熔化

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熔化

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熔化或融合是导致物质从固体相变液体的物理过程。 当固体的内能增加时会发生这种情况,通常是通过施加热量或压力,这会将物质的温度增加到熔点。 在熔点处,固体中离子分子的有序性分解为不太有序的状态,固体熔化成为液体。

当温度升高时,处于熔融状态的物质通常具有降低的粘度。 该原理的一个例外是元素,由于聚合作用,其粘度在 160 °C 至 180 °C 范围内增加。

一些有机化合物通过中间相熔化,中间相是固体和液体之间的偏序状态。

一阶相变

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热力学的角度来看,在熔点处物质的吉布斯自由能变化ΔG为零,但焓(H)和熵(S)有非零变化,分别称为焓 聚变(或聚变潜热)和聚变熵。 熔化因此被归类为一阶相变。 当液体的吉布斯自由能低于该材料的固体时,就会发生熔化。 发生这种情况的温度取决于环境压力。

低温氦是一般规则的xxx已知例外。 氦 3 在低于 0.3 K 的温度下具有负熔化焓。氦 4 在低于 0.8 K 的温度下也具有非常轻微的负熔化焓。这意味着,在适当的恒定压力下,必须从这些物质中去除热量,以便 融化它们。

标准

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在熔化的理论标准中,Lindemann 和 Born 标准是最常用作熔化条件分析基础的标准。

林德曼准则指出,熔化的发生是由于振动不稳定性,例如 晶体熔化; 当原子热振动的平均振幅与原子间距离相比相对较高时,例如 <δu2>1/2> δLRs,其中 δu 是原子位移,林德曼参数 δL ≈ 0.20...0.25,Rs 是原子间距的二分之一。 Lindemann 熔化准则得到结晶材料和非晶材料中玻璃-液体转变的实验数据的支持。

玻恩准则基于由消失的弹性剪切模量引起的刚性突变,即当晶体不再具有足够的刚性来机械承受载荷时,它会变成液体。

过冷

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在一组标准条件下,物质的熔点是一种特性。 熔点通常等于凝固点。 然而,在精心创造的条件下,可能会发生超过熔点或冰点的过冷过热。 非常干净的玻璃表面上的水通常会过冷到冰点以下几度而不结冰。 纯水的精细乳液已冷却至 −38 °C,没有成核形成冰。 由于材料特性的波动而发生成核。 如果材料保持静止,通常没有任何东西(例如物理振动)触发这种变化,并且可能会发生过冷(或过热)。 在热力学上,过冷液体相对于晶相处于亚稳态,很可能突然结晶。

眼镜

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玻璃是无定形固体,通常是在熔融材料快速冷却至低于其玻璃化转变温度时制造的,没有足够的时间形成规则的晶格。 固体的特点是分子之间的连接度很高,而流体结构块连接度较低。 固体材料的熔化也可以被认为是通过颗粒之间断开的连接进行的渗滤,例如 连接债券。 在这种方法中,当断裂的键形成渗流簇时,会发生非晶态材料的熔化,其 Tg 取决于键的准平衡热力学参数,例如 关于在给定条件下给定系统中键形成的焓 (Hd) 和熵 (Sd):

熔化

其中 fc 是渗透阈值,R 是通用气体常数

尽管 Hd 和 Sd 不是真正的平衡热力学参数并且可能取决于熔体的冷却速率,但它们可以从可用的非晶材料粘度实验数据中找到。

即使低于其熔点,也可以在晶体表面观察到准液态薄膜。 薄膜的厚度取决于温度。 这种效应对所有结晶材料都很常见。 预熔显示其效果,例如 冻胀、雪花的生长,并且考虑到晶界界面。

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  1. 熔化
  2. 一阶相变
  3. 标准
  4. 过冷
  5. 眼镜

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