Точка на топење

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај

Точка на топење (или, точка на ликвифација) на цврсти супстанци е температура на која супстанца ја менува состојбата од цврста во течна при атмосферски притисок. При точката на топење цврстата и течната фаза егзистираат во еквилибриум.Точката на топење на супстанците зависи од притисокот кои вообичаено е специифициран како [[ Стандарден пристисок|стандарден]].Кога се разгледува температурата на која течноста се менува во цврста форма, таа се реферира како точка на мрзнење или точка на кристализација . Затоа што некои супстанци имаат способност да бидат супер ладни,точката на мрзнење не се смета како карактеристично својство на супстанцата. Кога "карактеристичната точка на мрзнење" на супстанцата е определена, всушност актуелната методологија е секогаш "принцип на губиње повеќе од формирање на мраз", тоа е точка на топење.[1]

Примери[уреди | уреди извор]

Шаблон:Последователни

Melting points (in blue) and boiling points (in pink) of the first eight carboxylic acids (°C)

За најголем број супстанци, точката на топење and точката на мрзнење се приближно еднакви. На пример, точката на топење и точката на мрзење на жива е 234.32 келвина(−38.83 °C or −37.89 °F).[2] Како и да е,некои супстанци поседуваат различни цврсто-течни транзициони температури. На пример,агарсе топи на 85 °C (185 °F),а се сцврстнува од 31 °C to 40 °C (89.6 °F to 104 °F); оваа зависност е позната како хистерезис.

Точката на топење на мраз при притисок од 1 атмосфера е многу блиску [3] to 0 °C (32 °F, 273.15 K);тоа е исто така познато како точка на мраз. Во присуство на нуклеарни супстанци точката на мрзење на вода е исто како точката на топење,но во отсуство на нуклатори водата може да биде супер ладна до −42 °C (−43.6 °F, 231 K) пред да се замрзне.

Хемискиот елемент со највиска точка на топење е tungsten, на 3687 К(3414 °C, 6177 °F)[4] што го прави одличен за употреба. Често цитираниот карбон не се топи при нормален притисок,но сублимира на околу 4000 K; во течна фаза егзистира само при притисок 10 MPa и 4300–4700 K (see Carbon phase diagram). Tantalum hafnium carbide (Ta4HfC5) е рефракторометриско соединение со многу висока точка на топење од 4215 K (3942 °C, 7128 °F).[5] На другата страна од скалата, хелиумот не се замрзнува при нормален притисок, дури при температури блиски до апсолутна нула. За негово замрзнување потребен е притисок 20 пати поголем од нормалниот атмосферски притисок.

Мерење на точка на топење[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Melting point apparatus.
Kofler bench with samples for calibration

Многу лабараториски техники постојат за одредување за точката на топење. Kofler bench е метална трака со облежани температури (од собна температура до 300 °C). Било која супстанца која ќе се стави на делот од траката се однесува согласно со температурата која што е ставена.Differential scanning calorimetryдава за информација за точка на топење заедно со неговата eнталпија на фузија.

Automatic digital melting point meter

Основниот апарат за мерење на точка на топење на кристалните супстанци се состои од маслена бања со транспаренто прозорче (најчест дизајн: Тијаловата туба). Неколку зрнца на цврстата супстанца се става во тенка стаклена туба и делумно се потпува во маслената бања. Маслената бања се загрева со мешање и со помош на додаден извор на светлина и топењето на поединечни кристали може да се приметат при одредена температура. Кај големо/мали дадатоци, пробата може да се смести во блокот за загревање и оптичката детекција е автоматска. Мерењето може исто така да се направи континуиарно со оперативен процес. На пример, рафинериите за масло ја мерат точката на мрзнење на дизелот онлајн,што значи дека пробата се зема од процесот на добивање и се мери автоматски. Ова значи дека за почестите мерења на пробите немора да се земаат рачно и да се собираат за лабараторија.

Термодинамика[уреди | уреди извор]

Pressure dependence of water melting point

Не само загревање е потребно да ја покачи температурата на цврстите супстанци до точката на топење,но топењето само по себе бара топлина која се нарекува топлина на фузија.

Од термодинамична гледна точка, точката на топење во Гипсова слободна енергија (ΔG) на материјалот е нула,но енталпијата (H) и eнтрпијата (S) на материјалот е растечка (ΔH, ΔS > 0). Феноменот на топење се случува кога Гипсовата слободна енергија на течноста ќе стане пониска од таа на цврстата форма на материјалот.При различни притисоци ова се случува на специфични температури.Ова исто така може да биде претставено како:

Каде што T, ΔS и ΔH се соодветни температури на точка на топење, промена на енторпијата при топењето и промена на eнталпија при топењето.

Точката на топење е осетлива при екстремно големи промени во притисокот.Ако,во најчест број разгледувани случаеви се во цврста состојба отколку во течна, точката на топење ќе се зголемува со зголемувањето на притисокот. Поинаку кажано и со спротивното однесување ќе се забележи соодветно.Забележан е случајот со водата која е графички илустирана на десно,но исто така и Si, Ge, Ga, Bi. При екстемно големи промени во притисокот,се забележуваат и екстремно големи промени и во точката на топење. На пример, точката на топење на силикон при нормален притисок (0.1 MPa)е 1415 °C, но при притисок од 10 GPa таа се намалува на 1000 °C.[6]

Точката на топење најчесто се употребува за каракгеризација на органски и неоргански соединенија и за да одреди нивната чистота. Точката на топење на чистите супстанци е секогаш повисока и има помал ранг од точката на топење на онечистена супстанца.Што е поголемо количеството на други компоненти точката на топење е пониска со поширок ранг на точка на топење.Температурата на која што почнува топењето е позната како "solidus" додека температурата на која што топењето е комплетно се вика "liquidus". Еутектички смеси се специјални типови на микстури кои што се оденсуваат како едната фаза.Тие се топат на константна температура и формираат течност на истото соединение.Алтернативно, со ладење на течностите кај еутектичките композиции ќе се сцврснат како униформни дисперзии, малечки мешани кристали од истото соединение.

Наспроти кристалните супстанци,стакленитене поседуваат точка на топење; кога се загреваат тие преидуваат во мека стаклена транзиција и после преминуваат во вискозна течност. Ако продолжи загревањето,тие постапно омекнуваат кои што се карактеризира со точка на омекнување.

Намалување на точка на мрзнење[уреди | уреди извор]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Freezing-point depression.

Точката на мрзнење на раствор се намалува кога ќе и се додаде друго соединение, што значи дека растворотима пониска точка на мрзнење отколку чистиот растворувач. Овој фонемен се користи во технички апликации за да се избегне смрзнувањето, на пример со додавање на сол или етилен гликол во вода.

Карнеловиот закон[уреди | уреди извор]

Во oрганската хемија Карнеловиот закон, потврден во 1882 од Томас Карнели, стои дека високата молекуларна симетрија е поврзана со високата точка на топење.[7] Карнели го базирал неговиот закон на исптувања на 15,000 хемиски супстанци,На пример, за три структурни изомери со молекуларна формула C5H12 точката на топење расте во сериитеизопентан −160 °C (113 K) n-пентан −129.8 °C (143 K) and неопентан −16.4 °C (256.8 K).[8] Исто така и кај кслиените и дихлоробензенитеточката на топење расте по редослед мета,орто и потоа пара. Пиридинот има помала симетрија од бензените и соодветно пониска точка на топење ,но точката на топење повторно се зголемува кај дијазините и тријазините. Многу циклични соединенија како адамантан и кубан со висока симетрија имаат релативно висока точка на топење.

Високата точка на топење резултира од високата топлина на фузија и ниска ентропија на фузија или комбинација од дветте. Во високо симтеричните молекули кирсталната фаза е густо спакувана со доволен број интрамолекуларни интеркации и висока енталпија која ја менува топењето

Предвидување на точка на топење на супстанци[уреди | уреди извор]

Како додадок на предвидувањето на точката на топење на кристалните материјали прв пат е поставено во 1910 од Frederick Lindemann[9] Идеата позади теоријата беше да се набљудуваат средните амплитуди од термалните вибрации кои што се зголемуваат со зголемувањето на температурата. Топењето почнува кога амплитудата на вибарацијата станува доволно голема да ги одвои атомите во истиот простор. Во Лидеманиовиот критериум стои дека топењето е очекувано кога коренот на амплитудата на вибарцијата ја надмниува долната граница.

Предпоставувајќи дека сите атоми во кристалот вибрираат со иста фрекфренција ν, и средната термална енергија мозе да се предтави со равенкатаequipartition theorem as[10]

m - атомска маса, ν - фрекфренција, u средна вибрациона амплитуда, kB - Boltzmann constant, и T - апсолутна температура. Кога граничната вредност u2 е c2a2 каде c е Линдеманова константа иa е атомски пристор, тогаш точката на топење може да се представи како

Други често употребувани равенки од Линдеманиовиот кретериум се is[11]

Од равенксата за Debye фрекфренција заν, ние имаме

каде θD еDebye температура и h е Планкова константа. Вредноста c се движи во ранг од 0.15-0.3 за најголем број на материјали[12]

Отворени подадоци за точка на топење[уреди | уреди извор]

Во фебрурари 2011[13] Alfa Aesar ослободи над 10,000 точки на топење на соединенија од нивнот каталог како отворени податоци. Овие податоци се лесно достапни и можат да се симнат од интернет[14] Овие податоци може да се употребат за да се креира рандом форест модел за предвидување на точка на топење[15] познати како слободни за употреба.[16] Отоврени податоци за точка на топење се исто така достапни и од Nature Precedings .[17]

Поврзано[уреди | уреди извор]

References[уреди | уреди извор]

  1. Ramsay, J. A.. A new method of freezing-point determination for small quantities. „J. Exp. Biol.“ том  26 (1): 57–64. PMID 15406812. http://jeb.biologists.org/cgi/reprint/26/1/57.pdf. 
  2. Haynes, p. 4.122.
  3. The melting point of purified water has been measured as 0.002519 ± 0.000002 °C, see Feistel, R. and Wagner, W.. A New Equation of State for H2O Ice Ih. „J. Phys. Chem. Ref. Data“ том  35 (2): 1021–1047. doi:10.1063/1.2183324. Bibcode2006JPCRD..35.1021F. 
  4. Haynes, p. 4.123.
  5. Agte, C., and Alterthum, H.. Researches on Systems with Carbides at High Melting Point and Contributions to the Problem of Carbon Fusion. „Z. Tech. Physik“ том  11: 182–191. 
  6. Tonkov, E. Yu. and Ponyatovsky, E. G. (2005) Phase Transformations of Elements Under High Pressure, CRC Press, Boca Raton, p. 98 ISBN 0-8493-3367-9
  7. Brown, R. J. C. & R. F. C.. Melting Point and Molecular Symmetry. „Journal of Chemical Education“ том  77 (6): 724. doi:10.1021/ed077p724. Bibcode2000JChEd..77..724B. 
  8. Haynes, pp. 6.153–155.
  9. Lindemann FA. The calculation of molecular vibration frequencies. „Physik. Z.“ том  11: 609–612. 
  10. Sorkin, S., (2003), Point defects, lattice structure, and melting, Thesis, Technion, Israel.
  11. Philip Hofmann (2008). Solid state physics: an introduction. Wiley-VCH. стр. 67. ISBN 978-3-527-40861-0. http://books.google.com/books?id=XfIpxi4kcM4C&pg=PA67. конс. 13 март 2011 г. 
  12. Nelson, D. R., (2002), Defects and geometry in condensed matter physics, Cambridge University Press, ISBN 0-521-00400-4
  13. Bradley, J-C., (2011), Alfa Aesar melting point data now openly available
  14. Open Melting Point Datasets. Lxsrv7.oru.edu. Retrieved on 13 September 2013.
  15. Bradley, J-C. and Lang A.S.I.D. (2011) Random Forest model for melting point prediction. onschallenge.wikispaces.com
  16. Predict melting point from SMILES. Qsardb.org. Retrieved on 13 September 2013.
  17. ONS Open Melting Point Collection. Precedings.nature.com. Retrieved on 13 September 2013.

Bibliography[уреди | уреди извор]

  • Haynes, William M., уред (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd издание). CRC Press. ISBN 1439855110. 

External links[уреди | уреди извор]

Шаблон:State of matter