2019-04-16 20:02:51

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熔解,是指物质由固相转变为液相的相变过程。它是凝固的相反过程。在一定的压强下 ,固体(晶体)要加热到一定温度(熔点)才能熔解,熔解过程中温度不变,从外界吸热。

在熔解过程中,要吸收热量,这部分热量是熔解热。熔解过程吸收热量的多少,只能影响熔解的快慢,而不能影响熔解温度的高低,即熔解过程中温度不变,直至全部晶体都变成液体时为止,晶体熔解时对应的温度,称为熔点。

基本信息

  • 中文名

    熔解

  • 外文名

    fusion

  • 概念

    是物质由固相转变为液态

  • 发生条件

    熔解过程是在一定温度下进行的

  • 特点

    饱和蒸气压

  • 温度

    熔解过程中温度不变,从外界吸热

折叠 编辑本段 简述

物质从固相转变为液相的过程称为熔解,在一定压强下,晶体在确定的温度下熔解,这一温度称为晶体在该压强下的熔点,熔解过程中系统的温度保持不变,但要吸收热量。熔解单位质量晶体所需的热量称为熔解热,对晶体来说,熔解是粒子由规则排列转向非规则排列的过程,实质上是由远程有序转为远程无序的过程,熔解热是破坏点阵结构所需的能量,因而熔解热可以用来衡量结合能的大小。

固态熔解特点是物质的物理性质发生显著变化,主要是饱和蒸汽压、电阻率以及熔解气体能力的变化,特别是体积的变化。

如图所示,熔点与压强的关系可用p-T图上的熔解曲线OL表示。在熔点时固液两相平衡共存,低于熔点时以固相存在,高于熔点时则以液相存在。因此,熔解曲线OL左方为固相存在的区域,熔解曲线OL和汽化曲线OK之间为液相存在的区域,熔解曲线OL和汽化曲线OK的交点O为三相点。三相点O既在熔解曲线上,也在汽化曲线上,因此,在三相点同、液、气三相可以平衡共存。熔解曲线只有一个端点,即三相点。到目前为止还未从实验上发现熔解曲线有临界点。

折叠 编辑本段 原理

在熔解过程中,吸收热量的多少,只能影响熔解的快慢,而不能影响熔解温度的高低。这说明晶体在熔解和凝固的过程中具有共同的特征。温度保持不变,晶体的液态和固态之间有着明显的界限。这是由于晶体的分子是按一定的规则排列成为空间点阵的。分子只能在平衡位置附近不停地振动,因此,它具有动能;同时,在空间点阵中,由于分子之间相互作用,它又同时具有势能。晶体在开始熔解之前,从热源获得的能量,主要是转变为分子的动能,因而使物质的温度升高。但在熔解开始时,热源传递给它的能量,是使分子的有规则的排列发生变化,分子之间的距离增大以及分子离开原来的平衡位置移动。这样加热的能量就用来克服分子之间的引力做功,使分子结构涣散而呈现液态。也就是说,在破坏晶体空间点阵的过程中,热源传入的能量主要转变为分子之间的势能,分子动能的变化很小,因此,物质的温度也就没有显著的改变。所以熔解过程是在一定温度下进行的。

折叠 编辑本段 详析

折叠 作用

晶体的熔解是其晶格粒子由规则排列转化为无序状态的过程,熔解热是破坏点阵结构所需的能量,可用来衡量晶体结合能的大小。

折叠 熔点

不同晶体的熔点不同,同一晶体的熔点还与熔解时的压强有关。在 p-T 图上表示熔点与压强关系的曲线称为熔解曲线,它是固、液相的分界线,曲线上各点表示固、液相平衡共存的各个状态。大多数晶体熔解时体积膨胀,熔点随压强增大而降低。熔点还与晶体纯度有密切关系,少量杂质往往可显著降低其熔点,合金的熔点就往往低于其中各金属成分的最低熔点。

非晶体固体如玻璃、石蜡树脂沥青、塑料等的熔解并不在特定温度下进行,无熔点可言。它们在熔解过程中随着温度的上升逐渐软化,最终变成液体。

非晶体在熔解过程中,随温度的升高而逐渐软化,最后全部变为液体,所以熔解过程不是与某一确定温度相对应,而是与某个温度范围相对应。因为非晶体物质的分子结构跟液体相似,它的分子排列是混乱而没有规则的,即使由于它的粘滞性很大,能够保持一定的形状,但是实际上它并不具有空间点阵的结构。热源传递给它的能量,主要是转变为分子的动能。所以在任何情况下,只要有能量输入,它的温度就要升高。因此它没有一定的熔解温度,并且在熔解过程中温度是不断上升的。

折叠 物理性质变化

固态在熔解时,物质的物理性质要发生显著变化,其中最主要的是饱和蒸汽压、电阻率以及熔解气体能力的变化,特别是体积的变化。例如,冰总是浮在水面上,严冬季节,盛满水的瓶子因冻结而将杯胀裂。固体石蜡放入熔解的液体石蜡里,会下沉到底部。从而得出固态熔解成液态,或液态凝固成固态时,体积和密度通常是要发生变化的。大多数物质如石蜡、铜、、锡等,在溶解时体积变大,在凝固时体积要缩小。这是因为在晶体内分子有规则排列时所占的体积要比在液体内分子杂乱无章排列时所占的体积小些。但也有少数物质例外,例如,冰、铋和锑等,它们在凝固时体积反而变大,熔解时体积反而缩小。利用这一特点,在铸铅字时,常常要在铅中加入一些铋、锑等金属,使其在凝固时膨胀,字迹清晰。

折叠 编辑本段 固体熔解

熔解是物质从固态转化为液态的过程。对于纯金属,当其在一定的压力下加热到一定的温度(熔点)时,便开始发生熔解。在熔解过程中虽然吸收热量,但温度保持不变,直到全部变为液体为止。纯金属的熔解速度取决于熔解过程的传热速度;而对于合金,由于它的熔点是成分的函数,因而只有当合金表面的温度和成分达到液相线以上的温度和成分时,合金才能够开始熔解。因此,合金的熔解速度同时受传热速度和元素的迁移速度所控制。

折叠 废钢的熔解

1、废钢熔解的一般过程

在转炉炼钢过程中,常加人一定量的废钢作为原料来提高钢的产量。加入到转炉铁水中的废钢在铁水中的熔解过程可分为四个阶段:(1)熔体在废钢表面形成凝固壳层;(2)凝固壳层熔化;(3)加热废钢表面层至其液相线温度;(4)过热到废钢表面,达液相线温度的废钢强烈熔化。其中,前三个阶段构成了第一个加热期,这时加入的废钢内部吸入的热量超过了铁水供给的热量,因而在废钢表面形成了凝固壳层。第四个阶段则构成了第二个加热期,外部的热通量超过了内部的热通量,因而凝固层被熔化而进入铁水中。

折叠 渣料的熔解

石灰石煅烧成的石灰具有多孔结构。在转炉内,当初期渣(FeO-SiO2系)形成后,它能通过石灰表面向其内部空隙扩散使石灰解体,解体后分高形成的多个石灰单晶粒分布在熔渣中并迅速完全熔解,使熔渣的碱性提高。

纯石灰的熔点约为2600℃,比渣液的温度高。因此,要使石灰在渣中熔解,需要在渣与石灰的界面上生成低熔点的中间相。为实现此目的,需要使渣中FeO、MnO等向石灰表面扩散,在石灰表面层生成mCaO·nFeO、mCaO·nFe2O3、 CaO·Mn3O4等易熔中间相,因此,石灰的熔解速度与渣液中氧化铁的含量、渣液的流动性以及石灰的结晶结构等因家有关。特别是,当渣液中FeO <20%时,在石灰表面上易生成高熔点难熔相2CaO·SiO2(=(C2S),它会使石灰的熔解速度减慢。

渣中(FeO)的扩散比(SiO2)的扩散快得多,因而前者能迅速溶解到石灰内,形成铁酸钙低熔点化合物,从而使石灰熔解。此外,渣中的(SiO2)能与石灰外层的CaO作用, 形成高熔点的C2S致密壳层, 能阻碍(FeO)向石灰内扩散, 使石灰的熔解速度下降。因此,在石灰熔解过程中,应设法阻比或减慢硅酸钙壳层的形成或设法增大它们在请中的溶解度。能够形成低熔点化合物的(FeO)的存在能够破坏础酸钙的结构,因此应尽量促使其快速形成并提高其含量。熔解完半的CaO经过石灰外的边界层向熔查中扩散,它是石灰在渣中熔解速度的限制环节,所以加强熔池搅拌能够加速其熔解过程。

折叠 编辑本段 扩展

熔解和凝固

物质从固态变成液态叫做熔解,从液态变成固态叫做凝固。

晶体有一定的熔解温度--熔点。晶体在熔解过程中,当温度升高到熔点时,晶体才开始熔解,在熔解过程中温度保持不变,到全部熔解后,温度才继续上升,其逆过程是液体温度降低到熔点时才开始凝固,凝固过程中,温度也保持不变,到全部凝固后,温度才继续下降,非晶体没有一定的熔点,温度升高时,非晶体先是由硬变软,再逐渐变成黏稠状液体,最后逐渐变成液体,整个过程中温度不断升高,冷却时情况正好相反。

实验表明,大多数物质在熔解时体积膨胀,凝固时体积缩小,其熔点即凝固点随压强的增大而升高;少数物质如水、灰铸铁、锑、铋等熔解时体积缩小,凝同时体积膨胀,其熔点即凝固点随压强的增加而降低,不过压强对熔点的影响并不显著,如每增加1 atm,冰的熔点才降低0.0075℃。

另外,纯物质中掺进另一种物质,熔点要降低,如冰和食盐的混合物,熔点可以降低到-20℃以下。

晶体在熔解过程中不断从外界吸收热量,但温度不变,吸收的热量主要用于破坏晶体的空间点阵,增加分子势能。在具体计算中,一般可忽略其体积的变化(即忽略对外界做功这项)。我们把单位质量的某种物质熔解成同温度的液体时吸收的热量,叫做这种物质的熔解热,符号A,单位J·kg;液体凝固时要放出热量,单位质量的某种物质凝固时放出的热量等于它的熔解热。

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