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) и теплота, к-рая необходима для осуществления
процесса П. (теплота плавления Q).

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
Тразмягчаясь 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 ТПримеси, присутствующие в кристаллич. веществах, снижают их ТЭтим пользуются на практике для получения сплавов с низкой Тнапр., Вуда сплав с Т = 68 ^оС) и
охлаждающих
смесей.

П. начинается при достижении кристаллич.
веществом Тостаётся постоянной и равной Т, несмотря на сообщение
веществу теплоты (рис. 2). Нагреть кристалл до Т > Тобычных условиях не удаётся (см. Перегрев), тогда как при кристаллизации
сравнительно легко достигается значительное переохлаждение
расплава.

Характер зависимости Тдавления p определяется направлением объёмных изменений (дельта
ТКлапейрона - 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(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 Тсоздаётся 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
ТЭтим объясняются меньшие значения теплот плавления Qс 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
ТоС) щелочных металлов с увеличением давления
p (кбар). Кривая плавления Cs указывает на существование у него при высоких
давлениях двух полиморфных превращений (а и в).

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я