Плавление металла какое явление

Все металлы могут находиться в твердом, жидком или в газообразном состояниях. Переход из твердого состояния в жидкое происходит при определенной температуре плавления, переход из жидкого состояния в газообразное происходит при кипения температуре.

Плавление -это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое, то есть переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Для осуществления процесса плавления необходимо наличие некоторого перегрева над равновесной температурой, т. е. термодинамического потенциала

Процесс плавления металла происходит при горении и коротком замыкании электрической дуги и отличается высокой температурой, цикличностью и кратковременностью. Расплавленный металл подхватывается дутьевой струей воздуха ( инертного газа) и распыляется на мельчайшие частицы с большой скоростью. Частицы достигают подготовленной поверхности детали в пластическом состоянии. Ударяясь о поверхность, они деформируются, наклепываются, охлаждаются, образуя пористое, неоднородное покрытие. В последующем нанесенный слой обрабатывается механическим способом до нужного размера

Температура плавления металла — температура, при которой металл переходит из твердого состояния, в котором находится в нормальном состоянии (кроме ртути), в жидкое состояние при нагревании.Температура плавления металлов находится в диапазоне от -39 градусов Цельсия до +3410 градусов.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ ПЛАВЛЕНИЯ

— Легкоплавкие металлы, температура плавления которых колеблется до 600 гр Ц, например (цинк, олово, висмут)

-Среднеплавкие металлы, которые плавятся при температуре от 600-1600 (алюминий, медь, олово, железо)

— Тугоплавкие металлы, температура плавления которых достигает более 1600 гр (вольфрам, титан, хром )

— Ртуть — единственный металл, находящийся при обычных условиях (нормальное атмосферное давление, средняя температура окружающей среды) в жидком состоянии. Температура плавления ртути составляет порядка -39 градусов по Цельсию.

При плавлении металла для изготовления металлических изделий-отливок от температуры плавления зависит выбор оборудования, материала для формовки металла и др. Следует также помнить, что при легировании металла другими элементами температура плавления чаще всего снижается.

При переходе металла из жидкого состояния в твердое образуются кристаллы. Такой процесс называют кристаллизацией.

Причиной кристаллизации является стремление системы перейти в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией, т. е. когда свободная энергия кристалла меньше, свободной энергии жидкой фазы. Переход металла из одного состояния в другое происходит при определенной температуре и сопровождается резким изменением его свойств. Кристаллизация состоит из двух процессов: зарождения мельчайших частиц кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров

В процессе роста кристаллов к их зародышам при­соединяются все новые атомы жидкого металла. Сначала кристаллы свободны и сохраняют правильную геометрическую форму, но это происходит только до момента встречи растущих кристаллов друг с другом. В месте соприкосновения кристаллов рост отдельных их граней прекращается. В результате кристал­лы не имеют правильной геометри­ческой формы. Такие кристаллы называют кристаллитами или зернами. Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем больше кристаллов образуется в данном объеме и каждый кристалл (зерно) меньше.

Выбранный для просмотра документ конспект урока физ хим явл на конкурс.doc

ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

— сформировать представление учащихся о физических и химических явлениях, признаках и условиях протекания химических реакций.

— закрепление навыка проведение и анализа лабораторных экспериментов, вырабатывать навык работать с реактивами, оборудованием .

— развитие представления о взаимосвязи школьных предметов и окружающий жизни

Задачи урока:
а) Образовательные

— наблюдать явления, узнавать их и делать выводы на основе наблюдений;

— проводить химический эксперимент;

— объяснять значение явлений в жизни природы и человека;

— способствовать усвоению понятий : «физические явления», «химические явления», «признаки химических реакций»

— воспитание умения обращаться с химическими реактивами, посудой; соблюдать правила ТБ

— воспитание культуры взаимоотношений при работе в парах

— развивать познавательную активность и самостоятельность учащихся

— совершенствовать умения учащихся наблюдать при выполнения опытов и делать выводы

Тип урока: комбинированный ( словесно – наглядно – практический).

Формы работы учащихся: фронтальная, индивидуальная, групповая.

— словесно – наглядно – практический

Оборудование: пробирки, спички, , спиртовка, вода, сода, серная кислота, раствор хлорида меди( II ), раствор гидроксида натрия, уксус.

Учитель: Ребята, скажите мне, пожалуйста, что такое осень? Какие в это время года происходят изменения?

Учащиеся описывают явления осени, рассказывают какие изменения происходят в это время года.

Учитель: Правильно, таким образом, осень – это явление, при котором происходят различные изменения.

Учитель: Ребята, давайте вспомни определение нашего предмета: Химия – это наука, которая изучает вещества и их свойства. Нас всегда окружают какие-либо вещества, но всегда ли вещества остаются неизменными? В природе непрерывно происходит изменение агрегатного состояния вещества или его формы, а также идёт образование новых веществ. Давайте посмотрим на рисунки природных явлений и дадим им объяснения.

Презинтация слайд № 2-12. Явления: извержение вулкана, образование инея, гниение листьев, образование тумана, пожар в лесу, таяние льда, коррозия металлов, квашение капусты. Попробуйте объяснить, что происходит с веществами в результате этих явлений.

Презентация слайд №13 : Разделите эти явления на две группы и объясните, по какому признаку вы это сделали. ( Происходит обсуждение вопроса, результат заносится в тетрадь ).

Перейдем к экспериментальной работе.

Опыт 1. Плавание парафина.

Поместите в фарфоровую чашечку небольшой кусочек парафина и чашечку с парафином поместите в пламя. После расплавления парафина потушите пламя. Когда чашечка остынет, рассмотрите парафин. Запишите наблюдения (заполните пропуски в предложениях). Какое это явление?

Наблюдения. При нагревании парафина, он ________, переходит в ____________состояние.

Вывод: Это _____________явление.

Перейдем к экспериментальной работе.

Вы должны проделать работу и определить – относится ли это явление к физическому. С особой внимательностью выполните опыты, запишите наблюдения и на основании наблюдений сделайте вывод.

Опыт 2. Испарение воды.

Возьмите фарфоровую чашечку, налейте в нее немного воды, поместите чашечку в пламя.

Наблюдения: При нагревании вода закипела, при этом изменяется ее _________________

Вывод: Это _________________ явление.

На основании выполненных опытов, скажите, какое явление называется физическим? (Слайд №16)

Физическими называют такие явления, при которых данные вещества не превращаются в в другие, а обычно изменяется только агрегатное состояние или форма.

Опыт 3. «Выделение газа».

К белому кристаллическому веществу (мелу) добавим кислоту (уксусную). Запишите наблюдения (заполните пропуски в предложениях). Какое это явление?

При этом наблюдается бурное выделение _______________. Призрак превращения – выделение ….

Вывод. Это __________________________явление.

Почему это явление не относится к физическому? Потому, что образовалось новое газообразное вещество – углекислый газ.

Опыт 4. «Взаимодействие растворов».

Возьмите пробирку и прилейте в нее голубой раствор хлорида меди( II ),) затем добавьте бесцветный раствор гидроксида натрия. Запишите наблюдения (заполните пропуски в предложениях). Какое это явление?

Наблюдения. К раствору ___________________цвета добавили _________раствор. Выпал _____________ цвета. Признак превращения выпадение ________________

Химические явления называются химическими реакциями. Любая химическая реакция сопровождается изменениями, которые называются признаками химических реакций .

Учитель: Ребята, давайте выделим признаки химической реакции.

Учащиеся называют признаки химической реакции, учитель записывает их на доске.

Различают пять таких признаков.

Задание Проведение тестовой работы для закрепления изученного материала

Физические и химические явления.

Какие из перечисленных явлений являются химическими?

1) замерзание воды

3) разложение оксида ртути при нагревании

4) плавление металлов

5) горение свечи

6) сжижение воздуха

7) горение природного газа

Какие из перечисленных явлений относятся к физическим?

б) разложение воды электрическим током

в) взаимодействие цинка с соляной кислотой

г) плавление металла

е) разложение угольной кислоты на углекислый газ и воду

ж) замерзание воды

Ответы: 1. 2-3-5-7 2. а, г, д, ж.

Проверка результатов теста : взаимопроверка ( обмен тетрадями)

Учитель: Что вы сегодня узнали нового? Беседа.

Выписывается на доске новые определения и понятия.

Тест: «Физические и химические явления»

Физические явления: _______

Химические явления: _______

Вода в озере покрылась коркой льда;

Появление ржавчины на железном гвозде;

Золотую проволоку вытянули в нить;

Сжигание бензина в двигателе внутреннего сгорания (в автомобиле);

Ледяная игрушка весной растаяла;

Высыхание дождевых луж;

Для приготовления теста в ложке смешали соду и уксусную кислоту;

Кусочек свинца бросили в азотную кислоту, он «исчез», «растворился», при этом выделился бурый газ;

Лёд уронили, он разбился, и получилось несколько ледышек.

Физические явления: _______

Химические явления: _______

Выветривание горных пород;

Серебряная ложка на воздухе потемнела;

Испарение воды с поверхности реки;

Горение керосина в лампе;

Движение воздуха (ветер);

Скисание молока с образованием кефира;

Плавление куска железа;

Дети на пляже построили из песка замок;

Кусочек цинка бросили в соляную кислоту, при этом интенсивно начал выделяться газ.

Плавле́ние — это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое, то есть переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Плавление происходит с поглощением теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода, которое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения — температура плавления.

Способность плавиться относится к физическим свойствам вещества [1]

При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3422 °C), среди простых веществ — углерод (по разным данным 3500 — 4500 °C [2] ) а среди произвольных веществ — карбид тантала-гафния Ta₄HfC₅ (3942 °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 путём сублимации сразу переходят в газообразное состояние.

Содержание

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.

Кинетика плавления [ править | править код ]

Технически плавление вещества осуществляется с помощью подвода тепловой энергии снаружи образца (внешний нагрев, например, в термической печи) или непосредственно во всём его объёме (внутренний нагрев, например, резистивный нагрев при пропускании тока через образец, или индукционный нагрев в высокочастотном электромагнитном поле). Способ плавления не влияет на основные характеристики процесса — температуру и скрытую теплоту плавления, но определяет внешнюю картину плавления, например, появление квази-жидкого слоя на поверхности образца при внешнем нагреве.

Считается, что плавление характеризуется потерей дальнего ориентационного межатомного порядка в кристалле с переходом к «жидкоподобному» или «газоплотному» беспорядку.

Природа плавления [ править | править код ]

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 − T S <displaystyle F=E-TS> . При низких температурах второе слагаемое (произведение температуры и энтропии) несущественно, и в результате всё сводится к минимизации обычной энергии E <displaystyle 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 <displaystyle E> слегка повысится, но при этом сильно возрастет и энтропия, что в результате приведёт к понижению свободной энергии.

Динамика плавления [ править | править код ]

Изначально, в умозрительном, то есть не количественном, представлении считалось, что в динамике плавление происходит следующим образом. При повышении температуры тела увеличивается амплитуда тепловых колебаний его молекул, и время от времени возникают структурные дефекты решётки в виде перескоков атомов, роста дислокаций и других нарушений кристаллической решетки [4] . Каждый такой дефект, возникновение и перемещение дислокаций требуют определённого количества энергии, поскольку сопровождается разрывом некоторых межатомных связей. Стадия рождения и накопления дефектов называется стадией предплавления. Кроме того, на этой стадии, как правило, при внешнем нагреве возникает квази-жидкий слой на поверхности тела. Считается, что при некоторой температуре концентрация дефектов становится столь большой, что приводит к потере ориентационного порядка в образце, то есть плавлению.

Однако, в связи с тем, что механизм термодеструкции кристалла за счёт образования дефектов и роста дислокаций, протекающей в широком диапазоне температур, не приводит к фазовому превращению 1-го рода, то есть к скачку термодинамических характеристик вещества в конкретной, фиксированной для каждого вещества температурной точке, то Линдеман [5] развил простые представления о ходе процесса плавления, согласно которым амплитуда колебания частиц в точке плавления увеличивается настолько, что становится сравнимой с межатомным расстоянием в кристаллической решётке и приводит к разрушению решётки и потере ориентационного межатомного порядка. Фактически этот «фактор плавления» является основой большинства моделей с определяющей ролью отталкивающей части потенциала парного взаимодействия и наложением условий перехода от порядка к «жидкоподобному» или «газоплотному» беспорядку, рассчитываемых методами Монте-Карло и молекулярной динамики [6] [7] [8] . Однако, было установлено [9] , что в точке плавления среднеквадратичное смещение атомов из состояния равновесия составляет всего около 1/8 межатомного расстояния, что исключает модель Линдемана, то есть соударение атомов как «фактор плавления». При этом энергия атомов оказывается существенно ниже потенциальной энергии атомизации кристаллической решётки.

Теоретические исследования В. Андреева [10] [11] показали, что динамика плавления кристаллического тела, как фазового превращения 1-го рода, определяется (в отличие от модели накопления дефектов и дислокаций и модели Линдемана) «катастрофичеким» (crash — [крэш]) конформационным преобразованием (инвертированием) структуры группы атомов при их тепловых колебаниях с амплитудами, меньшими межатомных расстояний в решетке, сопровождаемым разрушением межатомной связи при преодолении потенциального барьера инвертирования в фиксированной температурной точке с затратой постоянной величины энергии, ниже энергии атомизации решетки, и равной удельной теплоте плавления. Этот механизм приводит к подтверждаемой экспериментально кластерной структуре связанного (конденсированного) жидкого состояния с постоянным (для заданной температуры) средним числом разрывающихся и восстанавливающихся межкластерных и внутрикластерных межатомных связей, обеспечивающих сохранение объёма и определяющих подвижность (текучесть) и химическую активность жидкости. С ростом температуры количество атомов в кластерах уменьшается за счет увеличения разорванных связей. Образующиеся свободные атомы (молекулы) испаряются с поверхности жидкости или остаются в межкластерном пространстве в качестве растворённого газа (пара). При температуре кипения вещество переходит в моноатомное (мономолекулярное) газообразное (парообразное) состояние.

Плавление в двумерных системах [ править | править код ]

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.