ПЛАВЛЕНИЕ

ПЛАВЛЕНИЕ, переход вещества из кристаллич. (твёрдого) состояния в жидкое; происходит с поглощением теплоты (фазовый переход 1 рода). Гл. характеристиками П. чистых веществ являются температура плавления (Т_пл) и теплота, к-рая необходима для осуществления процесса П. (теплота плавления Q_пл).

Темп-pa П. зависит от внеш. давления p‘, 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 темп-р (исключение составляют эвтектики с постоянной T). Зависимость темп-ры начала и окончания П. сплава от его состава при данном давлении изображается на диаграммах состояния спец. линиями (кривые ликвидуса и солидуса, см. Двойные системы). У ряда высокомолекулярных соединений (напр., у веществ, способных образовывать жидкие кристаллы) переход из твёрдого кристаллич. состояния в изотропное жидкое происходит постадийно (в нек-ром температурном интервале), каждая стадия характеризует определённый этап разрушения кристаллич. структуры.

Наличие определённой темп-ры П.- важный признак правильного кристаллич. строения твёрдых тел. По этому признаку их легко отличить от аморфных твёрдых тел, к-рые не имеют фиксированной Т_пл. Аморфные твёрдые тела переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении темп-ры (см. Аморфное состояние).

Самую высокую темп-ру 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), ТаС (4070 °С), HfC (4160 °С) и др. Как правило, для веществ с высокой Т_пл характерны более высокие значения Q_пл. Примеси, присутствующие в кристаллич. веществах, снижают их Т_пл. Этим пользуются на практике для получения сплавов с низкой Т_пл(см., напр., Вуда сплав с Т_пл = 68 ^оС) и охлаждающих смесей.

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

Характер зависимости Т_пл от давления p определяется направлением объёмных изменений (дельта Т_пл) при П. (см. Клапейрона - Клаузиуса уравнение). В большинстве случаев П. вещества сопровождается увеличением их объёма (обычно на неск. % ). Если это имеет место, то возрастание давления приводит к повышению Т_пл (рис. 3). Однако у нек-рых веществ (воды, ряда металлов и металлидов,

см. рис. 1) при П. происходит уменьшение объёма. Темп-pa П. этих веществ при увеличении давления снижается.

П. сопровождается изменением физ. свойств вещества: увеличением энтропии, что отражает разупорядочение кристаллич. структуры вещества; ростом теплоёмкости, электрич. сопротивления [исключение составляют нек-рые 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-кинетич. представлениям, П. осуществляется след. образом. При подведении к кристаллич. телу теплоты увеличивается энергия колебаний (амплитуда колебаний) его атомов, что приводит к повышению темп-ры тела и способствует образованию в кристалле различного рода дефектов (незаполненных узлов кристаллич. решётки - вакансий; нарушений периодичности решётки атомами, внедрившимися между её узлами, и др., см. Дефекты в кристаллах).

Рис. 1. Диаграмма состояния чистого вещества. Линии AD и AD‘ - кривые плавления, по линии aD‘ плавятся вещества с аномальным изменением объёма при плавлении.

В молекулярных кристаллах может происходить частичное разупорядочение взаимной ориентации осей молекул, если молекулы не обладают сферич. формой. Постепенный рост числа дефектов и их объединение характеризуют стадию предплавления. С достижением Т_пл в кристалле создаётся критич. концентрация дефектов, начинается П.- кристаллич. решётка распадается на легкоподвижные субмикроскопич. 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 субмикроскопич. областях ближний порядок в расположении атомов при П. существенно не меняется (координационное число расплава при Т_пл в большинстве случаев остаётся тем же, что и у кристалла). Этим объясняются меньшие значения теплот плавления Q_пл по сравнению с теплотами парообразования и сравнительно небольшое изменение ряда физ. 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.).

Рис. 2. Остановка температуры при плавлении кристаллического тела. По оси абсцисс отложено время t, пропорциональное равномерно подводимому к телу количеству теплоты.

Рис. 3. Изменение температуры плавления Т_пл (^оС) щелочных металлов с увеличением давления p (кбар). Кривая плавления Cs указывает на существование у него при высоких давлениях двух полиморфных превращений (а и в).

Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ПЛАВЛЕНЫЕ ОГНЕУПОРЫ →← ПЛАВКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ

ПЛАВЛЕНИЕ

Синонимы слова "ПЛАВЛЕНИЕ":

Смотреть что такое ПЛАВЛЕНИЕ в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: