Температу́ра плавле́ния (обычно совпадает с температурой кристаллизации) — температура твёрдого кристаллического тела (вещества), при которой оно совершает переход в жидкое состояние. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдёт в жидкое состояние, а температура не будет изменяться, пока всё вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в твёрдое состояние (застывать), и, пока оно не застынет полностью, его температура не изменится.
Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура отвердевания чистого вещества, например олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не изменяется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.
Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления — точкой ликвидуса). Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определённой температурой плавления, как чистые вещества.
Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления. С ростом температуры вязкость таких веществ снижается, и материал становится более жидким.
Поскольку при плавлении объём тела изменяется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы даётся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при давлении равном нормальному атмосферному давлению (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.
+ Температуры плавления некоторых веществ вещество температура плавления (°C) гелий (при 2,5 МПа) −272,2 водород −259,2 кислород −219 азот −210,0 метан −182,5 этиловый спирт −114,14 хлор −101 аммиак −77,7 ртуть −38,83 водяной лёдТемпература плавления очищенной воды была измерена как 0,002519 ± 0,000002 °C, см. 0 бензол +5,53 цезий +28,64 галлий +29,8 сахароза +185 сахарин +225 олово +231,93 свинец +327,5 алюминий +660,1 серебро +960,8 золото +1064 медь +1083,4 кремний +1415 железо +1539 титан +1668 платина +1772 цирконий +1852 корунд +2050 рутений +2334 молибден +2622 карбид кремния +2730 карбид вольфрама +2870 осмий +3054 оксид тория +3350 вольфрам +3414 углерод (сублимация) +3547 карбид гафния +3890 карбид тантала-гафния +3990 карбонитрид гафния +4200
Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана) Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году . Идея заключалась в наблюдении того, что средняя амплитуда тепловых колебаний увеличивается с увеличением температуры. Плавление начинается тогда, когда амплитуда колебаний становится достаточно большой для того, чтобы соседние атомы начали частично занимать одно и то же пространство.
Критерий Линдемана утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.
Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана:
где — средний радиус элементарной ячейки, — температура Дебая, а параметр для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.
Температура плавления — расчёт
Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности.
Расчёт температуры плавления металлов В 1999 году профессором Владимирского государственного университета И. В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления:
где — температура плавления, — скрытая теплота плавления, — универсальная газовая постоянная.
Впервые получено исключительно компактное выражение для расчёта температуры плавления металлов, связывающее эту температуру с известными физическими константами: скрытой теплотой плавления, числом Авогадро и константой Больцмана.
Формула выведена как одно из следствий новой теории плавления и кристаллизации, опубликованной в 2000 году. Точность расчетов по формуле Гаврилина можно оценить по данным таблицы.
+Температура плавления некоторых металловМеталлСкрытая теплота плавления , ккал*моль−1Температура плавления , Kрасчётнаяэкспериментальная Алюминий Al 2,58 876933 Ванадий V 5,51 18572180 Марганец Mn 3,50 11791517 Железо Fe 4,40 14281811 Никель Ni 4,18 14061728 Медь Cu 3,12 10511357 Цинк Zn 1.73 583692 Олово Sn 1,72 529505 Молибден Mo 8.74 29452890
По этим данным, точность расчетов меняется от 2 до 30 %, что в расчетах такого рода вполне приемлемо.
См. также Температура застывания
Примечания
Литература
Категория:Температура