» » Тепловые свойства жидких металлов
22.04.2015

Теплота плавления некоторых металлов указана ниже:
Тепловые свойства жидких металлов

Если сравнивать теплоты плавления, выраженные в джоулях на грамм, то бросается в глаза очень большая разница в величинах. У легкоплавких металлов — олова, висмута, цинка — теплота плавления составляет всего несколько десятков джоулей на 1 г, у меди, никеля, железа она измеряется величиной в 200 300 Дж/г, у магния и алюминия приближается к 400 Дж/г. Поразительно большие теплоты плавления имеют кремний и бериллий — 1800 и 1590 Дж/г, что в 20—30 раз больше, чем у олова и висмута. Однако если учесть, что теплота плавления отражает энергию, необходимую для разрушения кристаллической решетки, в узлах которой находятся атомы (у металлов — ионы), то более правильно теплоту плавления относить не к единице массы, а к единице количества вещества — молю. Эта энергия необходима для разрушения такого объема кристаллической решетки, в узлах которого находится одинаковое число атомов — 6,02*10в23 (число Авогадро). Переход к молярной теплоте плавления, выраженной в кДж/моль, дает возможность увидеть, что у типичных металлов, обладающих четко выраженной металлической связью в кристаллической решетке молярная теплота плавления составляет 4—18 кДж/моль. Как видно, наблюдается заметное возрастание этой характеристики от 4,3—6,8 кДж/моль у свинца и цинка до 13,9—17,5 кДж моль у железа и никеля. Это объясняется тем, что температура плавления также отражает энергию межатомных связей кристаллической решетки.
Как видно из приведенных выше данных, по молярной теплоте плавления выпадают олово и висмут и особенно германий и кремний. Германий и кремний имеют так называемую алмазную кристаллическую решетку с очень прочными ковалентными связями между атомами. Именно поэтому у них очень большая молярная теплота плавления, превосходящая теплоту плавления металлов в 3—4 раза. Олово и висмут обладают нехарактерными для металлов рыхлыми кристаллическими структурами, в которых имеется значительная доля ковалентных связей, что и отражается в повышенных величинах молярной теплоты плавления: 7—8,8 вместо ожидаемых 4 кДж.
Теплоемкость жидких металлов вблизи точки кристаллизации приведена ниже:
Тепловые свойства жидких металлов

По сравнению с теплоемкостью твердого металла при точке плавления эти значения примерно в 1,1—1,5 раза больше. Какой-либо закономерности не усматривается при сравнении теплоемкости, выраженной через Дж/(г*К). Переход к молярной теплоемкости, т. е. к Дж/(моль*К), позволяет сказать, что у жидких металлов она составляет 29—40 Дж/(моль*К) и явно возрастает с увеличением температуры плавления металлов. Причины этого те же, что и в случае молярной теплоты плавления.
Теплоемкость жидких металлов, как и твердых, возрастает с повышением температуры.
Теплопроводность λ жидких металлов изучена недостаточно. Из приведенных ниже данных можно отметить, что теплопроводность жидких металлов составляет примерно 0,5—0,6 от тепло-
Тепловые свойства жидких металлов

Теплообмен в жидких металлах осуществляется не только теплопроводностью, но и посредством свободной конвекции, которая определяется зависимостью плотности жидкого металла от температуры, вязкостью металла, его теплопроводностью и земным ускорением.
Теплота образования жидких сплавов измеряется той энергией, которая поглощается или выделяется при взаимном растворении двух жидких металлов, взятых при одинаковой температуре. В термодинамике принято считать положительной энергию, поглощенную системой, и приписывать ей знак «+». Энергия, выделившаяся из системы, считается отрицательной и обозначается знаком «-». Этот подход будет соблюден и в данном разделе. Количество энергии, поглощенное или выделенное при образовании сплавов, относят к 1 молю сплава и называют ее интегральной молярной теплотой смешения или образования.
В двухкомпонентных сплавах теплота образования, обозначаемая ΔН, обычно меняется по кривой с экстремумом. Эта кривая близка к параболе. Максимум или минимум кривой приходится на сплавы примерно эквиатомного состава, т. е. при атомной доле каждого из компонентов около 0,5 или 50 % (ат.). Это наибольшая по абсолютному значению теплота образования обозначается ΔHmax. В табл. 2 приведены величины ΔHmax для некоторых систем с указанием температуры и состава сплава, на который приходится эта величина.
Тепловые свойства жидких металлов

Из данных табл 2 видно, что теплоты образования жидких сплавов могут иметь в различных системах положительные и отрицательные значения, при этом в последнем случае ΔHmax может достигать очень больших величин, превосходящих теплоты плавления металлов.
Из этих данных можно сделать определенные выводы. Теплота образования сплавов близка к нулю или имеет небольшую величину в том случае, если в системе наблюдаются непрерывные твердые растворы от А до В. Примером таких систем могут служить Au—Cu, Bi—Sb. Если же в системе при переходе в твердое состояние образуются два ограниченных твердых раствора с простым эвтектическим или перитектическим превращением, то ΔHmax имеет положительный знак, а абсолютное значение может доходить до нескольких килоджоулей на моль. В табл. 2 к подобным системам относятся Ag—Cu, Bi—Sn, Pb—Sn, Al—Zn. Наконец, если в системе в твердом состоянии имеются промежуточные фазы, то теплота образования жидких сплавов всегда отрицательна и может быть очень большой. В табл. 2 к таким системам относятся Mg—Sn и все расположенные ниже ее. Рекордной в этом отношении является система Y—Si, где ΔHmax достигает величины почти 80 кДж/моль, что существенно больше атомной теплоты плавления самого энергоемкого элемента при плавке — кремния.
Величина теплоты образования жидких сплавов мало меняется с повышением температуры. Теплота образования твердых сплавов последних семи систем, приведенных в табл. 2, лишь немного больше по абсолютной величине, чем жидких.