Количество просмотров публикации Плавление и кристаллизация - 832
Все сказанное о равновесии между жидкостью и газом справедливо и для системы твердое тело — газ. Каждой температуре соответствует определенное значение давления, при котором устанавливается подвижное равновесие между твердым телом и газом. Для многих тел, таких, к примеру, как твердые металлы, это давление при обычных температурах настолько мало, что не должна быть обнаружено самыми чувствительными приборами.
Переход кристаллического тела в жидкое состояние происходит при определенной для каждого вещества температуре и требует затраты некоторого количества тепла, называемого теплотой плавления.
В случае если веществу, первоначально находившемуся в кристаллическом состоянии, сообщать каждую секунду одно и то же количество тепла, то изменение температуры тела со временем будет таким, как показано на рис. 45. Вначале температура тела все время растет. По достижении температуры плавления Тпл(точка 1 на рис. 45), несмотря на то, что к телу по-прежнему продолжает подводиться тепло, температура его перестает изменяться. Одновременно начинается процесс плавления твердого тела, в ходе которого все новые и новые порции вещества превращаются в жидкость. После того как процесс плавления будет закончен и все вещество полностью перейдет в жидкое состояние (точка 2на рис. 45), температура снова начнет повышаться.
Рис. 45. Кривые плавления для кристаллического и аморфного тел
Кривая нагревания аморфного тела выглядит иначе (см. пунктирную кривую на рис. 45). При равномерном подводе тепла температура аморфного тела непрерывно растет. Для аморфных тел нет определенной температуры перехода в жидкое состояние. Этот переход совершается непрерывно, а не скачком. Можно лишь указать интервал температур, в пределах которого происходит размягчение тела. Это объясняется тем, что жидкости и аморфные тела отличаются лишь степенью подвижности молекул, — аморфные тела, как уже отмечалось, представляют из себясильно переохлажденные жидкости.
Температура плавления зависит от давления. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, переход из кристаллического в жидкое состояние происходит при вполне определенных условиях, характеризуемых значениями давления и температуры. Совокупности этих значений соответствует кривая на диаграмме (р,Т), которую принято называть кривой плавления. Кривая плавления идет очень круто. Для того, к примеру, чтобы изменить на 1° температуру таяния льда, крайне важно изменить давление на 132 ат.
Обратный плавлению процесс кристаллизации протекает следующим образом. При охлаждении жидкости до температуры, при которой твердая и жидкая фазы могут находиться в равновесии при данном давлении (т. е. до той же температуры, при которой происходило плавление), начинается одновременный рост кристалликов вокруг так называемых зародышей или центров кристаллизации. Разрастаясь все более, отдельные кристаллики в конце концов смыкаются друг с другом, образуя поликристаллическое твердое тело.
Центрами кристаллизации могут служить взвешенные в жидкости твердые частицы. Тщательно очищенную от таких частиц жидкость можно охладить ниже температуры кристаллизации без того, чтобы началось образование кристалликов. Состояние такой переохлажденной жидкости является метастабильным. Обычно достаточно попасть в такую жидкость пылинке, для того чтобы она распалась на жидкость и кристаллы, находящиеся при равновесной температуре. При этом в некоторых случаях при больших переохлаждениях подвижность молекул жидкости оказывается столь незначительной, что метастабильное состояние может сохраняться очень долго. Жидкость в таких случаях обладает весьма малой текучестью и представляет собой аморфное твердое тело.
Процесс кристаллизации сопровождается выделением такого же количества тепла, какое поглощается при плавлении.
referatwork.ru
Главная > 11 класс > Плиз!!! Нужен реферат на тему «Плавление и кристаллизация»
Плиз!!! Нужен реферат на тему «Плавление и кристаллизация»Плиз!!!! Нужен реферат на тему «Плавление и кристаллизация».В нете не могу найти!! ! Ни через поисковики, ни на сайтах. Помогите!!!!
Плавление и отвердевание кристаллических тел можно объяснить на основании атомно-молекулярной теории строения вещества.Мы знаем, что в кристаллах молекулы (или атомы) расположены в строгом порядке. Этим объясняется, что все кристаллы одного и того же вещества имеют определенную форму. Однако и в кристаллах молекулы или атомы находятся в движении. Но в отличие, например, от газов, где частицы движутся независимо друг от друга, в твердом теле каждая из частиц влияет на движение других.От скорости движения молекул, как мы знаем, зависит температура тела. При нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает, — следовательно, возрастает и их средняя кинетическая энергия. Вследствие этого размах колебаний молекул (или атомов) увеличивается, при этом силы, связывающие их, уменьшаются. Когда тело нагреется до температуры плавления, размах колебаний настолько увеличится, что нарушится порядок в расположении частиц в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму: вещество плавится, переходя из твердого состояния в жидкое.При отвердевании вещества все происходит в обратном порядке: средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшаются. Силы притяжения могут снова удержать медленно движущиеся молекулы друг около друга. Вследствие этого расположение частиц становится упорядоченным.Кристаллизация облегчается, если в жидкости с самого начала присутствуют какие-нибудь посторонние частицы, например пылинки. Они становятся центрами кристаллизации. В обычных условиях в жидкости имеется множество центров кристаллизации, около которых и происходит образование кристалликов.
Вот ещё ссылочка:http://shkola.lv/index.php?mode=lesson&lsnid=1254
Важнейшим вопросом учении о фазах является выяснение условий, прикоторых система, состоявшая из двух или несколько фаз, находится вравновесии. Последнее включает в себя механическое и тепловое равновесие.Для теплового равновесия необходимо, чтобы все фазы системы имели одну и туже температуру. Необходимым условием механического равновесия являетсяравенство давлений по разным сторонам границы соприкасающихся фаз. Втермодинамике фазой называется совокупность однородных, одинаковых по своимсвойствам частей системы.При определенных условиях разные фазы одного и того же вещества могутнаходиться в равновесии друг с другом, соприкасаясь между собой. Равновесиедвух фаз может иметь место лишь в определенном интервале температур, причемкаждому значению температуры Т соответствует вполне определенное давлениер, при котором возможно равновесие. Таким образом, состояние равновесиядвух фаз изобразятся на диаграмме (р, Т) линиейp = f (T)Три фазы одного и того же вещества (твердая, жидкая и газообразная,или жидкая и две твердые) могут находиться в равновесии только приединственных значениях температуры и давления, которым на диаграмме (р, Т)соответствует точка, называемая тройной. Эта точка лежит на пересечениикривых равновесия фаз, взятых попарно.В термодинамике доказывается в согласии с опытом, что равновесие болеечем трех фаз одного и того же вещества невозможно.Переход из одной фазы в другую обычно сопровождается поглощением иливыделением некоторого количества тепла, которое называется скрытой теплотойперехода, или просто теплотой перехода. Такие переходы называются фазовымипереходами первого рода. Существуют переходы из одной кристаллическоймодификации в другую, которые не связаны с поглощением или выделениемтепла. Такие переходы называются фазовыми переходами второго рода.Ограничимся рассмотрением только переходов первого рода.1. Основная часть
1.1.Понятие фазы
Фазой называется макроскопическая физическая однородная часть вещества,отделенная от остальных частей системы границами раздела, так что она можетбыть извлечена из системы механическим путем.Допустим, например, что в закрытом сосуде заключена некая масса воды,над которой находится смесь воздуха с водяными парами. Эта система являетсядвухфазной. Она состоит из двух фаз: жидкой (вода) и газообразной (смесьвоздуха с водяными парами) . Если бы воздуха не было, то в системе такжебыло бы две фазы: жидкая (вода) и газообразная (водяные пары) . Бросим вводу кусочки льда. Система превратится в трехфазную и будет состоять изтвердой фазы (лед) , жидкой (вода) и газообразной (смесь воздуха с водянымипарами) . Добавим к воде некоторое количество спирта. Число фаз неизменится, так как вода смешивается со спиртом, образуя физическиоднородную жидкость. Однако, если воде добавить ртуть, то последняя несмешивается с водой, и получается система с двумя жидкими фазами: ртутью иводой. Газообразная фаза по–прежнему будет одна; она состоит из смесивоздуха, паров воды и паров ртути. Бросив в воду кусочки поваренной соли,получим систему с двумя твердыми фазами: льдом и твердой поваренной солью.При подсчете числа фаз не имеет значение, является ли та или иная фазаединым телом или состоит из нескольких частей, отделенных одна от другой.Так, капельки тумана в воздухе образуют вместе с ним двухфазовую систему,состоящую из жидкой фазы (вода) и газообразной фазы (смесь воздуха сводяными парами) . В системе может быть несколько твердых или жидких фаз. Ноона не
gra-migracia.ru
Реферат на тему:
Фазовая диаграмма воды.Плавлению (и кристаллизации) соответствует ветвь левее и выше тройной точки,сублимации — ветвь левее и ниже тройной точки.
Плавле́ние — переход тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое. Плавление происходит с поглощением удельной теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода.
Способность плавиться относится к физическим свойствам вещества [1]
При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3422 °C), простых веществ вообще - углерод (по разным данным 3500 — 4500 °C[2]) а среди произвольных веществ — карбид гафния HfC (3890 °C). Можно считать, что самой низкой температурой плавления обладает гелий: при нормальном давлении он остаётся жидким при сколь угодно низких температурах.
Многие вещества при нормальном давлении не имеют жидкой фазы. При нагревании они путем сублимации сразу переходят в газообразное состояние.
У сплавов, как правило, нет определённой температуры плавления; процесс их плавления происходит в конечном диапазоне температур. На диаграммах состояния «температура — относительная концентрация» имеется конечная область сосуществования жидкого и твёрдого состояния, ограниченная кривыми ликвидуса и солидуса. Аналогичная ситуация имеет место и в случае многих твёрдых растворов.
Фиксированной температуры плавления нет также у аморфных тел; они переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении температуры.
Поясним вначале, почему при некоторой температуре тело предпочитает разорвать часть межатомных связей и из упорядоченного состояния (кристалл) перейти в неупорядоченное (жидкость).
Как известно из термодинамики, при фиксированной температуре тело стремится минимизировать свободную энергию F = E - TS. При низких температурах второе слагаемое (произведение температуры и энтропии) несущественно, и в результате всё сводится к минимизации обычной энергии E. Состояние с минимальной энергией — это кристаллическое твёрдое тело. При повышении температуры, второе слагаемое становится всё важнее, и при некоторой температуре оказывается выгоднее разорвать некоторые связи. При этом обычная энергия E слегка повысится, но при этом сильно возрастет и энтропия, что в результате приведёт к понижению свободной энергии.
В динамике, плавление происходит следующим образом. При повышении температуры тела увеличивается амплитуда тепловых колебаний его молекул, и время от времени возникают дефекты решетки. Каждый такой дефект требует определённого количества энергии, поскольку он сопровождается разрывом некоторых межатомных связей. Стадия рождения и накопления дефектов называется стадией предплавления. Кроме того, на этой стадии, как правило, возникает квази-жидкий слой на поверхности тела. При некоторой температуре концентрация дефектов становится столь большой, что приводит к потере ориентационного порядка в образце.
В двумерных или квази-двумерных системах кристалл является гораздо более шатким объектом, чем в трёхмерном случае, а именно у двумерного кристалла нет дальнего позиционного порядка. (Для сравнения: в одномерном случае кристалл при конечной температуре вообще не может быть стабильным!) Как выяснилось, это приводит к тому, что плавление двумерного кристалла происходит в два этапа. Вначале кристалл переходит в так называемую гексатическую фазу, в которой теряется ближний позиционный порядок, но сохраняется ориентационный, а затем происходит потеря и ориентационного порядка и тело становится жидким.
wreferat.baza-referat.ru
Плавление – переход вещества из кристаллического (твердого) состояния в жидкое. Плавление происходит с поглощением теплоты. На рис.1 изображена примерная диаграмма плавкости: на оси абсцисс откладывается время, на оси ординат – температура олова.
Рис.1
При нагревании твердого тела внутренняя энергия возрастает, увеличивается амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки, при этом возрастает температура (линия АВ).
Когда температура возрастает до точки плавления Тпл, амплитуда колебаний достигает такой величины, что начинается разрушение кристаллической решетки – твердое тело начинает плавиться. Процесс плавления происходит изотермически, т.е. при постоянной температуре (горизонтальная прямая ВС), и характеризуется удельной теплотой плавления, которая определяется количеством теплоты, необходимым для расплавления единицы массы вещества:
. (9)
Когда закончится процесс плавления, образуется жидкая фаза и температура жидкости начинает повышаться (кривая СД).
Если прекратить нагрев жидкости (точка D) и начать ее охлаждать, то кривая ДEпойдет вниз. Когда температура понизится доТпл (см. рис. 1), начинается процесс кристаллизации, при этом атомы и молекулы жидкой фазы, соединяясь друг с другом, образуют кристаллическую решетку. Процесс кристаллизации (линияEF) происходит при постоянной температуре и протекает с выделением теплоты кристаллизации, которая равна теплоте плавления. Когда процесс кристаллизации закончится, прекратится выделение теплоты кристаллизации, начинает охлаждаться твердое тело (кри- ваяFG).
Любое изменение состояния тела или системы тел можно представить как результат бесконечно большого числа бесконечно малых изменений. При каждом таком бесконечно малом изменении состояния система либо поглощает, либо выделяет бесконечно малое количество теплоты 
Количество теплоты, поглощенное или выделенное системой при переходе из одного состояния в другое, зависит от способа перехода и не является функцией состояния. Но если взять отношение теплоты к тем температурам, при которых она были отдана или поглощена, то окажется, что эти величины, так называемые приведенные теплоты, равны между собой:
. (10)
Эта особенность приведенной теплоты позволяет ввести особую термодинамическую величину – энтропию, имеющую фундаментальное значение в физике. Однозначная функция состояния, полным дифференциалом которой является приведенная теплота 
, называется энтропией:
. (11)
Согласно определению, изменение энтропии при обратимом процессе
(12)
Каждое состояние системы характеризуется определенным значением энтропии. В любом замкнутом обратимом процессе изменение энтропии равно нулю:
. (13)
В термодинамике доказано, что при необратимом процессе энтропия системы возрастает: 
.
Подсчитаем изменение энтропии при необратимом процессе плавления твердого тела. Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое состоит из двух этапов:
1. Нагревание твердого тела от начальной температуры Т0до температуры плавленияТпл. При этом
(14)
Изменение энтропии на этом этапе
(15)
2. Плавление тела. Температура остается постоянной (Тпл=const). Количество теплоты, необходимое для плавления:
. (16)
Изменение энтропии системы при этом изотермическом процессе
. (17)
Поскольку энтропия – величина аддитивная, то полное изменение энтропии системы в процессе плавления
(18)
studfiles.net
Кристаллизация – это переход вещества в кристаллическое состояние из жидкого, или газообразного, или аморфного состояния.
Кристаллизация является фазовым переходом, происходит с выделением тепла, но при постоянной температуре. Примеры кристаллизации: замерзание воды (переход из жидкой фазы в кристаллическую), образование инея (переход из газообразной фазы в кристаллическую).
Плавление кристаллического вещества – это переход из кристаллической фазы в жидкую.
Процесс плавления кристаллического вещества происходит с поглощением тепла, но температура остается постоянной, пока плавление не завершится. Пример плавления кристаллического вещества – таяние льда. Смесь снега и льда сохраняет температуру 0° С, пока весь лед не растает.
Лед, вода, пар – классический пример трех агрегатных состояний вещества. Не всегда вещества демонстрируют такие же «правильные» фазовые переходы. Например, углекислый газ замерзает и переходит в кристаллическую фазу при температуре -56,6°С, минуя жидкую фазу. При нагревании твердый диоксид углерода не плавится, а испаряется, переходя сразу в газообразное состояние. Но при более высоких температурах и высоком давлении возможен переход диоксида углерода в жидкое состояние, а при дальнейшем охлаждении жидкой фазы происходит кристаллизация.Фазовые переходы между агрегатными состояниями того или иного вещества изображаются на p-t диаграмме (по оси абсцисс откладывается температура, по оси ординат – давление). Диаграмма фазовых переходов лед-вода-пар показана для условий, когда лед находится не в воздушной среде, а в замкнутом объеме, где из газов присутствует только водяной пар.По диаграммам можно проследить, что при повышении давления вода замерзает при более низких температурах; диоксид углерода, наоборот, имеет прямую зависимость температуры кристаллизации от давления.
Твердые вещества могут не быть кристаллическими. Например, стекло и стеклоподобные аморфные вещества постепенно затвердевают при остывании; у них нет явно выраженной точки фазового перехода. Плавление стекла тоже происходит в некотором диапазоне температур, зависящем от химического состава и наличия примесей.Отличие кристаллизации от затвердевания – в наличии фазового перехода, во время которого сохраняется постоянная температура:
Например, смесь воды со льдом в жаркий день сохраняет нулевую температуру, пока весь лед не растает. Поступающее тепло увеличивает внутреннюю энергию за счет приобретения молекулами дополнительных степеней свободы, но температура сохраняется прежняя до того, как лед полностью растает.
Иначе ведет себя углерод. У него несколько фазовых переходов. Из жидкой формы, при отводе тепла, он переходит в кристаллическую фазу – графит; при высоком давлении более 120 000 атм. жидкий углерод кристаллизуется в алмаз.Кроме того, есть фазовый переход между двумя твердыми кристаллическими фазами: графитом и алмазом.
На рисунке красной линией показана диаграмма фазового перехода между алмазом и графитом. Температура фазового перехода зависит от давления, процессы, происходящие в твердом теле, аналогичны кристаллизации воды: если тепло подводить, то алмаз переходит в графит; если тепло отводить при соответствующем высоком давлении, то происходит переход, кристаллизация графита в алмаз.Можно видеть, что переходы между алмазом и графитом совершаются при высоких температурах и давлениях, а при нормальном давлении и температуре алмаза вроде бы и не должно быть. Действительно, при низком давлении графит нельзя превратить в алмаз. Но если алмаз образовался под воздействием высокого давления, при охлаждении и уменьшении давления он сохраняет свою структуру: это метастабильное состояние. Действительно, из всех кристаллов алмаз самый нестойкий: при нагревании до 1400°С он превращается в графит – устойчивую при нормальном давлении фазу.
Есть вещества, имеющие несколько кристаллических фаз в твердом состоянии; но есть целый класс веществ, имеющих несколько фазовых переходов в жидком состоянии: это вещества, раствор или расплав которых образует жидкие кристаллы.Жидкие кристаллы имеют для нас важнейшее значение. Живые ткани построены из органических молекул, частично упорядоченных; то есть все живые существа состоят из жидких кристаллов.Жидкие кристаллы – это частично упорядоченные двумерные или одномерные структуры. Они стабильны в узком диапазоне температур, являются промежуточным состоянием между кристаллической и жидкой фазами. Переход от трехмерной кристаллической решетки к двумерной или одномерной структуре происходит при температуре фазового перехода; после того, как весь образец перейдет в жидкокристаллическое состояние, температура начинает повышаться, и повышается до значения, соответствующего следующему фазовому переходу. В конце концов частично упорядоченная структура переходит в жидкую фазу, при температуре соответствующего фазового перехода.
fizikatyt.ru
Плиз!!! Нужен реферат на тему «Плавление и кристаллизация»
Внимание, только СЕГОДНЯ!
goxi.ru
