Temperatura de fusión
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 12 de diciembre de 2020; las comprobaciones requieren 11 ediciones .Punto de fusión (generalmente coincide con la temperatura de cristalización ): la temperatura de un cuerpo cristalino sólido (sustancia) a la que hace una transición a un estado líquido. En el punto de fusión, una sustancia puede estar tanto en estado líquido como sólido. Al agregar calor adicional, la sustancia pasará a un estado líquido y la temperatura no cambiará hasta que toda la sustancia en el sistema bajo consideración se haya derretido. Al eliminar el exceso de calor (enfriamiento), la sustancia pasará a un estado sólido (endurecer), y hasta que se solidifique por completo, su temperatura no cambiará.
El punto de fusión/solidificación y el punto de ebullición/condensación se consideran propiedades físicas importantes de una sustancia. La temperatura de solidificación coincide con el punto de fusión solo para una sustancia pura. Los calibradores de termómetros especiales para altas temperaturas se basan en esta propiedad . Dado que la temperatura de solidificación de una sustancia pura, como el estaño, es estable, basta con fundir y esperar a que la masa fundida empiece a cristalizar. En este momento, en condiciones de buen aislamiento térmico, la temperatura del lingote de solidificación no cambia y coincide exactamente con la temperatura de referencia indicada en los libros de referencia.
Las mezclas de sustancias no tienen temperatura de fusión/solidificación en absoluto y hacen una transición en un cierto rango de temperatura (la temperatura de aparición de la fase líquida se llama punto solidus , la temperatura de fusión completa es el punto liquidus ). Dado que es imposible medir con precisión el punto de fusión de tales sustancias, se utilizan métodos especiales ( GOST 20287 y ASTM D 97). Pero algunas mezclas ( composición eutéctica ) tienen un cierto punto de fusión, como sustancias puras.
Las sustancias amorfas (no cristalinas), por regla general, no tienen un punto de fusión claro. Con el aumento de la temperatura, la viscosidad de tales sustancias disminuye y el material se vuelve más líquido.
Dado que el volumen del cuerpo cambia de manera insignificante durante la fusión, la presión tiene poco efecto sobre el punto de fusión. La dependencia de la temperatura de transición de fase (incluidas la fusión y la ebullición) de la presión para un sistema de un componente viene dada por la ecuación de Clausius-Clapeyron . El punto de fusión a la presión atmosférica normal (101 325 Pa o 760 mm de mercurio ) se denomina punto de fusión .
| sustancia | punto de fusión ( ºC ) |
|---|---|
| helio (a 2,5 MPa) | −272,2 |
| hidrógeno | −259,2 |
| oxígeno | −219 |
| nitrógeno | −210,0 |
| metano | −182,5 |
| alcohol | −114,5 |
| cloro | −101 |
| amoníaco | −77,7 |
| mercurio [2] | −38,83 |
| hielo de agua [3] | 0 |
| benceno | +5.53 |
| cesio | +28.64 |
| galio | +29.8 |
| sacarosa | +185 |
| sacarina | +225 |
| estaño | +231.93 |
| Plomo | +327.5 |
| aluminio | +660.1 |
| plata | +960.8 |
| oro | +1063 |
| cobre | +1083.4 |
| silicio | +1415 |
| planchar | +1539 |
| titanio | +1668 |
| platino | +1772 |
| circonio | +1852 |
| corundo | +2050 |
| rutenio | +2334 |
| molibdeno | +2622 |
| carburo de silicio | +2730 |
| carburo de wolframio | +2870 |
| osmio | +3054 |
| óxido de torio | +3350 |
| tungsteno [2] | +3414 |
| carbono ( sublimación ) | +3547 |
| carburo de hafnio | +3890 |
| carburo de tantalio-hafnio [4] | +3990 |
| carbonitruro de hafnio [5] | +4200 |
Predicción de la temperatura de fusión (criterio de Lindemann)
Frederick Lindemann6 hizo un intento de predecir el punto de fusión de los materiales cristalinos en 1910 La idea era observar que la amplitud media de las fluctuaciones térmicas aumenta con el aumento de la temperatura. La fusión comienza cuando la amplitud de la vibración se vuelve lo suficientemente grande como para que los átomos vecinos ocupen parcialmente el mismo espacio.
El criterio de Lindemann establece que se espera fusión cuando el valor rms de la amplitud de oscilación excede un valor umbral.
La temperatura de fusión de los cristales está muy bien descrita por la fórmula de Lindemann [7] :
donde es el radio promedio de la celda unitaria, es la temperatura de Debye y el parámetro para la mayoría de los materiales varía en el rango de 0.15-0.3.
Punto de fusión - cálculo
La fórmula de Lindemann sirvió como justificación teórica para la fusión durante casi cien años, pero no se desarrolló debido a su baja precisión.
Cálculo del punto de fusión de los metales
En 1999, el profesor de la Universidad Estatal de Vladimir I. V. Gavrilin obtuvo una nueva expresión para calcular la temperatura de fusión:
donde es el punto de fusión, es el calor latente de fusión, es el número de Avogadro, es la constante de Boltzmann.
Por primera vez se ha obtenido una expresión excepcionalmente compacta para calcular el punto de fusión de los metales, relacionando esta temperatura con constantes físicas conocidas: calor latente de fusión , número de Avogadro y constante de Boltzmann .
La fórmula se derivó como una de las consecuencias de la nueva teoría de fusión y cristalización, publicada en 2000 [8] . La precisión de los cálculos que utilizan la fórmula Gavrilin se puede estimar a partir de los datos de la tabla.
| Metal | Calor latente de fusión , kcal*mol −1 | Punto de fusión , K | |
|---|---|---|---|
| estimado | experimental | ||
| Aluminio | 2.58 | 876 | 933 |
| Vanadio | 5.51 | 1857 | 2180 |
| Manganeso | 3.50 | 1179 | 1517 |
| Hierro | 4.40 | 1428 | 1811 |
| Níquel | 4.18 | 1406 | 1728 |
| Cobre | 3.12 | 1051 | 1357 |
| Zinc | 1.73 | 583 | 692 |
| Estaño | 1.72 | 529 | 505 |
| Molibdeno | 8.74 | 2945 | 2890 |
Según estos datos, la precisión de cálculo varía entre un 2 y un 30%, lo que es bastante aceptable en cálculos de este tipo.
Véase también
Notas
- ↑ Drits M. E., Budberg P. B., Burkhanov G. S., Drits A. M., Panovko V. M. Propiedades de los elementos. - Metalurgia, 1985. - 672 p.
- ↑ 12 Haynes , 2011 , pág. 4.122.
- ↑ El punto de fusión del agua purificada se ha medido como 0,002519 ± 0,000002 °C, véase Feistel, R.; Wagner, W. Una nueva ecuación de estado para H 2 O Ice Ih // J. Phys . química Árbitro. Datos : diario. - 2006. - vol. 35 , núm. 2 . - P. 1021-1047 . -doi : 10.1063/ 1.2183324 . - .
- ↑ Andrievskii RA, Strel'nikova NS, Poltoratskii NI, Kharkhardin ED, Smirnov VS Punto de fusión en sistemas ZrC-HfC, TaC-ZrC, TaC-HfC // Metalurgia de polvos soviética y cerámica metálica. - 1967. - T. 6 , núm. 1 . — S. 65–67 . — ISSN 0038-5735 . -doi : 10.1007/ BF00773385 .
- ↑ Se ha creado el material más refractario hasta la fecha . indicador.ru . Consultado el 9 de agosto de 2020. Archivado desde el original el 13 de agosto de 2020.
- ↑ Lindemann F. A.El cálculo de las frecuencias de vibración molecular (alemán) // Phys. Z .: tienda. - 1910. - Bd. 11 _ - S. 609-612 .
- ↑ Zhirifalko L. Física estadística del estado sólido. - M. : Mir, 1975. - S. 15.
- ↑ Gavrilin IV 3.7. Cálculo de la temperatura de fusión de metales // Fusión y cristalización de metales y aleaciones. -Vladimir: Ed. VIGU, 2000. - S. 72. - 200 ejemplares. — ISBN 5-89368-175-4 .
Literatura
- Haynes, William M. CRC Manual de química y física (indefinido) . — 92. - CRC Press , 2011. - ISBN 1439855110 .
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