Вище цієї температури метал знахо-диться в рідкому стані, нижче - в твердому. Перехід металу з рідкого со-стояння в тверде супроводжується виділенням прихованої теплоти кристалізації. Тому незважаючи на охолодження, температура металу залишається незмінною до закінчення процесу кристалізації (горизонтальну ділянку на кривій охлаж-дення). Після закінчення процесу кристалізації метал в твердому стані рівномірно охолоджується - крива плавно йде вниз.
Практично при швидкому охолодженні процес кристалізації металів протікає трохи інакше. Щоб викликати кристалізацію, рідкий метал нуж-но охолодити до температури нижчої, ніж температура кристалізації, тобто метал потрібно переохолодити. Температура Тп, при якій практично починаючи-ється кристалізація, називається фактична температура крісталлізаціі.Разность між теоретичної та практичної температурами кристалізується-цііназивается ступенем переохолодження. Ступінь переохолодження може бути незначною (крива 2) і великий (крива З). В останньому випадку прихованої-тая теплота кристалізації виділяється через велику переохолодження Яка ж-ко бурхливо, що температура підвищується стрибкоподібно (петля на кривій) і наближається до теоретичної. Так кристалізується, наприклад, сурма. Для біль-шинства металів ступінь переохолодження при кристалізації незначна. При переході з рідкого стану в тверде утворюється кристалічна решітка, виникають кристали, такий процес називається кристалізацією. Енергетичне стан системи, яка має величезне число охоплених тепловим рухом частинок (атомів, молекул), характеризується особливою Термодім-наміческіх функцією F, яка називається вільною енергією. (F = U-TS, де U- внут-ренняя енергія системи, Т- абсолютна температура. S - ентропія). Можна ска-мовити, що чим більше F, тим система менш стійка, і якщо є можли-ність, то система переходить в стан, де F менше (подібно кульці, кото-рий скочується з положення 1 в положення 2, якщо на шляху немає перешкод). Зі зміною зовнішніх умов, наприклад температури, вільна енергія системи змінюється по складному закону, але по-різному для рідкого і кристалічного станів. При повільному охолодженні виходить грубозерниста структура металів. З-відповідально, при швидкому охолодженні метали отримують дрібнозернисту структуру.
б) На практиці на величину зерна можуть впливати температура на-Гревьє рідкого металу і час витримки при ній, температура при заливці, спо-соби заливки металу, швидкість і напрямок відводу тепла, забрудненість металу сторонніми домішками та інші. Перераховані фактори так сильно впливають на процес кристалізації, що роль ступеня охолодження може стати другорядною. Особливо велику роль відіграють сторонні домішки в метал-лах, тому що вони є додатковими центрами кристалізації.
в) У сучасній техніці широко застосовується процес штучного через трансформаційних змін розмірів і форми зерен шляхом введення в розплавлений метал нерозчинних речовин - модифікаторів. Вони створюють додаткові центри кри-сталлізаціі, завдяки чому метал або сплав отримує дрібнозернисту будову (наприклад: порошок А12 03).
г) При кристалізації металів можуть вийти кристали не тільки раз-них розмірів, але і різної форми. Найчастіше утворюється дендритная структура.
Дендрит - деревовидний кристал.
Освіта дендритів пояснюється неоднаковим відведенням тепла в різних напрямках і неоднаковим ростом кристалів.
Б) Кристалізація сплавів.
Сплави мають більш складну структуру, ніж прості метали. У зв'язку з цим процеси кристалізації сплавів протікають значно складніше, ніж металів. Це можна простежити по кривим охолодження.
Як видно з кривої охолодження сплаву його кристалізація протікає в інтервалі від температури початку кристалізації (Тн .кр.) До температури кінця кристалізації (Тк .кр.). Таким чином, сплави на відміну від чистих металів при затвердінні або плавлення мають не одну, а дві критичні точки.
Вище Тн .кр. (Точка а) сплав знаходиться в рідкому стані. Нижче Тк .кр. (Точка б) він буде в твердому стані. В інтервалі температур між критичний-ськими точками сплав складається з рідкого розчину і твердих кристалів.
Вивчення процесів кристалізації сплавів має велике практичне значення. При виборі режимів теплової обробки і гарячої обробки тиску-ням, при виборі сплавів для лиття необхідно знати їх критичні точки.
Для вивчення стану сплавів в залежності від температури і концентрації-ції будують діаграму стану.
7 Поверхнева енергія. Молекули тіла в залежності від їх положення в ньому знаходяться в різних умовах. Ті з них, що розташовані у внутрішніх шарах, схильні до рівномірному тяжінню дією сил внутрішнього тиску з боку сусідніх молекул, і равнодействующие на них сили дорівнюють нулю. Молекули ж, розташовані в поверхневому шарі, в основному знаходяться під дією сил тяжіння внутрішніх молекул, і равнодействующие на них сили спрямовані всередину тіла - Мабуть, поверхневі молекули володіють у порівнянні з внутрішніми деяким надлишком енергії # 8710; Е = Е * - Еср. який дозволяє їм протистояти «втягується» дії внутрішніх молекул і утримуватися на поверхні тела.Ізбиток енергії молекул поверхні тіла називається поверхневою енергією. Надлишкова енергія молекул поверхні площею 1 м 2 називається питомою поверхневою енергією або коефіцієнтом поверхневого натяженія.Поскольку енергія - це міра працездатності, коефіцієнт поверхневого натягу # 963; можна уявити як роботу W, яку необхідно зробити для ізотермічного перенесення молекул з внутрішніх шарів рідини (тіла) з метою створення поверхні площею S в 1 м 2 за умови збереження обсягу рідини (тіла) незмінним:
# 963; = W / s = Дж / м 2 = Н. м / м 2 = Н / м Вираз показує, що коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює силі, необхідної і достатньої для запобігання скороченню довжини смуги поверхні рідини шириною в1м.
(# 963; = F / l), де F - прикладена сила; l - ширина смуги поверхні випробуваної рідини. Сили взаємодії між молекулами різних рідин близькі, тому поверхневий натяг на межі їхнього зіткнення невелика.
9 Ізотерми реальних газів. При досить високому тиску і низьких температурах відстань між молекулами зменшується, а сили міжмолекулярної взаємодії збільшуються настільки. що речовина з газоподібного стану може перейти в рідке. При зріджуванні газів низькі температури виходять за рахунок розширення попередньо стиснутих компресорів газу. При розрідженні газу на подоланні сил міжмолекулярної взаємодії повинна бути витрачена теплова енергія, внаслідок чого навколишній газ простір охолоджується. Подібним багаторазовим повторенням стиснення і розширення газів можна отримати досить низькі температури, необхідні для їх зрідження. На цьому грунтується отримання низьких температур і зріджених газов.В 1823г. Фарадей, застосовуючи низькі температури і високий тиск, здійснив скраплення CO2. NH3, CL2. Але деякі гази (водень, азот. Кисень) йому не вдалося перевести в рідкий стан навіть при дуже низьких температурах і найвищих тисках, що досягаються в той время.Теорія скраплення газів була розроблена Менделєєвим в 1860р. Для кожного газу існує гранична температура, вище якої газ не може бути перетворений в рідину ні при якому тиску. Така температура називається критичною. Чим температура нижче критичної, тим менший тиск треба застосувати для скраплення газів. При критичній температурі для скраплення необхідно найбільше, так зване критичне давленіе.Об'ём благаючи газу при критичних температурі і тиску називається критичним об'ёмом.Состояніе газу, що знаходиться при критичній температурі і під критичним тиском і займає критичний обсяг, називається критичним станом.
10 Особливості реальних газів. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Відхилення властивостей реальних газів від властивостей ідеального газу об'ясняетя наступними основними причинами: 1. Наявність власного обсягу у молекул звичайного газу, чого немає у частинок ідеального газа.2. Асиметричністю молекул звичайного газу (у ідеального газу частинки прийняті сферичними). 3. Взаємним тяжінням молекул звичайного газу (електростатичне і ін. Види взаємодії), що також відсутня у реальних газов.4. Мінливість складу молекул реального газу і ін. Прічіни.Із п.4 слід, що молекули багатьох речовин в залежності від зовнішніх умов можуть диссоциировать або асоціювати. Наприклад, діоксид азоту при температурах і високому тиску дисоціює за схемою. (Ззаду) 4.2 Для опису властивостей звичайних газів часто використовують рівняння стану, запропоноване в 1873г. голландським ученим Ван-дер-Ваальса :( P + a / V 2 m) (Vm - b) = RT (або рівняння стану реального газу) .Уравненіе Ван-дер-Ваальса виведено з використанням рівняння стану ідеального газу з урахуванням власного обсягу молекул і сил їх взаємного тяжіння в реальних газах. Силу взаємного тяжіння молекул 1моль речовини називають внутрішнім тиском. Вона "стягує" частинки, що еквівалентно дії тиску (таке ж по результату дії); тому-то в рівнянні Ван-дер-Ваальса її додають до тиску газу (сила взаємних зіткненні молекул речовини збільшується за рахунок їх тяжіння). Внутрішній тиск газу обернено пропорційно квадрату займаного ним обсягу, що в рівнянні Ван-дер-Ваальса виражається у вигляді відношення a / V 2 m. де а-постійна, властива даної речовини, а Vm - молярний об'єм газу. Постійна b характеризує власний об'єм молекул 1моль речовини. Займаючи частина простору, в якому знаходиться газ, молекули зменшують обсяг простору, в якому вони могли б безперешкодно переміщатися; це і відбивається в рівнянні Ван-дер-Ваальса вирахуванням з обсягу, займаного газом, власного обсягу молекул. Постійні a і b називаються к о н с т а н т а м і Ван-дер-Ваальса.
11 11. Способи вираження складу газових сумішей. Щільність і середня молярна маса суміші.
Способи вираження складу газових сумішей: Склад газової суміші можна охарактеризувати об'ємної, масової та молярної частками її компонентів.
ОБ'ЄМНА частка i компонента i в суміші - це відношення його обсягу Vi до загального обсягу
суміші Vсмесі.i = (1.17)
Молярна частка i компонента i в суміші - це відношення його числа молей ni
до загальної кількості молей суміші n смесі.i = (1.19)
Відповідно до закону Авогадро, атомні частки компонентів газової суміші рівні їх об'ємним часткам, т. Е. Для будь-якої газової суміші
Молярна концентрація Сi компонента I - це відношення його хімічного кількості n i
до об'єму суміші Vсмесі
масова концентрація # 961; i компонента i - це відношення його маси mi до об'єму суміші Vсмесі.
Якщо суміш складається з газів, які не беруть між собою з взаємодії, то кожен компонент суміші поводиться так, як ніби він один займає весь об'єм займаної сумішшю.
12.Уравненіе стану ідеального газу. Рівняння Клапейрона-Менделєєва.
Для його виводу візьмемо 1 моль ідеального газу при нормальних умовах (Р0. Т0 і V0) і нагріємо його до температури Т при постійному тиску Р0. Обсяг газу при цьому зміниться і стане рівним VT
Підставивши значення VT в рівняння отримаємо: РV = звідки =
де Р0. V0. Т0 - величини постійні. Її позначають буквою R і називають універсальною газової постійної. = R або PV = RT Для довільної кількості ідеального газу рівняння: PV = m / М # +1776; RT або PV = nRT
де - m - маса, М - молярна маса, n - число моль.
Для цього використовують рівняння стану ідеального газу (його також називають рівнянням Клапейрона-Менделєєва): PV = nRT n - число молей газу;
P - тиск газу (наприклад, в атм; V - об'єм газу (в літрах); T - температура газу (в кельвінах);
R - газова постійна (0,0821 л · атм / моль · K).