Температура плавления твердых веществ

Температура плавления: от чего зависит, как характеризуется и другое добавить в закладки

Температура плавления – состояние, при котором твердое кристаллическое тело приобретает свойства жидкости. Она представляет собой границу между жидкостью и твердым веществом. Обозначение температуры плавления – t. При дальнейшем нагревании системы вещество переходит в жидкость, а при охлаждении – в твердое вещество.

От чего зависит температура плавления?

Вещества начинают плавиться при разной температуре.

Температура перехода металлов в жидкость зависит от двух факторов:

  1. чистоты вещества (примеси придают системе большую и меньшую устойчивость);
  2. химического строения, состава (некоторые сплавы переходят в жидкое состояние при температуре выше 200°С, а другие при 2500°С).

Особенности различных температур плавления применяют в металлургической промышленности. Устойчивость к нагреванию повышает легирование стали, т. е. изменение химического состава. 

Как определить температуру плавления? 

Существует несколько методов экспериментального определения температуры плавления. 

  1. Капиллярный способ  Измельченное твердое вещество необходимо поместить в капилляр с открытым концом. Капилляр нагревают в таких условиях, чтобы тонкое стекло не лопнуло. Когда все вещество переходит в жидкую фазу, температуру фиксируют. 
  2. Открытый капиллярный метод  Этот способ схож с предыдущим, но вместо закрытого капилляра используют открытый. 
  3. Мгновенное плавление  На металлический блок, нагретый до температуры на 10°С ниже справочной температуры плавления, кладут измельченные порции сухого вещества. Регулируют нагревание так, чтобы градус повышался на 1°С в минуту. Затем записывают изначальную температуру t1, при которой вещество приобретает свойства жидкости сразу после контакта с блоком. После нахождения данной величины нагревание приостанавливают и очищают место соприкосновения блока и вещества. При постепенном охлаждении продолжают класть на блок порции вещества. Таким образом устанавливают конечную температуру t2, при которой вещество перестает плавиться. 
  • Формула определения температуры плавления по методу «мгновенного плавления»:
  • Тпл = (t1 + t2) / 2
  • Для определения температуры плавления твердых веществ, которые быстро превращаются в порошок, используют методы №1 и №3, а для аморфных веществ, плавящихся при температуре ниже 100°С, — метод №2. 

Температуру плавления нельзя определить теоретическим путем с помощью формул. Ознакомиться с ней можно в специальном химическом справочнике.  

Температура плавления твердых веществ

Температура плавления и кипения

Температура кипения и температура плавления описывают состояние, при котором в веществе происходят фазовые изменения. Эти понятия отличаются друг от друга. Температура плавления – свойство, отражающее состояние равновесия жидкой и твердой фаз. Температура кипения – температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению.

Рекордсмены по температуре плавления

Самую низкую температуру плавления имеет химический элемент под вторым порядковым номером в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева. Гелий начинает плавиться при -272°С. Также он обладает самой низкой температурой кипения — -268°С.

Наиболее высокую температуру плавления имеет вещество графит – аллотропная модификация углерода. Он начинается плавиться при +3000°С. Другое аллотропное состояние углерода – алмаз. Это твердое вещество начинает плавиться при 3500°С.

Температура плавления | это… Что такое Температура плавления?

Температу́ра плавле́ния и отвердева́ния — температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. 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 меняться, 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, 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 застывания 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 меняется 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 определенной температурой плавления, как чистые вещества.

Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления, с ростом температуры снижается вязкость таких веществ, и чем ниже вязкость, тем более жидким становится материал.

К примеру, обычное оконное стекло — это переохлаждённая жидкость. За несколько столетий становится видно, что при комнатной температуре стекло на окне сползает вниз под действием гравитации и становится внизу толще. При температуре 500—600 этот же эффект можно наблюдать уже в течение нескольких суток.

Поскольку при плавлении объём тела меняется 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 нормальном атмосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.

Температуры плавления некоторых важных веществ[1]:

вещество
температура
плавления
(°C)
гелий (при 2,5 МПа) −272,2 
водород −259,2 
кислород −218,8 
азот −210,0 
метан −182,5 
этиловый спирт −114,5 
хлор −101   
аммиак −77,7 
ртуть −38,87
водяной лёд 0   
бензол +5,53
цезий +28,64
сахароза +185   
сахарин +225   
олово +231,93
свинец +327,5 
алюминий +660,1 
серебро +960,8 
золото +1063   
кремний +1415   
железо +1539   
титан +1668   
платина +1772   
цирконий +1852   
корунд +2050   
рутений +2334   
молибден +2622   
карбид кремния +2730   
осмий +3054   
оксид тория +3350   
вольфрам +3410   
углерод +3547   
карбид гафния +3960   
карбид тантала-гафния +4216   

Примечания

  1. Дрица М. Е., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дриц А. М., Пановко В. М. Свойства элементов. — Металлургия, 1985. — С. 672 с.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Температура плавления твердых веществ Рё ее постоянство РїСЂРё плавлении, так же как Рё температура кипения жидкостей, служит признаком чистоты или загрязненности исследуемого продукта Рё является вполне определенной Рё характерной величиной для каждого твердого вещества. Примеси посторонних веществ изменяют температуру плавления данного вещества. Постоянство температуры РїСЂРё плавлении твердого вещества, однако, РЅРµ всегда является специфическим свойством химически чистого вещества, так как известны такие смеси веществ, взятых РІ определенном соотношении, которые имеют постоянную температуру плавления.  [1]

Температура плавления твердых веществ обычно служит критерием их чистоты.

Чистые кристаллические органические вещества имеют, как правило, строго определенную температуру плавления.

Присутствие примесей делает температуру плавления неточной и вызывает ее понижение.

Р�звестны некоторые исключения, РЅРѕ РЅР° практике вещество считается чистым, если после повторной перекристаллизации РѕРЅРѕ имеет вполне определенную температуру плавления, которая остается постоянной.  [2]

Температура плавления твердого вещества служит признаком чистоты или загрязненности исследуемого продукта.  [3]

Температура плавления твердых веществ Рё ее постоянство РїСЂРё плавлении, так же как Рё температура кипения жидкостей, служит признаком чистоты или загрязненности исследуемого продукта Рё является вполне определенной Рё характерной величиной для каждого чистого твердого вещества. Примеси посторонних веществ изменяют температуру плавления данного вещества.  [4]

Температура плавления твердого вещества — это та температура, РїСЂРё которой твердое вещество превращается РІ жидкость.

Чистые кристаллические твердые вещества обычно имеют резко выраженные температуры плавления, так что превращение совершается в температурных пределах 1 или менее.

С другой стороны, твердые кристаллические вещества, содержащие примеси, обычно плавятся в гораздо более широком температурном диапазоне.

Лишь незначительные изменения объема сопровождают переход от твердого состояния в жидкое, и, следовательно, температуры плавления в очень малой степени зависят от давления.

Большинство кристаллических органических соединений имеют характерные температуры плавления, которые легко определить Рё воспроизвести. Благодаря этому температура плавления служит наиболее широко используемой физической константой.  [5]

Температура плавления твердых веществ Рё ее постоянство РїСЂРё плавлении, так же как Рё температура кипения жидкостей, служит признаком чистоты или загрязненности исследуемого продукта Рё является вполне определенной Рё характерной величиной для каждого чистого твердого вещества. Примеси посторонних веществ изменяют температуру плавления данного вещества.  [6]

Читайте также:  Кабель канал для компьютерных проводов

Температурой плавления твердого вещества называется температура, при которой вещество из твердого состояния переходит в жидкое.

Температура плавления характеризует степень чистоты продукта и для смол может колебаться в значительных пределах.

Так, например, температура плавления природных копалов Рё янтаря РґРѕС…РѕРґРёС‚ РґРѕ 300 РЎ, для остальных тропических СЃРјРѕР» — РѕС‚ 75 РґРѕ 145 РЎ, Р° для синтетических — ниже или несколько выше 100 РЎ.  [8]

Определяют температуру плавления твердого вещества.  [10]

Определяют температуру плавления твердого вещества ( стр.

Слегка смазывают Апиезоном Рњ шлифы РІ продольном направлении, собирают РїСЂРёР±РѕСЂ, присоединяют его Рє вакуумной линии ( стр. Через внутреннюю часть РїСЂРёР±РѕСЂР° пропускают РІРѕРґСѓ.  [11]

РџРѕРґ температурой плавления твердого вещества понимают ту температуру, РїСЂРё которой РѕРЅРѕ превращается РІ жидкость.  [12]

РўРїРї — температура плавления твердого вещества, Рљ; Рў — температура, РїСЂРё которой производился опыт, Рљ; R — газовая постоянная.  [13]

Кривая плавления ХС выражает ( влияние давления н-а температуру плавления твердого вещества.

Температура плавления может либо повышаться, либо понижаться СЃ повышением давления, РЅРѕ это влияние так мало, что линия РҐРЎ только слегка отклоняется РѕС‚ вертикали.  [15]

Страницы:      1    2    3

Плавление и отвердевание кристаллических тел | 8 класс | Физика

Содержание

Одно и то же вещество может находиться в трех разных агрегатных состояниях в зависимости от условий. Например, лед, вода и водяной пар (рисунок 1).

Рисунок 1.  Агрегатные состояния одного вещества на примере льда, воды и пара

Соответственно, это одно вещество в твердом, жидком и газообразном состоянии. Эти состояния отличаются друг от друга расположением, характером движения и взаимодействия молекул.

В жидких и твердых телах, в отличии от газов, молекулы не могут далеко удалиться друг от друга. Изначально они расположены близко друг к другу.

Их средняя кинетическая энергия недостаточна для того, чтобы совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения.

Тем не менее, на практике мы часто наблюдаем, как тела переходят из твердого состояния в жидкое, и наоборот. Например, процесс таяния льда или его замерзания. На данном уроке мы более подробно рассмотрим эти процессы, узнаем при каких условиях они проходят.

Плавление и температура плавления

  • Если мы сообщим телу достаточную энергию, то возможно перевести его из твердого состояния в жидкое (расплавить лед) и из жидкого в газообразное (превратить воду в пар)
  • Если же тело будет отдавать энергию, то оно может перейти из газообразного состояния в жидкое и из жидкого в твердое

Плавление — это переход вещества из твердого состояния в жидкое.

Чтобы началось плавление тела, его необходимо нагреть до определенной температуры.

{«questions»:[{«content»:»При нагревании тела[[choice-1]]»,»widgets»:{«choice-1»:{«type»:»choice»,»options»:[«увеличивается средняя кинетическая энергия молекул тела»,»увеличивается средняя скорость движения молекул тела»,»увеличивается внутренняя энергия тела»,»уменьшается внутренняя энергия тела»,»уменьшается средняя скорость движения молекул тела»,»уменьшается средняя кинетическая энергия молекул тела»],»answer»:[0,1,2]}}}]}

Температура плавления вещества — это температура, при которой вещество плавится.

Разные вещества плавятся при разных температурах. Лед начнет плавится, если мы возьмем его в руку. А чтобы расплавить железо понадобится специальная печь. Кусок олова или свинца можно расплавить в стальной ложке.

В таблице 1 представлены температуры плавления различных веществ. Вы можете заметить, что их диапазон очень широк.

Вещество $t_{пл}, degree C$ Вещество $t_{пл}, degree C$
Водород -259 Цинк 420
Кислород -219 Алюминий 660
Азот -210 Серебро 962
Спирт -114 Латунь 1000
Ртуть -39 Золото 1064
Лед Медь 1085
Цезий 29 Чугун 1200
Калий 63 Сталь 1500
Натрий 98 Железо 1539
Олово 232 Платина 1772
Свинец 327 Осмий 3045
Янтарь 360 Вольфрам 3387

Таблица 1. Температура плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении){«questions»:[{«content»:»Какая температура плавления у платины?
[[input-1]] $\degree C$.»,»widgets»:{«input-1»:{«type»:»input»,»inline»:1,»answer»:»1772″}}}]}

Отвердевание и температура отвердевания

Процесс, обратный плавлению, называется отвердеванием или кристаллизацией.

Отвердевание (кристаллизация) — это переход вещества из жидкого состояния в твердое.

Чтобы началось отвердевание тела, оно должно остыть до определенной температуры.

Температура отвердевания (кристаллизации) вещества — это температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется).

Доказано, что вещества плавятся при той же температуре, при которой отвердевают. Что это означает? Например, вода кристаллизуется при $0 degree C$. А лед при этой же температуре плавится.

{«questions»:[{«content»:»Температура плавления цинка равна [[input-1]] $\degree C$, температура отвердевания — [[input-4]] $\degree C$.»,»widgets»:{«input-1»:{«type»:»input»,»inline»:1,»answer»:»420″},»input-4″:{«type»:»input»,»inline»:1,»answer»:»420″}},»hints»:[«Температуры плавления и отвердевания численно равны друг другу для одного и того же вещества.»]}]}

Фазовые переходы

В обычных условиях любое вещество пребывает в одном из трех состояний — твердом, жидком или газообразном (см. Агрегатные состояния вещества).

Каждому из этих условий соответствует своя структура связей между молекулами и/или атомами, характеризующаяся определенной энергией связи между ними.

Для изменения этой структуры нужен либо приток тепловой энергии извне (например, при плавлении твердого вещества), либо отток энергии вовне (например, при кристаллизации).

Взяв, для начала, твердое вещество, мы понимаем умозрительно, что в нем молекулы/атомы связаны в некую жесткую кристаллическую или аморфную структуру, — при незначительном нагреве они лишь начинают «трястись» вокруг своей фиксированной позиции (чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний).

При дальнейшем нагревании вещества молекулы расшатываются всё сильнее, пока, наконец, не срываются с «насиженного» места и не отправляются в «свободное плавание». Это и есть плавление или таяние твердого вещества в жидкость.

Поступление же энергии, необходимой для таяния вещества, называют теплотой плавления.

График изменения температуры твердого вещества при переходе им точки плавления сам по себе весьма интересен. До точки плавления по мере нагревания атомы/молекулы раскачиваются вокруг своего фиксированного положения всё сильнее, и поступление каждой дополнительной порции тепловой энергии приводит к повышению температуры твердого тела.

Однако по достижении твердым веществом температуры плавления, оно на какое-то время так и остается при этой температуре, несмотря на продолжающийся приток тепла, пока в нем не накопится достаточное количество тепловой энергии для разрыва жестких межмолекулярных связей.

То есть, в процессе фазового перехода вещества из твердого состояния в жидкое энергия поглощается им без повышения температуры, поскольку вся она уходит на разрыв межмолекулярных связей. Вот почему кубик льда в коктейле даже в самую жару остается ледяным по температуре, пока не растает весь.

При этом, тая, кубик льда отбирает тепло у окружающего его коктейля (и тем самым охлаждает его до приятной температуры), а сам набирается энергии, которая требуется ему для разрыва межмолекулярных связей и окончательного саморазрушения.

Количество теплоты, необходимое для плавления или испарения единицы объема твердого вещества или жидкости, называется, соответственно, скрытой теплотой плавления или скрытой теплотой испарения.

И величины здесь фигурируют порой немалые.

Например, для нагревания 1 кг воды от 0°С до 100°С требуется «всего» 420 000 джоулей (Дж) тепловой энергии, а для того, чтобы обратить этот килограмм воды в 1 кг пара с температурой, равной тем же 100°С, — целых 2 260 000 Дж энергии.

После того, как твердая масса полностью превратилась в жидкость, дальнейшее поступление тепла повлечет вновь за собой повышение температуры вещества.

Читайте также:  Проверка пленочного конденсатора мультиметром

В жидком состоянии молекулы вещества по-прежнему находятся в близком контакте, но жесткие межмолекулярные связи между ними разорваны, и силы взаимодействия, удерживающие молекулы вместе, на несколько порядков слабее, чем в твердом теле, поэтому молекулы начинают достаточно свободно перемещаться друг относительно друга. Дальнейшее поступление тепловой энергии доводит жидкость до фазы кипения, и начинается активное испарение или парообразование.

И, опять же, как было описано в случае таяния или плавления, на какое-то время вся дополнительно поступающая энергия уходит на разрыв жидкостных связей между молекулами и высвобождение их в газообразное состояние (при неизменной температуре кипения). Энергия, затрачиваемая на разрыв этих, казалось бы, некрепких связей, — т. н. скрытая теплота парообразования — также требуется немалая (см. пример выше).

Все те же процессы при оттоке энергии (остужении) вещества происходят в обратном порядке.

Сначала газ остывает с понижением температуры, и так происходит, пока он не достигнет точки конденсации — температуры, при которой начинается сжижение, — и она в точности равна температуре испарения (кипения) соответствующей жидкости.

При конденсации, по мере того, как силы взаимного притяжения между молекулами начинают брать верх над энергией теплового движения, газ начинает превращаться в жидкость — «конденсироваться».

При этом выделяется так называемая удельная теплота конденсации — она в точности равна скрытой удельной теплоте испарения, о которой уже говорилось. То есть, сколько энергии вы потратили на испарение определенной массы жидкости, ровно столько энергии пар и отдаст в виде тепла при конденсации обратно в жидкость.

То, что количество теплоты, выделяемое при конденсации, весьма высоко, — факт легко проверяемый: достаточно поднести ладонь к носику кипящего чайника. Помимо жара от пара, как такового, ваша кожа пострадает еще и от теплоты, выделившейся в результате его конденсации в жидкую воду.

При дальнейшем остывании жидкости до точки замерзания (температура которой равна точке таяния), еще раз начнется процесс отдачи тепловой энергии вовне без понижения температуры самого вещества. Этот процесс называется кристаллизацией, и при нем выделяется ровно столько же тепловой энергии, сколько отбирается из окружающей среды при плавлении (переходе вещества из твердой фазы в жидкую).

Есть и еще один тип фазового перехода — из твердого состояния вещества непосредственно в газообразное (минуя жидкость). Такое фазовое превращение называется возгонкой, или сублимацией. Самый бытовой пример: вывешенное сушиться на мороз сырое белье.

Вода в нем сначала кристаллизуется в лед, а затем — под воздействием прямых солнечных лучей — микроскопические кристаллики льда попросту испаряются, минуя жидкую фазу. Другой пример: на рок-концертах «сухой лед» (замороженная двуокись углерода CO2) используется для устройства дымовой завесы — она испаряется прямо в воздух, окутывая выступающих музыкантов и также минуя жидкую фазу.

Соответственно, на преобразование твердого вещества непосредственно в газ затрачивается энергия сублимации.

См. также:

Температура плавления – у каждого своя

Все молекулы состоят из мельчайших частиц – атомов. Все открытые на настоящий момент атомы собраны в таблице Менделеева.

Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Атомы соединяются между собой химическими связями. Ранее мы уже рассматривали виды химических связей и их свойства. Обязательно изучите теорию по теме: Типы химических связей, перед тем, как изучать эту статью!

Теперь рассмотрим, как могут соединяться частицы в веществе.

В зависимости от расположения частиц друг относительно друга свойства образуемых ими веществ могут очень сильно различаться.

Так, если частицы расположены друг от друга далеко (расстояние между частицами намного больше размеров самих частиц), между собой практически не взаимодействуют, перемещаются в пространстве хаотично и непрерывно, то мы имеем дело с газом.

Если частицы расположены близко друг к другу, но хаотично, больше взаимодействуют между собой, совершают интенсивные колебательные движения в одном положении, но могут перескакивать в другое положение, то это модель строения жидкости.

  Бутан, получение, свойства, химические реакции

Если же частицы расположены близко к друг другу, но более упорядоченно, и больше взаимодействуют между собой, а двигаются только в пределах одного положения равновесия, практически не перемещаясь в другие положения, то мы имеем дело с твердым веществом.

Большинство известных химических веществ и смесей могут существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Самый простой пример – это вода. При нормальных условиях она жидкая, при 0 оС она замерзает – переходит из жидкого состояния в твердое, и при 100 оС закипает – переходит в газовую фазу – водяной пар.

При этом многие вещества при нормальных условиях – газы, жидкости или твердые. Например, воздух – смесь азота и кислорода – это газ при нормальных условиях. Но при высоком давлении и низкой температуре азот и кислород конденсируются и переходят в жидкую фазу. Жидкий азот активно используют в промышленности.

Иногда выделяют плазму, а также жидкие кристаллы, как отдельные фазы.

Очень многие свойства индивидуальных веществ и смесей объясняются взаимным расположением частиц в пространстве друг относительно друга!

Данная статья рассматривает свойства твердых тел, в зависимости от их строения. Основные физические свойства твердых веществ: температура плавления, электропроводность, теплопроводность, механическая прочность, пластичность и др.

  • Температура плавления – это такая температура, при которой вещество переходит из твердой фазы в жидкую, и наоборот.
  • Пластичность – это способность вещества деформироваться без разрушения.
  • Электропроводность – это способность вещества проводить ток.

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Таким образом, ток могут проводить только такие вещества, в которых присутствуют подвижные заряженные частицы.

По способности проводить ток вещества делят на проводники и диэлектрики. Проводники – это вещества, которые могут проводить ток (т.е. содержат подвижные заряженные частицы).

Диэлектрики – это вещества, которые практически не проводят ток.

В твердом веществе частицы вещества могут располагаться хаотично, либо более упорядоченно. Если частицы твердого вещества расположены в пространстве хаотично, вещество называют аморфным. Примеры аморфных веществ – уголь, слюдяное стекло.

Аморфный бор

Если частицы твердого вещества расположены в пространстве упорядоченно, т.е. образуют повторяющиеся трехмерные геометрические структуры, такое вещество называют кристаллом, а саму структуру – кристаллической решеткой. Большинство известных нам веществ – кристаллы. Сами частицы при этом расположены в узлах кристаллической решетки.

Кристаллические вещества различают, в частности, по типу химической связи между частицами в кристалле – атомные, молекулярные, металлические, ионные; по геометрической форме простейшей ячейки кристаллической решетки – кубическая, гексагональная и др.

В зависимости от типа частиц, образующих кристаллическую решетку, различают атомную, молекулярную, ионную и металлическую кристаллическую структуру.

Плавление смесей и твёрдых растворов[править | править код]

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.

Атомная кристаллическая решетка

Атомная кристаллическая решетка образуется, когда в узлах кристалла расположены атомы. Атомы соединены между собой прочными ковалентными химическими связями. Соответственно, такая кристаллическая решетка будет очень прочной, разрушить ее непросто.

Атомную кристаллическую решетку могут образовывать атомы с высокой валентностью, т.е. с большим числом связей с соседними атомами (4 или больше). Как правило, это неметаллы: простые вещества — кремния, бора, углерода (аллотропные модификации алмаз, графит), и их соединения (бороуглерод, оксид кремния (IV) и др.).

Читайте также:  Сколько масла заливать в домкрат гидравлический

Поскольку между неметаллами возникает преимущественно ковалентная химическая связь, свободных электронов (как и других заряженных частиц) в веществах с атомной кристаллической решеткой в большинстве случаев нет. Следовательно, такие вещества, как правило, очень плохо проводят электрический ток, т.е.

являются диэлектриками. Это общие закономерности, из которых есть ряд исключений.

  1. Связь между частицами в атомных кристаллах: ковалентная полярная или неполярная.
  2. В узлах кристалла с атомной кристаллической структурой расположены атомы.
  3. Фазовое состояние атомных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.
  4. Вещества, образующие в твердом состоянии атомные кристаллы:
  1. Простые вещества с высокой валентностью (расположены в середине таблицы Менделеева): бор, углерод, кремний, и др.
  2. Сложные вещества, образованные этими неметаллами: кремнезем (оксид кремния, кварцевый песок) SiO2; карбид кремния (корунд) SiC; карбид бора, нитрид бора и др.
  • Физические свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:
  • — прочность;
  • — тугоплавкость (высокая температура плавления);

  Нож из полотна бензопилы

  1. — низкая электропроводность;
  2. — низкая теплопроводность;
  3. — химическая инертность (неактивные вещества);
  4. — нерастворимость в растворителях.

Молекулярная кристаллическая решетка

Молекулярная кристаллическая решетка – это такая решетка, в узлах которой располагаются молекулы. Удерживают молекулы в кристалле слабые силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, или электростатическое притяжение).

Соответственно, такую кристаллическую решетку, как правило, довольно легко разрушить. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой – легкоплавкие, непрочные. Чем больше сила притяжения между молекулами, тем выше температура плавления вещества.

Как правило, температуры плавления веществ с молекулярной кристаллической решеткой не выше 200-300К. Поэтому при нормальных условиях большинство веществ с молекулярной кристаллической решеткой существует в виде газов или жидкостей.

Молекулярную кристаллическую решетку, как правило, образуют в твердом виде кислоты, оксиды неметаллов, прочие бинарные соединения неметаллов, простые вещества, образующие устойчивые молекулы (кислород О2, азот N2, вода H2O и др.), органические вещества. Как правило, это вещества с ковалентной полярной (реже неполярной) связью. Т.к.

электроны задействованы в химических связях, вещества с молекулярной кристаллической решеткой – диэлектрики, плохо проводят тепло.

  • Связь между частицами в молекулярных кристаллах: межмолекулярные водородные связи, электростатические или межмолекулярные силы притяжения.
  • В узлах кристалла с молекулярной кристаллической структурой расположены молекулы.
  • Фазовое состояние молекулярных кристаллов при нормальных условиях: газы, жидкости и твердые вещества.
  • Вещества, образующие в твердом состоянии молекулярные кристаллы:
  1. Простые вещества-неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы (O2, N2, H2, S8 и др.);
  2. Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями (кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H2O, оксид серы SO3 и др.
  3. Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон и др.);
  4. Большинство органических веществ, в которых нет ионных связейметан CH4, бензол С6Н6 и др.
  1. Физические свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой:
  2. — легкоплавкость (низкая температура плавления):
  3. — высокая сжимаемость;
  4. — молекулярные кристаллы в твердом виде, а также в растворах и расплавах не проводят ток;
  5. — фазовое состояние при нормальных условиях – газы, жидкости, твердые вещества;
  6. — высокая летучесть;
  7. — малая твердость.

Ионная кристаллическая решетка

В случае, если в узлах кристалла находятся заряженные частицы – ионы, мы можем говорить о ионной кристаллической решетке.

Как правило, с ионных кристаллах чередуются положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы), поэтому частицы в кристалле удерживаются силами электростатического притяжения.

В зависимости от типа кристалла и типа ионов, образующих кристалл, такие вещества могут быть довольно прочными и тугоплавкими. В твердом состоянии подвижных заряженных частиц в ионных кристаллах, как правило, нет.

Зато при растворении или расплавлении кристалла ионы высвобождаются и могут двигаться под действием внешнего электрического поля. Т.е. проводят ток только растворы или расплавы ионных кристаллов.

Ионная кристаллическая решетка характерна для веществ с ионной химической связью. Примеры таких веществ – поваренная соль NaCl, карбонат кальция – CaCO3 и др. Ионную кристаллическую решетку, как правило, в твердой фазе образуют соли, основания, а также оксиды металлов и бинарные соединения металлов и неметаллов.

  • Связь между частицами в ионных кристаллах: ионная химическая связь.
  • В узлах кристалла с ионной решеткой расположены ионы.
  • Фазовое состояние ионных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.
  • Химические вещества с ионной кристаллической решеткой:

  Изготовление сверлильного станка своими руками

  1. Соли (органические и неорганические), в том числе соли аммония (например, хлорид аммония NH4Cl);
  2. Основания;
  3. Оксиды металлов;
  4. Бинарные соединения, в составе которых есть металлы и неметаллы.
  1. Физические свойства веществ с ионной кристаллической структурой:
  2. — высокая температура плавления (тугоплавкость);
  3. — растворы и расплавы ионных кристаллов – проводники тока;
  4. — большинство соединений растворимы в полярных растворителях (вода);
  5. — твердое фазовое состояние у большинства соединений при нормальных условиях.

Металлическая кристаллическая решетка

И, наконец, металлы характеризуются особым видом пространственной структуры – металлической кристаллической решеткой, которая обусловлена металлической химической связью. Атомы металлов довольно слабо удерживают валентные электроны.

В кристалле, образованном металлом, происходят одновременно следующие процессы: часть атомов отдает электроны и становится положительно заряженными ионами; эти электроны хаотично перемещаются в кристалле; часть электронов притягивается к ионам. Эти процессы происходят одновременно и хаотично.

Таким образом, возникают ионы, как при образовании ионной связи, и образуются общие электроны, как при образовании ковалентной связи. Свободные электроны перемещаются хаотично и непрерывно по всему объему кристалла, как газ.

Поэтому иногда их называют «электронным газом». Из-за наличия большого числа подвижных заряженных частиц металлы проводят ток, тепло. Температура плавления металлов сильно варьируется. Металлы также характеризуются своеобразным металлическим блеском, ковкостью, т.е.

способностью изменять форму без разрушения при сильном механическом воздействии, т.к. химические связи при этом не разрушаются.

  • Связь между частицами: металлическая химическая связь.
  • В узлах кристалла с металлической решеткой расположены ионы металлов и атомы.
  • Фазовое состояние металлов при обычных условиях: как правило, твердые вещества (исключение — ртуть, жидкость при обычных условиях).
  • Химические вещества с металлической кристаллической решеткой — простые вещества-металлы.
  • Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:
  • — высокая тепло- и электропроводность;
  • — ковкость и пластичность;
  • — металлический блеск;
  • — металлы, как правило, нерастворимы в растворителях;
  • — большинство металлов – твердые вещества при нормальных условиях.

Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана)

Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом (англ.).

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.

  1. Критерий Линдемана
  2. утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.
  3. Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана[1]:
  4. T λ = x m 2 9 ℏ 2 M k B θ r s 2 {displaystyle T_{lambda }={frac {x_{m}^{2}}{9hbar ^{2}}}Mk_{B} heta r_{s}^{2}}
  5. где r s {displaystyle r_{s}} — средний радиус элементарной ячейки, θ {displaystyle heta } — температура Дебая, а параметр x m {displaystyle x_{m}} для большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.
  6. Температура плавления – Расчет
  7. Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности.

В 1999г. И.В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления:

  • Тпл = DHпл / 1,5 N0 k
  • , (1)
  • где Тпл
  • – температура плавления;DHпл – скрытая теплота плавления;
  • N0
  • k

– скрытая теплота плавления; – константа Больцмана.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector