گرمای ویژه تبلور سرب. موضوع: ذوب و تبلور

در این درس مفهوم "گرمای خاص همجوشی" را مطالعه خواهیم کرد. این مقدار مقدار گرمایی را مشخص می کند که باید به 1 کیلوگرم ماده در نقطه ذوب آن وارد شود تا حالت جامدتبدیل به مایع (یا برعکس).

ما فرمول را برای یافتن مقدار گرمایی که برای ذوب شدن (یا در طی تبلور آزاد می شود) یک ماده لازم است، مطالعه خواهیم کرد.

موضوع: حالات مجموع ماده

درس: گرمای ویژه ذوب

این درس به ویژگی اصلی ذوب (کریستالیزاسیون) یک ماده - گرمای خاص همجوشی اختصاص دارد.

در آخرین درس به این سؤال پرداختیم: انرژی داخلی بدن در طول ذوب چگونه تغییر می کند؟

ما متوجه شدیم که وقتی گرما اضافه می شود، انرژی داخلی بدن افزایش می یابد. در عین حال، می دانیم که انرژی درونی یک جسم را می توان با مفهومی مانند دما مشخص کرد. همانطور که می دانیم، دما در طول ذوب تغییر نمی کند. بنابراین، ممکن است این ظن ایجاد شود که ما با یک پارادوکس روبرو هستیم: انرژی داخلی افزایش می یابد، اما دما تغییر نمی کند.

توضیح این واقعیت بسیار ساده است: تمام انرژی صرف از بین بردن شبکه کریستالی می شود. روند معکوس مشابه است: در طول تبلور، مولکول های ماده با هم ترکیب می شوند سیستم یکپارچه، در حالی که انرژی اضافی توسط محیط خارجی خارج و جذب می شود.

در نتیجه آزمایش‌های مختلف، این امکان وجود داشت که ثابت شود یک ماده برای تبدیل آن از حالت جامد به مایع به مقادیر متفاوتی گرما نیاز دارد.

سپس تصمیم گرفته شد که این مقادیر گرما را با همان جرم ماده مقایسه کنیم. این منجر به ظهور ویژگی هایی مانند گرمای خاص همجوشی شد.

تعریف

گرمای خاص همجوشی- مقدار حرارتی که باید به 1 کیلوگرم ماده گرم شده تا نقطه ذوب داده شود تا از حالت جامد به مایع منتقل شود.

همین مقدار در هنگام تبلور 1 کیلوگرم ماده آزاد می شود.

با گرمای خاص همجوشی نشان داده می شود (حرف یونانی که به عنوان "لامبدا" یا "لامبدا" خوانده می شود).

واحدها: . که در در این مورددما در ابعاد وجود ندارد، زیرا در طول ذوب (بلور شدن) دما تغییر نمی کند.

برای محاسبه مقدار حرارت مورد نیاز برای ذوب یک ماده، از فرمول استفاده می شود:

مقدار گرما (J)؛

گرمای ویژه همجوشی (، که در جدول جستجو شده است.

جرم ماده.

هنگامی که یک بدن متبلور می شود، با علامت "-" نوشته می شود، زیرا گرما آزاد می شود.

یک مثال گرمای ویژه همجوشی یخ است:

. یا گرمای ویژه همجوشی آهن:

.

این واقعیت که گرمای ویژه همجوشی یخ بیشتر از گرمای ویژه همجوشی آهن است نباید تعجب آور باشد. مقدار گرمایی که یک ماده خاص برای ذوب شدن نیاز دارد به ویژگی های ماده، به ویژه به انرژی پیوند بین ذرات این ماده بستگی دارد.

در این درس به مفهوم گرمای ویژه همجوشی نگاه کردیم.

در درس بعدی یاد خواهیم گرفت که چگونه مسائل مربوط به گرم کردن و ذوب اجسام کریستالی را حل کنیم.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Physics 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Physics 8. - M.: آموزش و پرورش.

1. فیزیک، مکانیک، و غیره ().
2. فیزیک جالب ().
3. پورتال اینترنتی Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

مشق شب

ذوب عبارت است از انتقال جسم از حالت جامد کریستالی به حالت مایع. ذوب با جذب گرمای ویژه همجوشی رخ می دهد و انتقال فاز مرتبه اول است.

توانایی ذوب به خصوصیات فیزیکی یک ماده اشاره دارد

در فشار معمولیبالاترین نقطه ذوب در بین فلزات تنگستن (3422 درجه سانتیگراد)، مواد ساده به طور کلی - کربن (طبق منابع مختلف 3500 - 4500 درجه سانتیگراد) و در بین مواد دلخواه - کاربید هافنیوم HfC (3890 درجه سانتیگراد) است. می توانیم فرض کنیم که هلیم کمترین نقطه ذوب را دارد: در فشار معمولی در دماهای خودسرانه پایین مایع باقی می ماند.

بسیاری از مواد در فشار معمولی فاز مایع ندارند. هنگامی که گرم می شوند، بلافاصله با تصعید به حالت گاز تبدیل می شوند.

شکل 9 - ذوب یخ

کریستالیزاسیون فرآیند انتقال فاز یک ماده از حالت مایع به حالت کریستالی جامد با تشکیل کریستال است.

فاز بخشی همگن از یک سیستم ترمودینامیکی است که با عبور از آن از سایر بخش‌های سیستم (فازهای دیگر) توسط یک رابط جدا می‌شود. ترکیب شیمیایی، ساختار و خواص ماده به طور ناگهانی تغییر می کند.

شکل 10 - تبلور آب با تشکیل یخ

کریستالیزاسیون فرآیند جداسازی فاز جامد به شکل بلورها از محلول ها یا مذاب ها در صنایع شیمیایی است که از فرآیند تبلور برای به دست آوردن مواد به شکل خالص آنها استفاده می شود.

تبلور زمانی شروع می شود که به یک شرایط محدود کننده خاص رسیده باشد، به عنوان مثال، فوق خنک شدن مایع یا فوق اشباع بخار، زمانی که بسیاری از کریستال های کوچک - مراکز تبلور - تقریباً فورا ظاهر می شوند. کریستال ها با اتصال اتم ها یا مولکول های مایع یا بخار رشد می کنند. رشد سطوح کریستالی لایه به لایه رخ می دهد. وابستگی نرخ رشد به شرایط کریستالیزاسیون منجر به انواع اشکال رشد و ساختارهای کریستالی (چند وجهی، لایه ای، سوزنی شکل، اسکلتی، دندریتی و سایر اشکال، ساختارهای مدادی و غیره) می شود. در حین تبلور، ناگزیر نقص های مختلفی ایجاد می شود.

تعداد مراکز تبلور و سرعت رشد به طور قابل توجهی تحت تأثیر درجه فوق سرد شدن است.

درجه ابرسرد شدن سطح خنک شدن فلز مایع زیر دمای انتقال آن به اصلاح کریستالی (جامد) است. برای جبران انرژی گرمای نهان تبلور لازم است. کریستالیزاسیون اولیه تشکیل بلورها در فلزات (و آلیاژها) در طول انتقال از حالت مایع به جامد است.

گرمای ویژه همجوشی (همچنین: آنتالپی همجوشی؛ همچنین مفهومی معادل از گرمای ویژه تبلور وجود دارد) - مقدار گرمایی که باید به یک واحد جرم یک ماده کریستالی در یک فرآیند تعادلی ایزوباریک- همدما به ترتیب داده شود. برای انتقال آن از حالت جامد (کریستالی) به مایع (سپس همان مقدار گرما در طول تبلور یک ماده آزاد می شود).

مقدار حرارت در حین ذوب یا تبلور: Q=ml

تبخیر و جوشاندن. گرمای ویژه تبخیر

تبخیر فرآیند انتقال یک ماده از حالت مایع به حالت گازی (بخار) است. فرآیند تبخیر معکوس فرآیند تراکم است (انتقال از حالت بخار به حالت مایع. تبخیر (تبخیر)، انتقال یک ماده از فاز متراکم (جامد یا مایع) به گاز (بخار)؛ مرتبه اول. انتقال فاز

در فیزیک عالی مفهوم تبخیر توسعه یافته تری وجود دارد

تبخیر فرآیندی است که در آن ذرات (مولکول‌ها، اتم‌ها) از سطح مایع یا جامد به بیرون پرواز می‌کنند (شکسته می‌شوند) با Ek > Ep.

شکل 11 - تبخیر روی یک لیوان چای

گرمای ویژه تبخیر (تبخیر) (L) -- کمیت فیزیکی، نشان دهنده مقدار گرمایی است که باید به 1 کیلوگرم ماده ای که در نقطه جوش گرفته می شود تا از حالت مایع به گاز منتقل شود. گرمای ویژه تبخیر بر حسب J/kg اندازه گیری می شود.

جوشش فرآیند تبخیر در مایع (انتقال یک ماده از حالت مایع به گاز) با ظاهر شدن مرزهای جداسازی فاز است. نقطه جوش در فشار جومعمولاً به عنوان یکی از ویژگی های اصلی فیزیکوشیمیایی یک ماده شیمیایی خالص ارائه می شود.

جوشش یک انتقال مرحله مرتبه اول است. جوشش بسیار شدیدتر از تبخیر از سطح رخ می دهد، به دلیل تشکیل مراکز تبخیر، که هم با دمای جوش به دست آمده و هم وجود ناخالصی تعیین می شود.

فرآیند تشکیل حباب را می توان تحت تأثیر فشار قرار داد، امواج صوتی، یونیزاسیون به طور خاص، این محفظه حباب بر اساس اصل جوشاندن ریزحجم‌های مایع از یونیزاسیون در طول عبور ذرات باردار است.

شکل 12 - آب جوش

مقدار حرارت در هنگام جوشش، تبخیر مایع و متراکم شدن بخار: Q=mL

برای ذوب یک ماده جامد باید آن را گرم کرد. و هنگامی که هر بدنی گرم می شود، یک ویژگی جالب توجه می شود

ویژگی این است: دمای بدن تا نقطه ذوب بالا می رود و سپس متوقف می شود تا کل بدن به حالت مایع تبدیل شود. پس از ذوب، دما دوباره شروع به افزایش می کند، البته اگر حرارت دادن ادامه یابد. یعنی یک دوره ای هست که بدن را گرم می کنیم ولی گرم نمی شود. انرژی گرمایی که صرف می کنیم کجا می رود؟ برای پاسخ به این سوال باید به درون بدن نگاه کنیم.

در یک جامد، مولکول ها در یک نظم خاص به شکل کریستال ها قرار گرفته اند. آنها عملا حرکت نمی کنند، فقط کمی در جای خود نوسان می کنند. برای اینکه یک ماده به حالت مایع تبدیل شود، باید به مولکول ها انرژی اضافی داده شود تا بتوانند از جاذبه مولکول های همسایه در کریستال ها فرار کنند. با گرم کردن بدن، این انرژی لازم را به مولکول ها می دهیم. و تا زمانی که تمام مولکول ها انرژی کافی دریافت نکنند و تمام کریستال ها از بین نرود، دمای بدن افزایش نمی یابد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که مواد مختلف با یک جرم به مقادیر متفاوتی از گرما برای ذوب کامل آن نیاز دارند.

یعنی مقدار خاصی وجود دارد که به آن بستگی دارد برای ذوب شدن یک ماده چقدر حرارت باید جذب کند؟. و این مقدار برای مواد مختلف متفاوت است. این کمیت در فیزیک، گرمای مخصوص همجوشی یک ماده نامیده می شود. مجدداً در نتیجه آزمایش‌ها، مقادیر گرمای ویژه همجوشی برای مواد مختلف تعیین و در جداول خاصی جمع‌آوری شده است که می‌توان از آنها این اطلاعات را به دست آورد. گرمای ویژه همجوشی با حرف یونانی λ (لامبدا) نشان داده می شود و واحد اندازه گیری 1 J/kg است.

فرمول گرمای ویژه همجوشی

گرمای ویژه همجوشی با فرمول بدست می آید:

که در آن Q مقدار گرمای مورد نیاز برای ذوب جسمی به جرم m است.

باز هم، از آزمایش‌ها مشخص شده است که وقتی مواد جامد می‌شوند، همان مقدار گرمایی را آزاد می‌کنند که برای ذوب آنها لازم است. مولکول ها با از دست دادن انرژی، کریستال ها را تشکیل می دهند و قادر به مقاومت در برابر جاذبه مولکول های دیگر نیستند. و باز هم دمای بدن کاهش نمی یابد تا زمانی که کل بدن سفت شود و تا زمانی که تمام انرژی که برای ذوب شدن آن صرف شده آزاد نشود. یعنی گرمای خاص همجوشی هم نشان می دهد که برای ذوب شدن جسمی با جرم m چقدر انرژی باید صرف شود و هم وقتی جسم معینی جامد می شود چه مقدار انرژی آزاد می شود.

به عنوان مثال، گرمای ویژه همجوشی آب در حالت جامد، یعنی گرمای ویژه همجوشی یخ 3.4 * 105 J/kg است. این داده ها به شما امکان می دهد محاسبه کنید که چقدر انرژی برای ذوب یخ با هر جرمی لازم است. با دانستن ظرفیت گرمایی ویژه یخ و آب، می توانید دقیقاً محاسبه کنید که برای یک فرآیند خاص چقدر انرژی لازم است، به عنوان مثال، ذوب یخ با وزن 2 کیلوگرم و دمای - 30 درجه سانتیگراد و به جوش آوردن آب حاصل. چنین اطلاعاتی برای مواد مختلف در صنعت برای محاسبه هزینه های واقعی انرژی در تولید هر کالا بسیار ضروری است.

خلاصه

"ذوب بدن"

انجام:

پریسیاژنیوک اولگا 9-A

بررسی شد:

نوزورووا تاتیانا ایگورونا

معرفی

1) محاسبه مقدار گرما

2) ذوب شدن

3) گرمای ویژه همجوشی

4) ذوب فلزات

5) نقطه ذوب و جوش آب

6) ذوب می شود

7) حقایق جالب در مورد ذوب شدن

نتیجه گیری (نتیجه گیری)

فهرست ادبیات استفاده شده

معرفی

حالت تجمعی حالتی از ماده است که با ویژگی های کیفی خاصی مشخص می شود: توانایی یا عدم توانایی در حفظ حجم و شکل، وجود یا عدم وجود نظم دوربرد و کوتاه برد و موارد دیگر. تغییر در حالت تجمع می تواند با تغییر ناگهانی در انرژی آزاد، آنتروپی، چگالی و سایر خواص فیزیکی اساسی همراه باشد.

سه حالت اصلی تجمع وجود دارد: جامد، مایع و گاز. گاهی اوقات طبقه بندی پلاسما به عنوان حالت تجمع کاملاً صحیح نیست. حالت های تجمع دیگری نیز وجود دارد، به عنوان مثال، کریستال های مایع یا میعانات بوز-انیشتین.

تغییرات در حالت تجمع فرآیندهای ترمودینامیکی به نام انتقال فاز هستند. انواع زیر متمایز می شوند: از جامد به مایع - ذوب. از مایع به گاز - تبخیر و جوش. از جامد به گاز - تصعید؛ از گاز به مایع یا جامد - تراکم. ویژگی متمایزعدم وجود یک مرز تیز برای انتقال به حالت پلاسما است.

برای توضیحات شرایط مختلفدر فیزیک از مفهوم گسترده تر فاز ترمودینامیکی استفاده می شود. پدیده هایی که انتقال از یک فاز به فاز دیگر را توصیف می کنند، پدیده های بحرانی نامیده می شوند.

جامد: وضعیتی که با توانایی حفظ حجم و شکل مشخص می شود. اتم های یک جامد فقط در اطراف حالت تعادل دچار ارتعاشات کوچکی می شوند. سفارش دوربرد و کوتاه برد وجود دارد.

مایع: حالتی از ماده که در آن تراکم پذیری کمی دارد، یعنی حجم آن را به خوبی حفظ می کند، اما نمی تواند شکل خود را حفظ کند. مایع به راحتی شکل ظرفی که در آن قرار می گیرد به خود می گیرد. اتم‌ها یا مولکول‌های یک مایع در نزدیکی حالت تعادل، که توسط اتم‌های دیگر قفل شده‌اند، ارتعاش می‌کنند و اغلب به مکان‌های آزاد دیگری می‌پرند. فقط سفارش کوتاه برد موجود است.

گاز: وضعیتی که با قابلیت تراکم پذیری خوب، فاقد توانایی حفظ حجم و شکل مشخص می شود. گاز تمایل دارد کل حجم ارائه شده به آن را اشغال کند. اتم ها یا مولکول های یک گاز نسبتا آزادانه رفتار می کنند، فاصله بین آنها بسیار بزرگتر از اندازه آنها است.

حالت‌های دیگر: وقتی عمیقاً سرد می‌شوند، برخی (نه همه) مواد به حالت ابررسانا یا ابرسیال تبدیل می‌شوند. این حالات البته فازهای ترمودینامیکی مجزا هستند، اما به دلیل جهانی نبودن به سختی می توان آنها را حالت های جدید ماده نامید. مواد ناهمگن مانند خمیرها، ژل‌ها، سوسپانسیون‌ها، ذرات معلق در هوا و غیره که تحت شرایط خاص خاصیت جامدات و مایعات و حتی گازها را نشان می‌دهند، معمولاً به عنوان مواد پراکنده طبقه‌بندی می‌شوند و نه به هیچ حالت تجمعی خاصی از ماده.

ذوب شدن

برنج. 1. حالت یک ماده خالص (نمودار)

برنج. 2. نقطه ذوب جسم کریستالی

برنج. 3. نقطه ذوب فلزات قلیایی

ذوب انتقال یک ماده از حالت کریستالی (جامد) به مایع است. با جذب گرما (انتقال فاز مرتبه اول) رخ می دهد. مشخصه های اصلی همجوشی مواد خالص نقطه ذوب (Tm) و گرمایی است که برای انجام فرآیند همجوشی (heat of fusion Qm) لازم است.

دمای P. به فشار خارجی p بستگی دارد. در نمودار حالت یک ماده خالص، این وابستگی با یک منحنی ذوب نشان داده می شود (منحنی همزیستی فازهای جامد و مایع، AD یا AD" در شکل 1). ذوب آلیاژها و محلول های جامد، به طور معمول، در محدوده دما (به استثنای یوتکتیک با Tm ثابت است) وابستگی دمای شروع و پایان تبدیل یک آلیاژ به ترکیب آن در فشار معین بر روی نمودارهای حالت با خطوط ویژه (منحنی مایع و جامد، شکل سیستم های دوگانه). برای تعدادی از ترکیبات مولکولی بالا (به عنوان مثال، موادی که قادر به تشکیل کریستال های مایع هستند)، انتقال از یک حالت کریستالی جامد به یک مایع همسانگرد در مراحل (در یک محدوده دمایی خاص) اتفاق می افتد، هر مرحله مشخص کننده مرحله خاصی از تخریب است. از ساختار کریستالی

وجود دمای معین P. - علامت مهمساختار کریستالی صحیح جامدات با این ویژگی به راحتی می توان آنها را از جامدات آمورف که نقطه ذوب ثابتی ندارند تشخیص داد. جامدات آمورف به تدریج به حالت مایع تبدیل می شوند و با افزایش دما نرم می شوند (به حالت آمورف مراجعه کنید). تنگستن بالاترین دما را در بین فلزات خالص (3410 درجه سانتیگراد) و جیوه کمترین (38.9- درجه سانتیگراد) را دارد. ترکیبات مخصوصاً نسوز عبارتند از: قلع (3200 درجه سانتیگراد)، HfN (3580 درجه سانتیگراد)، ZrC (3805 درجه سانتیگراد)، TaC (4070 درجه سانتیگراد)، HfC (4160 درجه سانتیگراد) و غیره. به عنوان یک قاعده، برای موادی با بالا Tmelt با مقادیر بالاتر Qmelt مشخص می شود. ناخالصی های موجود در مواد کریستالی نقطه ذوب آنها را کاهش می دهد. این در عمل برای تولید آلیاژهایی با نقطه ذوب پایین (به عنوان مثال، آلیاژ چوب با نقطه ذوب = 68 درجه سانتیگراد را ببینید) و مخلوط های خنک کننده استفاده می شود.

P. زمانی شروع می شود که ماده کریستالی به Tm می رسد. از ابتدای فرآیند تا اتمام آن، دمای ماده با وجود انتقال حرارت به ماده ثابت و برابر با Tmelt باقی می ماند (شکل 2). کریستال را روی T > Tmel in گرم کنید شرایط عادیاز کار می افتد (به گرمای بیش از حد مراجعه کنید)، در حالی که در طی کریستالیزاسیون، فوق سرد شدن قابل توجهی از مذاب نسبتاً آسان حاصل می شود.

ماهیت وابستگی Tmel به فشار p توسط جهت تغییرات حجمی (DVmel) در P تعیین می شود (معادله Clapeyron-Clausius را ببینید). در بیشتر موارد، انتشار مواد با افزایش حجم آنها (معمولاً چند درصد) همراه است. اگر این اتفاق بیفتد، افزایش فشار منجر به افزایش Tmelt می شود (شکل 3). با این حال، برخی از مواد (آب، تعدادی از فلزات و متالیدها، به شکل 1 مراجعه کنید) در طول P دچار کاهش حجم می شوند. دمای P. این مواد با افزایش فشار کاهش می یابد.

P. با تغییر در خواص فیزیکی ماده همراه است: افزایش آنتروپی، که نشان دهنده بی نظمی در ساختار کریستالی ماده است. افزایش ظرفیت حرارتی، مقاومت الکتریکی[به استثنای برخی از نیمه فلزات (Bi، Sb) و نیمه رساناها (Ge) که در حالت مایع رسانایی الکتریکی بالاتری دارند]. مقاومت برشی در طول P. تقریباً به صفر می رسد (مقاومت برشی عرضی نمی تواند در مذاب منتشر شود امواج الاستیک، رجوع کنید به مایع)، سرعت انتشار صوت (امواج طولی) و غیره کاهش می یابد.

با توجه به مفاهیم جنبشی مولکولی، P. به شرح زیر انجام می شود. هنگامی که گرما به یک جسم کریستالی عرضه می شود، انرژی ارتعاشی (دامنه نوسان) اتم های آن افزایش می یابد، که منجر به افزایش دمای بدن می شود و به شکل گیری کمک می کند. انواع مختلفنقص (گره های پر نشده شبکه کریستالی - جای خالی؛ نقض تناوب شبکه توسط اتم های تعبیه شده بین گره های آن و غیره، به نقص در کریستال ها مراجعه کنید). در بلورهای مولکولی، در صورتی که مولکول ها شکل کروی نداشته باشند، اختلال جزئی در جهت گیری متقابل محورهای مولکولی ممکن است رخ دهد. افزایش تدریجی تعداد عیوب و ارتباط آنها مشخصه مرحله پیش ذوب است. وقتی به Tm رسید، غلظت بحرانی نقص در کریستال ایجاد می‌شود و فلج شروع می‌شود - شبکه کریستالی به مناطق زیر میکروسکوپی به راحتی متحرک متلاشی می‌شود. گرمای ارائه شده در طول P. نه برای گرم کردن بدن، بلکه برای شکستن پیوندهای بین اتمی و از بین بردن نظم دوربرد در کریستال ها استفاده می شود (به ترتیب دوربرد و ترتیب کوتاه برد مراجعه کنید). در خود مناطق زیر میکروسکوپی، ترتیب کوتاه برد در آرایش اتم ها در طول تبدیل به طور قابل توجهی تغییر نمی کند (عدد هماهنگی مذاب در Tm در بیشتر موارد مانند کریستال باقی می ماند). این مقدار کمتر گرمای همجوشی Qpl را در مقایسه با گرمای تبخیر و تغییر نسبتاً کمی در تعدادی از خواص فیزیکی مواد در طول تبخیر آنها توضیح می دهد.

Process P. پخش می کند نقش مهمدر طبیعت (تولید برف و یخ در سطح زمین، تولید مواد معدنی در اعماق آن و غیره) و در فناوری (تولید فلزات و آلیاژها، ریخته گری در قالب و غیره).

گرمای خاص همجوشی

گرمای ویژه همجوشی (همچنین: آنتالپی همجوشی؛ همچنین یک مفهوم معادل گرمای ویژه تبلور وجود دارد) - مقدار گرمایی که باید به یک واحد جرم یک ماده کریستالی در یک فرآیند تعادلی ایزوباریک- همدما داده شود تا انتقال آن از حالت جامد (کریستالی) به مایع (همان مقدار گرمای آزاد شده در طی تبلور یک ماده). گرمای همجوشی - مورد خاصحرارت انتقال فاز مرتبه اول بین گرمای ویژه همجوشی (J/kg) و گرمای مولی (J/mol) تمایز گذاشته می‌شود.

گرمای ویژه همجوشی با یک حرف (حرف یونانی لامبدا) نشان داده می شود.

جایی که گرمای ویژه همجوشی است، مقدار گرمایی است که ماده در حین ذوب دریافت می کند (یا در هنگام تبلور آزاد می شود)، جرم ماده ذوب (بلورکننده) است.

ذوب فلزات

هنگام ذوب فلزات، قوانین شناخته شده باید رعایت شود. فرض کنیم قرار است سرب و روی را بو کنند. سرب به سرعت ذوب می شود و نقطه ذوب 327 درجه دارد. روی برای مدت طولانی جامد باقی می ماند، زیرا نقطه ذوب آن بالای 419 درجه است. چه اتفاقی می افتد که با چنین گرمای بیش از حد منجر شود؟ شروع به پوشاندن با یک فیلم رنگین کمان می کند و سپس سطح آن زیر لایه ای از پودر غیر ذوب پنهان می شود. سرب در اثر گرمای بیش از حد سوخت و اکسید شد و با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شد. همانطور که مشخص است، این فرآیند در دماهای معمولی اتفاق می افتد، اما وقتی گرم می شود بسیار سریعتر می رود. بنابراین، زمانی که روی شروع به ذوب شدن کند، سرب فلزی بسیار کمی باقی خواهد ماند. آلیاژ از ترکیبی کاملاً متفاوت با آنچه انتظار می رفت خواهد بود و مقدار زیادی سرب به شکل زباله از بین می رود. واضح است که روی نسوزتر ابتدا باید ذوب شود و سپس سرب به آن اضافه شود. همین اتفاق می افتد اگر روی را با مس یا برنج آلیاژ کنید و ابتدا روی را گرم کنید. تا زمانی که مس ذوب شود، روی می سوزد. این بدان معنی است که فلزی که نقطه ذوب بالاتری دارد همیشه باید ابتدا ذوب شود.

اما این به تنهایی نمی تواند از مسمومیت جلوگیری کند. اگر آلیاژی که به درستی گرم شده است برای مدت طولانی در آتش نگه داشته شود، در اثر بخار، دوباره یک لایه روی سطح فلز مایع تشکیل می شود. واضح است که فلز قابل ذوب تر دوباره به اکسید تبدیل می شود و ترکیب آلیاژ تغییر می کند. این بدان معنی است که فلز نمی تواند برای مدت طولانی بی جهت بیش از حد گرم شود. بنابراین، آنها به هر طریق ممکن سعی می کنند با قرار دادن فلز در یک توده فشرده، ضایعات آن را کاهش دهند. قطعات کوچک، خاک اره، براده ها ابتدا "بسته بندی" می شوند، قطعات کم و بیش یکسان ذوب می شوند، در دمای کافی گرم می شوند و سطح فلز از تماس با هوا محافظت می شود. برای این منظور، استاد می تواند بوراکس را بگیرد یا به سادگی سطح فلز را با یک لایه خاکستر بپوشاند، که همیشه در بالا شناور می شود (به لطف کوچکتر بودن آن) وزن مخصوص) و هنگام ریختن فلز آسیبی نمی بیند. هنگامی که فلز جامد می شود، پدیده دیگری رخ می دهد که احتمالاً برای صنعتگران جوان نیز آشناست. با سخت شدن فلز، حجم آن کاهش می یابد و این کاهش به دلیل ذرات داخلی و هنوز جامد نشده فلز رخ می دهد. یک فرورفتگی کم و بیش قابل توجه به شکل قیف، به اصطلاح حفره انقباضی، روی سطح ریخته گری یا داخل آن تشکیل می شود. معمولاً قالب به گونه ای ساخته می شود که حفره های انقباض در آن مکان های ریخته گری که متعاقباً برداشته می شوند تشکیل می شود و سعی می شود تا حد امکان از خود محصول محافظت شود. واضح است که حفره های انقباض، ریخته گری را خراب می کنند و گاهی اوقات می توانند آن را غیرقابل استفاده کنند. پس از ذوب، فلز کمی بیش از حد گرم می شود تا نازکتر و داغتر شود و بنابراین بهتر است جزئیات قالب را پر کند و در اثر تماس با قالب سردتر زودتر یخ نزند.

از آنجایی که نقطه ذوب آلیاژها معمولاً کمتر از نقطه ذوب نسوزترین فلزاتی است که آلیاژ را تشکیل می دهند، گاهی اوقات انجام برعکس آن سودمند است: ابتدا فلزی که راحتتر ذوب می شود و سپس فلزی که نسوزتر است را ذوب کنید. اما این فقط برای فلزاتی که زیاد اکسید نمی شوند و یا این فلزات از اکسیداسیون بیش از حد محافظت می شوند مجاز است. شما باید بیشتر از مقدار مورد نیاز خود فلز بگیرید تا نه تنها قالب، بلکه کانال اسپرو را نیز پر کند. واضح است که ابتدا باید مقدار فلز مورد نیاز را محاسبه کنید.

نقطه ذوب و جوش آب

شگفت‌انگیزترین و مفیدترین خاصیت آب برای طبیعت زنده، قابلیت مایع بودن آن در شرایط «عادی» است. مولکول‌های ترکیبات بسیار شبیه به آب (مثلاً مولکول‌های H2S یا H2Se) بسیار سنگین‌تر هستند، اما در شرایط یکسان یک گاز تشکیل می‌دهند. بنابراین، به نظر می رسد که آب با قوانین جدول تناوبی، که، همانطور که مشخص است، پیش بینی می کند که چه زمانی، کجا و چه خواصی از مواد نزدیک خواهد بود، در تضاد است. در مورد ما، از جدول بر می آید که خواص ترکیبات هیدروژنی عناصر (به نام هیدرید) واقع در همان ستون های عمودی باید با افزایش جرم اتم ها به طور یکنواخت تغییر کند. اکسیژن عنصری از گروه ششم این جدول است. در همین گروه گوگرد S (با وزن اتمی 32)، سلنیوم Se (با وزن اتمی 79)، تلوریم Te (با وزن اتمی 128) و پولونیوم پو (با وزن اتمی 209) قرار دارند. در نتیجه، خواص هیدریدهای این عناصر باید هنگام حرکت از عناصر سنگین به عناصر سبک تر، به طور یکنواخت تغییر کند. در دنباله H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. اتفاقی که می افتد، اما فقط با چهار هیدرید اول. به عنوان مثال، با افزایش وزن اتمی عناصر، نقطه جوش و ذوب افزایش می یابد. در شکل ضربدرها نقطه جوش این هیدریدها و دایره ها نقاط ذوب را نشان می دهند.

همانطور که مشاهده می شود، با کاهش وزن اتمی، دماها به طور کامل خطی کاهش می یابد. منطقه وجود فاز مایع هیدریدها به طور فزاینده ای "سرد" می شود و اگر هیدرید اکسیژن H2O یک ترکیب معمولی، مشابه همسایگان خود در گروه ششم بود، آب مایع در محدوده -80 درجه سانتیگراد تا -95 درجه سانتیگراد. در بیشتر دمای بالا H2O همیشه یک گاز خواهد بود. خوشبختانه برای ما و تمام زندگی روی زمین، آب غیرعادی است و الگوهای دوره ای را نمی شناسد، اما از قوانین خود پیروی می کند.

این کاملاً ساده توضیح داده شده است - بیشتر مولکول های آب با پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می شوند. این پیوندها هستند که آب را از هیدریدهای مایع H2S، H2Se و H2Te متمایز می کنند. اگر آنها آنجا نبودند، آب در دمای منفی 95 درجه سانتیگراد می جوشید. انرژی پیوندهای هیدروژنی بسیار زیاد است و تنها در دمای بسیار بالاتر می توان آنها را شکست. حتی در حالت گازی، تعداد زیادی از مولکول‌های H2O پیوندهای هیدروژنی خود را حفظ می‌کنند و ترکیب شده و دیمرهای (H2O)2 را تشکیل می‌دهند. پیوندهای هیدروژنی فقط در دمای بخار آب 600 درجه سانتیگراد به طور کامل ناپدید می شوند.

به یاد داشته باشید که جوشش زمانی است که حباب های بخار در داخل یک مایع در حال جوش ایجاد می شود. در فشار معمولی آب خالصدر دمای 100 سانتی‌گراد می‌جوشد. اگر گرما از طریق سطح آزاد تامین شود، فرآیند تبخیر سطحی تسریع می‌شود، اما تبخیر حجمی مشخصه جوش رخ نمی‌دهد. جوشش را می‌توان با کاهش فشار خارجی نیز به دست آورد، زیرا در این مورد فشار بخار برابر با فشار خارجی است، در دمای پایین تر در بالا به دست می آید. کوه بلندفشار و بر این اساس، نقطه جوش به حدی کاهش می یابد که آب برای پختن غذا نامناسب می شود - دمای آب مورد نیاز به دست نمی آید. وقتی به اندازه کافی فشار خون بالاآب را می توان به اندازه ای گرم کرد که سرب ذوب شود (327 درجه سانتیگراد) و باز هم نجوشد.

علاوه بر دماهای جوش بسیار بالا ذوب (و فرآیند دوم نیاز به گرمای همجوشی دارد که برای چنین مایع ساده ای بسیار زیاد است)، دامنه وجود آب غیرعادی است - صد درجه ای که این دماها با هم متفاوت هستند. محدوده نسبتاً بزرگ برای چنین مایعی با وزن مولکولی کم مانند آب. حدود مقادیر مجاز هیپوترمی و گرمای بیش از حد آب به طور غیرعادی بزرگ است - با گرم کردن یا خنک کردن دقیق، آب از -40 درجه سانتیگراد تا +200 درجه سانتیگراد مایع باقی می ماند. این محدوده دمایی را که در آن آب می تواند مایع باقی بماند تا 240 درجه سانتی گراد افزایش می دهد.

هنگامی که یخ گرم می شود، ابتدا دمای آن افزایش می یابد، اما از لحظه ای که مخلوطی از آب و یخ تشکیل می شود، دما بدون تغییر باقی می ماند تا زمانی که تمام یخ ها ذوب شوند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که گرمای عرضه شده به یخ ذوب شده در درجه اول فقط برای تخریب کریستال ها صرف می شود. دمای ذوب یخ بدون تغییر باقی می ماند تا زمانی که تمام کریستال ها از بین بروند (به گرمای نهان همجوشی مراجعه کنید).

ذوب می شود

مذاب ها حالت مذاب مایعی از مواد در دماهایی در حدود معینی هستند که از نقطه ذوب بحرانی فاصله دارند و نزدیک به نقطه ذوب قرار دارند. ماهیت مذاب ها ذاتاً با نوع پیوندهای شیمیایی عناصر موجود در ماده مذاب تعیین می شود.

مذاب یافت می شود کاربرد گستردهدر متالورژی، شیشه سازی و سایر زمینه های فناوری. به طور معمول، مذاب ها ترکیب پیچیده ای دارند و حاوی اجزای متقابل مختلفی هستند (نمودار فاز را ببینید).

ذوب شده وجود دارد

1. فلز (فلزات (نام از متالوم لاتین - معدن، معدن آمده است) - گروهی از عناصر با ویژگی خواص فلزیمانند هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، ضریب مقاومت دمایی مثبت، شکل پذیری بالا و درخشش فلزی).

2. یونی (یون (یونان باستان ἰόν - رفتن) - یک ذره باردار الکتریکی تک اتمی یا چند اتمی که در نتیجه از دست دادن یا به دست آوردن یک یا چند الکترون توسط یک اتم یا مولکول تشکیل شده است. یونیزاسیون (فرایند تشکیل یون ها) می تواند در دماهای بالا، تحت تأثیر رخ می دهد میدان الکتریکی);

3. نیمه هادی ها با پیوندهای کووالانسی بین اتم ها (نیمه رساناها موادی هستند که در رسانایی خاص خود جایگاه متوسطی را بین رساناها و دی الکتریک ها اشغال می کنند و از نظر وابستگی شدید رسانایی ویژه به غلظت ناخالصی ها، دما و رساناها با هادی ها تفاوت دارند. انواع مختلفتابش - تشعشع. ویژگی اصلی این مواد افزایش رسانایی الکتریکی با افزایش دما است.

4. ذوب های آلی با پیوندهای واندروالس.

5. پلیمر بالا (Polymers (یونانی بسیار- - بسیاری؛ قسمت - قسمت) - مواد معدنی و آلی، آمورف و کریستالی که با تکرار مکرر به دست می آیند. گروه های مختلفاتم هایی به نام "واحدهای مونومر" که توسط پیوندهای شیمیایی یا هماهنگی به ماکرومولکول های طولانی متصل می شوند)

بر حسب نوع ذوب می شود ترکیبات شیمیاییوجود دارد:

1. نمک;

2. اکسید;

3. اکسید سیلیکات (سرباره) و غیره

ذوب با خواص ویژه:

1. یوتکتیک

حقایق جالب در مورد ذوب شدن

دانه های یخ و ستاره ها.

یک قطعه بیاورید یخ خالصوارد یک اتاق گرم شوید و آب شدن آن را تماشا کنید. خیلی سریع مشخص می شود که یخ، که یکپارچه و همگن به نظر می رسید، به دانه های کوچک زیادی - کریستال های منفرد - تجزیه می شود. آنها به طور آشفته در حجم یخ قرار دارند. زمانی که یخ از سطح آب می شود، تصویری به همان اندازه جالب دیده می شود.

یک تکه یخ صاف را روی لامپ بیاورید و صبر کنید تا شروع به ذوب شدن کند. با رسیدن ذوب به دانه های داخلی، الگوهای بسیار ظریفی ظاهر می شوند. با یک ذره بین قوی می توانید ببینید که شکل دانه های برف شش ضلعی دارند. در واقع، این فرورفتگی های ذوب شده پر از آب هستند. شکل و جهت پرتوهای آنها با جهت تک بلورهای یخ مطابقت دارد. این الگوها به افتخار فیزیکدان انگلیسی که در سال 1855 آنها را کشف و توصیف کرد، "ستارگان تیندل" نامیده می شوند. ستاره‌های تیندال، که شبیه دانه‌های برف هستند، در واقع فرورفتگی‌هایی روی سطح یخ ذوب شده به اندازه 1.5 میلی‌متر و پر از آب هستند. در مرکز آنها حباب های هوا قابل مشاهده است که به دلیل تفاوت در حجم یخ ذوب شده و آب ذوب شده به وجود آمده است.

آیا می دانستید؟

فلزی به نام آلیاژ چوب وجود دارد که به راحتی می توان آن را حتی در آب گرم (+68 درجه سانتیگراد) ذوب کرد. بنابراین، هنگام هم زدن شکر در لیوان، قاشق فلزی ساخته شده از این آلیاژ سریعتر از شکر آب می شود!

نسوزترین ماده، کاربید تانتالیوم TaC0-88، در دمای 3990 درجه سانتیگراد ذوب می شود.

در سال 1987، محققان آلمانی توانستند آب را تا دمای 700- درجه سانتیگراد فوق خنک کنند و آن را در حالت مایع نگه دارند.

گاهی برای اینکه برف های پیاده روها زودتر آب شوند، روی آن ها نمک می پاشند. ذوب یخ به این دلیل اتفاق می افتد که محلولی از نمک در آب تشکیل می شود که نقطه انجماد آن کمتر از دمای هوا است. راه حل به سادگی از پیاده رو جاری می شود.

جالب اینجاست که پاهای شما در پیاده‌روی مرطوب سردتر می‌شوند، زیرا دمای محلول نمک و آب کمتر از دمای برف خالص است.

اگر چای را از قوری در دو لیوان بریزید: با شکر و بدون شکر، چای داخل لیوان با شکر سردتر می شود، زیرا انرژی نیز برای حل کردن شکر (برای از بین بردن شبکه کریستالی آن) مصرف می شود.

در یخبندان های شدید، پیست اسکیت آبیاری می شود تا صافی یخ بازگردد. آب گرم.. آب گرمرقیق می شود لایه بالایییخ به این سرعت یخ نمی زند، زمان پخش شدن دارد و سطح یخ بسیار صاف می شود.

نتیجه گیری (نتیجه گیری)

ذوب عبارت است از انتقال یک ماده از حالت جامد به حالت مایع.

هنگامی که گرم می شود، دمای ماده افزایش می یابد و سرعت حرکت حرارتی ذرات افزایش می یابد، در حالی که انرژی داخلی بدن افزایش می یابد.

هنگامی که دمای یک جامد به نقطه ذوب خود می رسد، شبکه کریستالی جامد شروع به فروپاشی می کند. بنابراین، بخش اصلی انرژی بخاری که به جسم جامد هدایت می شود به کاهش پیوندهای بین ذرات ماده می رود، یعنی شبکه کریستالی را از بین می برد. در همان زمان، انرژی برهمکنش بین ذرات افزایش می یابد.

ماده مذاب ذخایر زیادی دارد انرژی درونینسبت به حالت جامد بخش باقی مانده از گرمای همجوشی صرف انجام کار برای تغییر حجم بدن در طول ذوب آن می شود.

هنگام ذوب، حجم اکثر اجسام کریستالی افزایش می یابد (3-6٪) و هنگام انجماد کاهش می یابد. اما موادی وجود دارند که حجم آنها هنگام ذوب کاهش می یابد و زمانی که جامد می شوند افزایش می یابد. از جمله این موارد می توان به آب و چدن، سیلیکون و برخی دیگر اشاره کرد. . به همین دلیل است که یخ روی سطح آب شناور است و چدن جامد در ذوب خود شناور است.

مواد جامد، آمورف (کهربا، رزین، شیشه) نامیده می شوند نقطه ذوب خاصی ندارند.

مقدار حرارت مورد نیاز برای ذوب یک ماده برابر است با حاصلضرب گرمای مخصوص همجوشی و جرم آن ماده.

گرمای ویژه همجوشی نشان می دهد که برای تبدیل کامل 1 کیلوگرم ماده از جامد به مایع، با سرعت ذوب، چه مقدار گرما لازم است.

واحد SI گرمای ویژه همجوشی 1J/kg است.

در طول فرآیند ذوب، دمای کریستال ثابت می ماند. به این دما نقطه ذوب می گویند. هر ماده نقطه ذوب خاص خود را دارد.

نقطه ذوب برای یک ماده معین به فشار اتمسفر بستگی دارد.

فهرست ادبیات استفاده شده

1) داده ها از دانشنامه آزاد الکترونیکی "Wikpedia"

http://ru.wikipedia.org/wiki/Main_page

2) وب سایت "فیزیک جالب برای کنجکاوها" http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm

3) وب سایت " مشخصات فیزیکیاب"

http://all-about-water.ru/boiling-temperature.php

4) وب سایت "فلزات و سازه ها"

http://metaloconstruction.ru/osnovy-plavleniya-metallov/