Билеты по физике1 / 45-1
.docКристаллизация и плавление.
Опыт показывает, что при достаточно низком давлении и при понижении температуры все вещества, за исключением гелия, переходят в твердое состояние, т.е. кристаллизуются.
Жидкий Не II при давлении меньше 3 МПа остается жидким вплоть до температуры 0 К. Лишь при давлении свыше 3 МПа он при достаточно низкой температуре переходит в твердое состояние. Такое поведение жидкого гелия обусловливается квантовыми эффектами.
При высоком давлении с понижением температуры большинство веществ также переходит в твердое состояние. Исключением из этого правила является ряд аномальных веществ, которые остаются жидкими при очень большом давлении вплоть до температуры 0 К.
К аномальным относятся вещества, плотность которых уменьшается при переходе из жидкого в твердое состояние при условии, что эта особенность сохраняется вплоть до очень большого давления и малых температур. Температура плавления этих веществ при увеличении давления уменьшается. Например, вода при температуре около 0°С и давлении вблизи атмосферного является анормальным веществом, поскольку плотность льда меньше плотности воды. Однако с повышением давления лед переходит в другие модификации, для которых аномальность не имеет места. Поэтому при очень высоком давлении и соответствующей температуре вода существует в твердом состоянии в виде льда. К аномальным веществам, которые при достаточно высоком давлении остаются (жидкими вплоть до очень низкой температуры, относятся, например, висмут и сурьма.
Переход из жидкого состояния в твердое происходит при определенных температуре и давлении. Этот процесс называется кристаллизацией. Обратный процесс называется плавлением. При плавлении необходимо затрачивать теплоту для перевода вещества из твердого состояния в жидкое без изменения температуры. Эта теплота называется скрытой теплотой плавления. При кристаллизации выделяется теплота кристаллизации.
Скрытая теплота плавления, отнесенная к массе вещества, является удельной скрытой теплотой плавления. Удельной скрытой теплотой плавления называется количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое при температуре плавления без изменения температуры.
Кристаллизация и сублимация.
При достаточно малых давлениях переход в твердое состояние осущест-ся сразу из газооб-ого состояния минуя жидкую фазу, и, наоборот, при нагревании твердого тела при соответствующем давлении оно не плавится, переходя в жидкое состояние, а сразу переходит в газооб-ое состояние, как говорят, возгоняется, или сублимируется. Кристаллизация из газообразного состояния и возгонка также происходят при определенных температуре и давлении и сопровождаются поглощением или выделением скрытой теплоты. Поэтому они также являются фазовыми переходами первого рода.
Полиморфи́зм криста́ллов (от греч. polýmorphos — многообразный) — способность вещества существовать в различных кристаллических структурах, называемых полиморфными модификациями (их принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.)
Характерен для различных классов веществ. Полиморфизм для простых веществ называют аллотропией.
Частный случай полиморфизма, характерный для соединений со слоистой структурой — политипи́зм (политипи́я). Такие модификации, политипы, отличаются между собой лишь порядком чередования атомных слоёв.
Причины возникновения полиморфизма
Полиморфизм объясняется тем, что одни и те же атомы вещества могут образовывать различные устойчивые кристаллические решётки, соответствующие минимумам на поверхности энергии Гиббса. Стабильной модификации отвечает глобальный минимум, метастабильным - локальные минимумы. При повышении температуры более прочная кристаллическая решётка низкотемпературной модификации может характеризоваться меньшей энтропией за счёт того, что она менее восприимчива к возбуждению тепловых колебаний, поэтому другая модификация, характеризующаяся более крутой зависимостью энергии Гиббса от температуры, становится более выгодной.