Smältpunkt (sammanfaller vanligtvis med kristallisationstemperaturen ) - temperaturen hos en fast kristallin kropp (ämne) vid vilken den gör en övergång till ett flytande tillstånd. Vid smältpunkten kan ett ämne vara i både flytande och fast tillstånd. Vid tillsats av ytterligare värme kommer ämnet att övergå i flytande tillstånd, och temperaturen ändras inte förrän allt ämne i det aktuella systemet har smält. När man tar bort överskottsvärme (kylning) kommer ämnet att gå in i ett fast tillstånd (härda), och tills det stelnar helt kommer dess temperatur inte att förändras.
Smält-/stelningspunkten och kok-/kondenseringspunkten anses vara viktiga fysikaliska egenskaper hos ett ämne. Stelningstemperaturen sammanfaller med smältpunkten endast för ett rent ämne. Speciella termometerkalibratorer för höga temperaturer är baserade på denna egenskap . Eftersom stelningstemperaturen för ett rent ämne, såsom tenn, är stabil räcker det med att smälta och vänta tills smältan börjar kristallisera. Vid denna tidpunkt, under villkoret av god värmeisolering, ändras inte temperaturen på det stelnande götet och sammanfaller exakt med referenstemperaturen som anges i referensböckerna.
Blandningar av ämnen har ingen smält-/stelningstemperatur alls och gör en övergång i ett visst temperaturområde (temperaturen för utseendet av vätskefasen kallas soliduspunkten , temperaturen för fullständig smältning är likviduspunkten ). Eftersom det är omöjligt att noggrant mäta smältpunkten för sådana ämnen, används speciella metoder ( GOST 20287 och ASTM D 97). Men vissa blandningar ( eutektisk sammansättning) har en viss smältpunkt, som rena ämnen.
Amorfa (icke-kristallina) ämnen har som regel ingen tydlig smältpunkt. Med ökande temperatur minskar viskositeten hos sådana ämnen, och materialet blir mer flytande.
Eftersom kroppens volym förändras obetydligt under smältningen har trycket liten effekt på smältpunkten. Beroendet av fasövergångstemperaturen (inklusive smältning och kokning) på trycket för ett enkomponentsystem ges av Clausius-Clapeyron-ekvationen . Smältpunkten vid normalt atmosfärstryck (101 325 Pa , eller 760 mm kvicksilver ) kallas smältpunkten .
ämne | smältpunkt ( ° C ) |
---|---|
helium (vid 2,5 MPa) | −272,2 |
väte | −259,2 |
syre | −219 |
kväve | −210,0 |
metan | −182,5 |
alkohol | −114,5 |
klor | −101 |
ammoniak | −77,7 |
kvicksilver [2] | −38,83 |
vattenis [3] | 0 |
bensen | +5,53 |
cesium | +28,64 |
gallium | +29,8 |
sackaros | +185 |
sackarin | +225 |
tenn | +231,93 |
leda | +327,5 |
aluminium | +660,1 |
silver- | +960,8 |
guld- | +1063 |
koppar | +1083,4 |
kisel | +1415 |
järn | +1539 |
titan | +1668 |
platina | +1772 |
zirkonium | +1852 |
korund | +2050 |
rutenium | +2334 |
molybden | +2622 |
kiselkarbid | +2730 |
Wolfram-karbid | +2870 |
osmium | +3054 |
toriumoxid | +3350 |
volfram [2] | +3414 |
kol ( sublimering ) | +3547 |
hafniumkarbid | +3890 |
tantal-hafniumkarbid [4] | +3990 |
hafniumkarbonitrid [5] | +4200 |
Ett försök att förutsäga smältpunkten för kristallina material gjordes 1910 av Frederick Lindemann6Tanken var att observera att medelamplituden för termiska fluktuationer ökar med ökande temperatur. Smältningen börjar när vibrationsamplituden blir tillräckligt stor för att angränsande atomer delvis ska uppta samma utrymme.
Lindemannkriteriet anger att smältning förväntas när rms-värdet för oscillationsamplituden överstiger ett tröskelvärde.
Smälttemperaturen för kristaller beskrivs ganska väl av Lindemanns formel [7] :
där är den genomsnittliga enhetscellradien, är Debye-temperaturen och parametern för de flesta material varierar i intervallet 0,15-0,3.
Smältpunkt - beräkning
Lindemanns formel fungerade som en teoretisk motivering för smältning i nästan hundra år, men utvecklades inte på grund av låg noggrannhet.
1999 fick professor vid Vladimir State University I. V. Gavrilin ett nytt uttryck för att beräkna smälttemperaturen:
där är smältpunkten, är det latenta smältvärmet, är Avogadro-talet, är Boltzmann-konstanten.
För första gången har ett exceptionellt kompakt uttryck erhållits för att beräkna smältpunkten för metaller, relatera denna temperatur till kända fysikaliska konstanter: latent smältvärme , Avogadros tal och Boltzmanns konstant .
Formeln härleddes som en av konsekvenserna av den nya teorin om smältning och kristallisation, publicerad 2000 [8] . Noggrannheten i beräkningar med Gavrilin-formeln kan uppskattas från data i tabellen.
Metall | Latent smältvärme , kcal*mol −1 | Smältpunkt , K | |
---|---|---|---|
beräknad | experimentell | ||
Aluminium | 2,58 | 876 | 933 |
Vanadin | 5,51 | 1857 | 2180 |
Mangan | 3,50 | 1179 | 1517 |
Järn | 4,40 | 1428 | 1811 |
Nickel | 4.18 | 1406 | 1728 |
Koppar | 3.12 | 1051 | 1357 |
Zink | 1,73 | 583 | 692 |
Tenn | 1,72 | 529 | 505 |
Molybden | 8,74 | 2945 | 2890 |
Enligt dessa data varierar beräkningsnoggrannheten från 2 till 30 %, vilket är helt acceptabelt i beräkningar av detta slag.
Ordböcker och uppslagsverk |
---|
Materias termodynamiska tillstånd | |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fas tillstånd |
| ||||||||||||||||
Fasövergångar |
| ||||||||||||||||
Dispergera system | |||||||||||||||||
se även |