МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Плавлением называют процесс перехода вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое. Плавление происходит при постоянной температуре с поглощением тепла. Постоянство температуры объясняется тем, что при плавлении вся подводимая теплота идет на разупорядочение регулярного пространственного расположения атомов (молекул) в кристаллической решетке. При этом среднее расстояние между атомами и, следовательно, силы взаимодействия изменяется незначительно. Температура плавления для данного кристалла ? его важная характеристика, но она не является величиной постоянной, а существенным образом зависит от внешнего давления, при котором происходит плавление. Для большинства кристаллов (кроме воды, и некоторых сплавов) температура плавления растет с увеличением внешнего давления, так как для отдаления атомов друг от друга при большем давлении требуется большая энергия тепловых движений, т. е. Более высокая температура.

На рис. 1 представлена зависимость температуры нагреваемого кристалла от времени.

рис. 1

На участке 12 происходит нагревание кристалла. При достижении температуры tпл вся поступающая теплота идет на плавление кристалла (участок 23), нагревания его не происходит.

Количество теплоты qпл, необходимое для превращения одного моля кристалла в жидкое состояние при постоянной температуре плавления, называют молярной скрытой теплотой плавления. Каждому кристаллу присуща своя величина теплоты плавления.

Отметим, что усиление или ослабление подвода тепла на участке 23 вызывает только ускорение или замедление процесса плавления, не изменяя величины tпл. Если прекратить подвод тепла, то останавливается и процесс плавления, т. е. Двухфазной системе жидкость?кристалл устанавливается равновесное состояние, когда числа молекул, переходящих в единицу времени из твердой фазы в жидкую и обратно, равны.

На участке 34 происходит процесс нагревания жидкости. Если в момент времени t0 остановить нагревание жидкости, то возникнет обратный процесс охлаждения жидкости (участок 45). Когда температура достигнет температуры плавления, начнется кристаллизация жидкости (участок 56). Как только процесс кристаллизации заканчивается (точка 6), дальнейший отвод тепла сопровождается понижением температура (участок 67).

В кристалле, как мы знаем, каждая молекула совершает только колебательное движение, тогда как в жидкости она совершает еще и поступательное движение. Поэтому при кристаллизации от вещества необходимо отводить тепловую энергию, соответствующую поступательному движению молекул. Молекулы, утратившие этот излишек энергии, присоединяются к кристаллам.

У аморфных тел изменение температуры со временем (пунктирная кривая на рис. 5.3.1) не имеет участка с постоянной температурой, а только точку перегиба (8 или 9). Увеличение температуры твердого аморфного тела сопровождается непрерывным уменьшением его вязкости. У аморфных тел нельзя указать такую определенную температуру, выше которой можно было бы констатировать жидкое состояние, а ниже ? твердое состояние. Выделяется только температура, соответствующая точке перегиба. Эту температуру условно называют температурой размягчения аморфных тел.