).

В динамике, плавление происходит следующим образом. При этом энергия атомов существенно ниже потенциальной энергии атомизации кристаллической решётки. С ростом температуры количество атомов в кластерах уменьшается за счет увеличения разорванных связей.

При температуре кипения вещество переходит в моноатомное (мономолекулярное) газообразное (парообразное) состояние. Для сравнения, в одномерном случае кристалл при конечной температуре вообще не может быть стабильным. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называется температурой кристаллизации. Опыт показывает, что любое вещество кристаллизуется и плавится при одной и той же температуре. Температура воды начинает снижаться (участок DE). При достижении температуры 0 °С температура воды перестает снижаться, несмотря на то, что тепло по-прежнему отводится.

На участке АВ благодаря подводимому теплу средняя кинетическая энергия молекул льда увеличивается, и температура его повышается. Средняя кинетическая энергия моле­кул при этом не меняется, поэтому неизменной остается и температура.

При 0°С (горизонтальный участок EF) молекулы начинают выстраиваться в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Пока этот процесс не завершится, температура вещества не изменится, несмотря на отводимое тепло, а это означает, что при отвер­девании жидкость (вода) выделяет энергию. Подчеркнем еще раз, что при плавлении вещество поглощает энергию.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Плавление аморфных веществ. Наличие определенной точки плавления — это важный признак кристаллических веществ. Именно по этому признаку их можно легко отличить от аморфных тел, которые также относят к твердым телам. К ним, в частности, относятся стекла, очень вязкие смолы, пластмассы.

Причины этого лежат в коренном отличии строения аморфных тел от строения кристаллических. Атомы в аморфных телах расположены беспорядочно. Уже в твердом стекле атомы расположены беспорядочно. Поэтому стекло размягчается постепенно и не обнаруживает резкого перехода «твердое—жидкое», характерного для перехода от расположения молекул в строгом порядке к беспорядочному.

При плавлении вся подводимая к веществу теплота идет на увеличение потенциальной энер­гии его молекул. Кинетическая энергия не меняется, поскольку плавление идет при постоянной температуре. Изучая на опыте плавление различных веществ одной и той же массы, можно заметить, что для превращения их в жидкость требуется разное количество теплоты. Увеличение кинетической энергии молекул в процессе горения называют выделением энергии.

При этом среднее расстояние между атомами и, следовательно, силы взаимодействия изменяется незначительно. При достижении температуры tпл вся поступающая теплота идет на плавление кристалла (участок 23), нагревания его не происходит. Количество теплоты qпл, необходимое для превращения одного моля кристалла в жидкое состояние при постоянной температуре плавления, называют молярной скрытой теплотой плавления.

Аморфные вещества (в отличие от кристаллических) не имеют определенной температуры плавления — они не плавятся, а размягчаются. Пока плавление не началось, температура тела при нагревании растет. Обратный процесс — переход из жидкого состояния в твердое — происходит при понижении температуры, т. е. тепло отводится. Температура, при которой происходит плавление вещества, называется температурой плавления и является измеренной величиной для многих твердых веществ, а потому табличной величиной.

Читайте также:

Похожее

  • Золотой век пиратстваЗолотой век пиратства Британские солдаты были одеты в ярко-красный мундир, белые трико и чёрные пехотинские сапоги. Большинство стражников золотого века […]
  • Санаторий Глобус АнапаСанаторий Глобус Анапа Это даже санаторием назвать ни в коем случае нельзя! Отличный санаторий!!! Санаторий отвратительный! Устроила бардак в санатории и укатила […]
  • Шишка на головеШишка на голове Появляются этакие шишки на голове что это? Дать однозначный ответ на этот вопрос невозможно, так как причины появления шишек могут быть […]