Плавлення
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Плáвлення (нім. Shcmelzen) — перехід тіла з кристалічного твердого стану в рідкий. Плавлення відбувається з поглинанням питомої теплоти плавлення і є фазовим переходом першого роду.
При нормальному тиску, найбільшою температурою плавлення серед металів має вольфрам (3422°C), а серед простих речовин — карбід гафнію NfC (3890°C). Можна вважати, що найнижчу температуру плавлення має гелій: при нормальному тиску він залишається рідким при скільки завгодно низьких температурах.
Багато речовин при нормальному тиску не мають рідкої фази. При нагріванні шляхом сублімації вони відразу переходять в газоподібний стан.
Зміст |
[ред.] Плавлення складних сполук
У сплавів, як правило, немає певної температури плавлення; процес їх плавлення відбувається в кінцевому діапазоні температур. На діаграмах стану «температура — відносна концентрація» є кінцева область співіснування рідкого і твердого стану, обмежена кривими ліквидуса і солідуса. Аналогічна ситуація має місце і у разі багатьох твердих розчинів.
Фіксованої температури плавлення немає також у аморфних тіл; вони переходять в рідкий стан поступово, розм'якшуючись при підвищенні температури.
[ред.] Кінетика плавлення
Пояснимо спочатку, чому при деякій температурі тіло вважає за краще розірвати частину міжатомних зв'язків і з впорядкованого стану (кристал) перейти в неврегульоване (рідина).
Як відомо з термодинаміки, при фіксованій температурі тіло прагне мінімізувати вільну енергію F = E - TS. При низьких температурах другий доданок (твір температури і ентропії) неістотно, і в результаті все зводиться до мінімізації звичайної енергії E. Стан з мінімальною енергією — це кристалічне тверде тіло. При підвищенні температури, другий доданок стає все важливішим, і при деякій температурі виявляється вигідніше розірвати деякі зв'язки. При це звичайна енергія E злегка підвищиться, але при цьому сильно зросте і ентропія, що в результаті приведе до пониження вільної енергії.
[ред.] Динаміка плавлення
В динаміці, плавлення відбувається таким чином. При підвищенні температури тіла збільшується амплітуда теплових коливань його молекул, і час від часу виникають дефекти ґратки. Кожний такий дефект вимагає певної кількості енергії, оскільки він супроводиться розривом деяких міжатомних зв'язків. Стадія народження і накопичення дефектів називається стадією предплавления. Крім того, на цій стадії, як правило, виникає квазі-рідкий шар на поверхні тіла. При деякій температурі концентрація дефектів стає такою великою, що приводить до втрати орієнтаційного порядку в взірці.
[ред.] Плавлення у двовимірних системах
В двовимірних або квазі-двовимірних системах кристал є хисткішим об'єктом, ніж в тривимірному випадку, а саме у двовимірного кристала немає дальнього позиційного порядку. (Для порівняння: у одновимірному випадку кристал при кінцевій температурі взагалі не може бути стабільним!) Як з'ясувалося, це призводить до того, що плавлення двовимірного кристала відбувається в два етапи. Спочатку кристал переходить в так звану гексатичну фазу, в якій втрачається ближній позиційний порядок, але зберігається орієнтаційний, а потім відбувається втрата і орієнтаційного порядку і тіло стає рідким.
