Структура твердого тела и температура плавления

Тип химической связи и температура плавления материала

Состав и температура плавления

Поскольку строительное материаловедение в основном рассматривает поликри­сталлические тела и сложные кристаллы, вызывает интерес влияние составляющих компонентов на температуру их плавления.

Это влияние представляется многофакторным и чрезвычайно сложным, так как при нагревании и плавлении даже простейшей двухкомпонентной системы необходимо рассматривать следующие возможные варианты:

-постоянство состава при фазовом переходе (конгруэнтное
плавление);

-образование нового соединения (инконгруэнтное плавление);

- разложение;

- образование твердых растворов, т.е. изоморфных смесей сме­шанных кристаллов;

- проявление полиморфизма одним или всеми компонентами.

Вещественный состав и температура плавления. Различные химические соединения имеют разную температуру плавления, что вполне очевидно. Однако во многих случаях прослеживается опре­деленная закономерность изменения температуры плавления в зави­симости от типа соединений. Так, для соединений одних и тех же металлов температура плавления повышается в последовательности металлы < оксиды < нитриды < карбиды и т.д.

Такую закономерность можно объяснить различием у этих со­единений типов химических связей и слабостью или прочностью их структуры (табл. 4.5.).

Этот фактор является основным при определении порядка (уровня) температуры плавления различных веществ и соединений. Отмечена тенденция повышения температуры плавления с усилени­ем химических связей в следующем порядке:

молекулярные кристаллы < кристаллы с металлической связью < ион­ные кристаллы <кристаллы с ковалентной связью.

Низкая температура плавления молекулярных кристаллов, к ко­торым можно отнести органические полимеры, объясняется тем, что, несмотря на ковалентный тип связи между частицами, образующими молекулы, межмолекулярное взаимодействие осуществляется сла­быми ван-дер-ваальсовыми силами (табл. 4.4.).

Таблица 4.5. Взаимосвязь тип соединения - тип химической связи – температура плавления

Соединения	Химическая связь	Т °С
Метал­лы	Окси­ды	Нитри­ды	Карби­ды
А1				Металлическая
	А12О3			Ковалентная
		A1N		Ковалентно-ионная
			Аl4Сз	Тоже
Ti				Металлическая
	TiO2			Ионная
		TiN		Ковалентно-ионная
			TiC	Тоже
Si				Ковалентная
	SiO2			Тоже
		Si2N4		»»	-2000
			SiC	»»	-2830

Напомним, что структура есть результат совокупного действия химических связей, обеспечивающих единое целое. Поэтому проч­ность структуры твердого тела зависит от прочности химических связей, так же, как прочность здания зависит от того, из каких кир­пичиков оно построено и каким раствором связаны эти кирпичики.

У различных групп веществ и соединений для создания опти­мальной структуры имеются определенные условия и особенности. Так, для класса оксидов металлов одной и той же группы или с оди­наковой валентностью металла можно отметить следующие особен­ности:

- температура плавления оксида тем выше, чем выше координа­ционное число (к.ч.) катиона;

- температура плавления оксида снижается по мере уменьшения к.ч. металла по отношению к кислороду;

- температура плавления оксида снижается при уменьшении к.ч. кислорода при неизменном к.ч. ионов металла, равном 6 (пример: к.ч. MgO (2800°С) > к.ч. А1₂О₃(2050°С) > к.ч. ТiO₂(1840°С);

- температура плавления оксида тем выше, чем выше плотность
упаковки ионов (т.е. выше к.ч. ионов) и выше прочность химической
связи.

Взаимосвязь "температура плавления - тепловое расширение "

Анализ механизмов теплового расширения и плавления, а также влияния на них состава, химических связей и структуры тела выяв ляет в указанных процессах много общего. Особенно это относится к влиянию типа химической связи и ее прочности на интенсивность и результат рассматриваемых процессов.

С увеличением прочности химической связи КТР тел уменьша­ется (см. табл. 4.3), а их температура плавления растет (см. табл.4.8). Эта взаимосвязь свидетельствует о том, что температура плавления может служить косвенной характеристикой процесса теплового расширения кристаллических тел.

Дата добавления: 2014-01-07