กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 7 นาที

จุดหลอมเหลว

จุดหลอมเหลว(หรือในบางกรณีเรียกว่าจุดเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว ) ของสาร คืออุณหภูมิที่สารนั้นเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวณ จุดหลอมเหลวสถานะ ของแข็งและของเหลว

จุดหลอมเหลว

ก้อนน้ำแข็งที่ใส่ในน้ำจะเริ่มละลายเมื่อถึงจุดหลอมเหลวที่ 0  องศาเซลเซียส

จุดหลอมเหลว(หรือในบางกรณีเรียกว่าจุดเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว ) ของสาร คืออุณหภูมิที่สารนั้นเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวณ จุดหลอมเหลวสถานะ ของแข็งและของเหลว จะอยู่ในสภาวะสมดุลจุดหลอมเหลวของสารขึ้นอยู่กับความดันและโดยปกติจะระบุไว้ที่ความดันมาตรฐานเช่น 1 บรรยากาศหรือ 100 กิโลปาสคา

เมื่อพิจารณาว่าเป็นอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับจากของเหลวเป็นของแข็ง จะเรียกว่าจุดเยือกแข็งหรือจุดตกผลึกเนื่องจากความสามารถของสารในการเย็นตัวยิ่งยวดจุดเยือกแข็งจึงอาจปรากฏต่ำกว่าค่าจริงได้ง่าย เมื่อกำหนด "จุดเยือกแข็งลักษณะเฉพาะ" ของสาร ในความเป็นจริง วิธีการที่ใช้จริงเกือบทุกครั้งคือ "หลักการของการสังเกตการหายไปมากกว่าการก่อตัวของน้ำแข็ง นั่นคือจุดหลอมเหลว " [ 1 ]

ตัวอย่าง

จุดหลอมเหลว (สีน้ำเงิน) และจุดเดือด (สีชมพู) ของกรดคาร์บอกซิลิกแปด ชนิดแรก (°C)

สำหรับสารส่วนใหญ่จุดหลอมเหลวและจุดเยือกแข็งจะใกล้เคียงกัน ตัวอย่างเช่น จุดหลอมเหลวและจุดเยือกแข็งของปรอทคือ 234.32 เคลวิน (−38.83  °C ; −37.89  °F ) [ 2 ]อย่างไรก็ตาม สารบางชนิดมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นวุ้นหลอมเหลวที่ 85 °C (185 °F; 358 K) และแข็งตัวตั้งแต่ 31 °C (88 °F; 304 K) การพึ่งพาในทิศทางดังกล่าวเรียกว่าฮิสเทอรีซิสจุดหลอมเหลวของน้ำแข็งที่ความดัน 1 บรรยากาศนั้นใกล้เคียงมาก[ 3 ]กับ 0 °C (32 °F; 273 K) ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าจุดเยือกแข็ง ในกรณีที่มีสารก่อผลึกจุดเยือกแข็งของน้ำจะไม่เท่ากับจุดหลอมเหลวเสมอไป ในกรณีที่ไม่มีนิวเคลียส น้ำสามารถคงอยู่ในสถานะ ของเหลว เย็นยิ่งยวดได้ถึง −48.3 °C (−54.9 °F; 224.8 K) ก่อนที่จะแข็งตัว[ 4 ]

โลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงสุดคือทังสเตนที่ 3,414 °C (6,177 °F; 3,687 K); [ 5 ]คุณสมบัตินี้ทำให้ทังสเตนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นไส้หลอดไฟฟ้าในหลอดไฟไส้ คาร์บอนที่มักถูกอ้างถึงนั้นไม่หลอมเหลวที่ความดันบรรยากาศ แต่จะระเหิดที่ประมาณ 3,700 °C (6,700 °F; 4,000 K); เฟสของเหลวจะมีอยู่เฉพาะที่ความดันสูงกว่า 10 MPa (99 atm) และประมาณ 4,030–4,430 °C (7,290–8,010 °F; 4,300–4,700 K) (ดูแผนภาพเฟสของคาร์บอน ) ฮาฟเนียมคาร์บอนไนไตรด์ (HfCN) เป็น สารประกอบ ทนความร้อนที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดเท่าที่ทราบในปัจจุบัน และเป็นสารเพียงชนิดเดียวที่ได้รับการยืนยันว่ามีจุดหลอมเหลวสูงกว่า 4,273 K (4,000 °C; 7,232 °F) ที่ความดันบรรยากาศ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทางกลศาสตร์ควอนตัมทำนายว่าโลหะผสมนี้ (HfN 0.38 C 0.51 ) จะมีจุดหลอมเหลวประมาณ 4,400 K [ 6 ]การทำนายนี้ได้รับการยืนยันในภายหลังโดยการทดลอง แม้ว่าการวัดจุดหลอมเหลวที่แม่นยำยังไม่ได้รับการยืนยัน[ 7 ] ในทางตรงกันข้ามฮีเลียมไม่แข็งตัวเลยที่ความดันปกติ แม้ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ ก็ตาม ต้องใช้ ความดันมากกว่า 20 เท่าของความดันบรรยากาศ ปกติ

รายชื่อสารเคมีทั่วไป
เคมี[ I ]ความหนาแน่น( จี/3ซม .)หลอมเหลว( K ) [ 8 ]เดือด( K )
น้ำประปา @STP1273373
ตะกั่วบัดกรี (Pb60Sn40)461
เนยโกโก้307.2-
พาราฟินแว็กซ์0.9310643
ไฮโดรเจน0.0000898814.0120.28
ฮีเลียม0.0001785[ II ]4.22
เบริลเลียม1.851,5602,742
คาร์บอน2.267[ III ] [ 9 ]4,000 [ III ] [ 9 ]
ไนโตรเจน0.001250663.1577.36
ออกซิเจน0.00142954.3690.20
โซเดียม0.971370.871,156
แมกนีเซียม1.7389231,363
อะลูมิเนียม2.698933.472,792
กำมะถัน2.067388.36717.87
คลอรีน0.003214171.6239.11
โพแทสเซียม0.862336.531,032
ไทเทเนียม4.541,9413,560
เหล็ก7.8741,8113,134
นิกเกิล8.9121,7283,186
ทองแดง8.961,357.772,835
สังกะสี7.134692.881,180
ดีบุก7.289505.082,875
แกลเลียม5.907302.91462,673
เงิน10.5011,234.932,435
แคดเมียม8.69594.221,040
อินเดียม7.31429.752,345
ไอโอดีน4.93386.85457.4
แทนทาลัม16.6543,2905,731
ทังสเตน19.253,6955,828
แพลทินัม21.462,041.44,098
ทอง19.2821,337.333,129
ปรอท13.5336234.43629.88
ตะกั่ว11.342600.612,022
บิสมัท9.807544.71,837

หมายเหตุ

  1. ^ Z คือสัญลักษณ์มาตรฐานสำหรับเลขอะตอม ; C คือสัญลักษณ์มาตรฐานสำหรับความจุความร้อน ; และ χ คือสัญลักษณ์มาตรฐานสำหรับค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีในมาตราส่วนของพอลลิง
  2. ^ฮีเลียมไม่แข็งตัวที่ความดัน 1 บรรยากาศ ฮีเลียมจะแข็งตัวได้เฉพาะที่ความดันสูงกว่า 25 บรรยากาศ ซึ่งตรงกับจุดหลอมเหลวที่ศูนย์สัมบูรณ์
  3. ^ a bคาร์บอนไม่หลอมเหลวที่อุณหภูมิใดๆ ภายใต้ความดันมาตรฐาน แต่จะระเหิดที่อุณหภูมิประมาณ 4,100 K

การวัดจุดหลอมเหลว

แท่นทดสอบ Kofler พร้อมตัวอย่างสำหรับการสอบเทียบ

มี เทคนิคทางห้องปฏิบัติการมากมายสำหรับการหาจุดหลอมเหลว เช่นแท่นโคฟเลอร์ (Kofler bench)ซึ่งเป็นแผ่นโลหะที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิ (ตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 300 °C) สามารถวางสารใดๆ บนส่วนใดส่วนหนึ่งของแผ่นโลหะ เพื่อดูพฤติกรรมทางความร้อนของสารนั้นที่อุณหภูมิ ณ จุดนั้น ส่วนการวิเคราะห์ด้วย แคลอรีเมตรีแบบดิฟเฟอเรนเชียล (Differential scanning calorimetry)ให้ข้อมูลเกี่ยวกับจุดหลอมเหลวพร้อมกับเอนทาลปีของการหลอมเหลวด้วย

เครื่องวัดจุดหลอมเหลวแบบดิจิทัลอัตโนมัติ

อุปกรณ์พื้นฐานสำหรับการวิเคราะห์จุดหลอมเหลวของของแข็งผลึกประกอบด้วยอ่างน้ำมันที่มีหน้าต่างโปร่งใส (แบบพื้นฐานที่สุดคือหลอด Thiele ) และแว่นขยายอย่างง่าย โดยนำเม็ดของแข็งหลายเม็ดใส่ลงในหลอดแก้วบางๆ และจุ่มลงในอ่างน้ำมันเพียงบางส่วน จากนั้นให้ความร้อนแก่อ่างน้ำมัน (และคน) และใช้แว่นขยาย (และแหล่งกำเนิดแสงภายนอก) เพื่อสังเกตการหลอมเหลวของผลึกแต่ละชิ้นที่อุณหภูมิที่กำหนด อาจใช้แท่งโลหะแทนอ่างน้ำมันก็ได้ เครื่องมือที่ทันสมัยบางชนิดมีระบบตรวจจับด้วยแสงอัตโนมัติ

การวัดสามารถทำได้อย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการทำงาน ตัวอย่างเช่น โรงกลั่นน้ำมันวัดจุดเยือกแข็งของน้ำมันดีเซลแบบ "ออนไลน์" ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างจะถูกนำมาจากกระบวนการและวัดโดยอัตโนมัติ วิธีนี้ช่วยให้สามารถวัดได้บ่อยขึ้น เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเก็บตัวอย่างด้วยตนเองและนำไปที่ห้องปฏิบัติการที่อยู่ห่างไกล

เทคนิคสำหรับวัสดุทนไฟ

สำหรับวัสดุทนความร้อนสูง (เช่น แพลทินัม ทังสเตน แทนทาลัม คาร์ไบด์และไนไตรด์บางชนิด เป็นต้น) จุดหลอมเหลวที่สูงมาก (โดยทั่วไปถือว่าสูงกว่า 1,800 °C) สามารถกำหนดได้โดยการให้ความร้อนวัสดุในเตาเผาแบบวัตถุดำและวัดอุณหภูมิวัตถุดำด้วยเครื่องวัดอุณหภูมิ แบบออปติคอล สำหรับวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุด อาจต้องใช้การประมาณค่าโดยขยายออกไปอีกหลายร้อยองศา ความสว่างสเปกตรัมจากวัตถุที่เรืองแสงเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ เครื่องวัดอุณหภูมิแบบออปติคอลจะจับคู่ความสว่างของวัตถุที่กำลังศึกษาเข้ากับความสว่างของแหล่งกำเนิดที่ได้รับการสอบเทียบไว้ก่อนหน้านี้แล้วว่าเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ ด้วยวิธีนี้ การวัดขนาดสัมบูรณ์ของความเข้มของรังสีจึงไม่จำเป็น อย่างไรก็ตาม ต้องใช้อุณหภูมิที่ทราบเพื่อกำหนดการสอบเทียบของเครื่องวัดอุณหภูมิ สำหรับอุณหภูมิที่สูงกว่าช่วงการสอบเทียบของแหล่งกำเนิด ต้องใช้วิธีการประมาณค่า การประมาณค่านี้ทำได้โดยใช้กฎการแผ่รังสีของ พลังค์ ค่าคงที่ในสมการนี้ไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ทำให้ข้อผิดพลาดในการประมาณค่าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ได้มีการพัฒนาเทคนิคมาตรฐานเพื่อใช้ในการประมาณค่านี้แล้ว

พิจารณากรณีที่ใช้ทองคำเป็นแหล่งกำเนิด (จุดหลอมเหลว = 1,063 °C) ในเทคนิคนี้ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไส้หลอดของไพโรมิเตอร์จะถูกปรับจนกระทั่งความเข้มแสงของไส้หลอดตรงกับความเข้มแสงของวัตถุดำที่จุดหลอมเหลวของทองคำ ซึ่งจะกำหนดอุณหภูมิการสอบเทียบหลักและสามารถแสดงได้ในรูปของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหลอดไฟไพโรมิเตอร์ ด้วยการตั้งค่ากระแสไฟฟ้าเดียวกัน ไพโรมิเตอร์จะถูกเล็งไปที่วัตถุดำอีกชิ้นหนึ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่า จากนั้นจะใส่ตัวกลางดูดซับที่มีค่าการส่งผ่านแสงที่ทราบแล้วไว้ระหว่างไพโรมิเตอร์กับวัตถุดำชิ้นนี้ แล้วปรับอุณหภูมิของวัตถุดำจนกระทั่งความเข้มแสงของวัตถุดำตรงกับความเข้มแสงของไส้หลอดไพโรมิเตอร์ จากนั้นจึงกำหนดอุณหภูมิสูงสุดที่แท้จริงของวัตถุดำจากกฎของพลังค์ หลังจากนั้นจะนำตัวกลางดูดซับออกและปรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไส้หลอดเพื่อให้ความเข้มแสงของไส้หลอดตรงกับความเข้มแสงของวัตถุดำ ซึ่งจะกำหนดจุดสอบเทียบที่สองสำหรับไพโรมิเตอร์ ขั้นตอนนี้จะถูกทำซ้ำเพื่อทำการสอบเทียบที่อุณหภูมิสูงขึ้น ตอนนี้เรารู้ทั้งอุณหภูมิและกระแสไฟฟ้าของไส้หลอดไพโรมิเตอร์ที่สอดคล้องกันแล้ว และสามารถวาดกราฟความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับกระแสไฟฟ้าได้ จากนั้นจึงสามารถประมาณค่าจากกราฟนี้ไปยังอุณหภูมิที่สูงมากได้

ในการหาจุดหลอมเหลวของสารทนความร้อนด้วยวิธีนี้ จำเป็นต้องมีสภาวะวัตถุดำหรือทราบค่าการแผ่รังสีของวัสดุที่กำลังวัด การเก็บรักษาวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงในสถานะของเหลวอาจทำให้เกิดความยากลำบากในการทดลอง ดังนั้นจึงมีการวัดอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะทนความร้อนบางชนิดโดยการสังเกตการแผ่รังสีจากโพรงวัตถุดำในชิ้นงานโลหะแข็งที่มีความยาวมากกว่าความกว้างมาก เพื่อสร้างโพรงดังกล่าว จะเจาะรูตั้งฉากกับแกนยาวที่กึ่งกลางของแท่งวัสดุ จากนั้นให้ความร้อนแก่แท่งเหล่านี้โดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ผ่าน และสังเกตการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากรูด้วยเครื่องวัดอุณหภูมิแบบออปติคอล จุดหลอมเหลวจะแสดงโดยการมืดลงของรูเมื่อเฟสของเหลวปรากฏขึ้น ซึ่งทำลายสภาวะวัตถุดำ ปัจจุบัน เทคนิคการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์แบบไร้ภาชนะบรรจุ ร่วมกับเครื่องวัดอุณหภูมิแบบเร็วและเครื่องวัดอุณหภูมิแบบสเปกโตร ช่วยให้สามารถควบคุมระยะเวลาที่ตัวอย่างถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงมากได้อย่างแม่นยำ การทดลองที่มีระยะเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาทีเช่นนี้ สามารถแก้ไขปัญหาหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการวัดจุดหลอมเหลวแบบดั้งเดิมซึ่งทำที่อุณหภูมิสูงมาก เช่น การระเหยของตัวอย่างและการเกิดปฏิกิริยากับภาชนะบรรจุ

อุณหพลศาสตร์

จุดหลอมเหลวของน้ำขึ้นอยู่กับความดัน

เพื่อให้ของแข็งหลอมเหลว ต้องใช้ ความร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้ถึงจุดหลอมเหลว อย่างไรก็ตาม ต้องใช้ความร้อนเพิ่มเติมเพื่อให้เกิดการหลอมเหลว ซึ่งเรียกว่าความร้อนของการหลอมเหลวและเป็นตัวอย่างของ ความ ร้อนแฝง[ 10 ]

จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ ณ จุดหลอมเหลว การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของกิบส์ (ΔG) ของวัสดุจะเป็นศูนย์ แต่เอนทาลปี ( H ) และเอนโทรปี ( S ) ของวัสดุจะเพิ่มขึ้น (ΔH, ΔS > 0) ปรากฏการณ์การหลอมเหลวเกิดขึ้นเมื่อพลังงานอิสระของกิบส์ของของเหลวต่ำกว่าของของแข็งสำหรับวัสดุนั้น ที่ความดันต่างๆ ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิเฉพาะค่าหนึ่ง นอกจากนี้ยังสามารถแสดงได้ว่า:

ในที่นี้T , ΔSและΔHคืออุณหภูมิ ณ จุดหลอมเหลว การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของการหลอมเหลว และการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของการหลอมเหลว ตามลำดับ

จุดหลอมเหลวมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงความดัน ที่มากอย่างยิ่ง แต่โดยทั่วไปความไวนี้จะน้อยกว่าจุดเดือดหลายเท่า เนื่องจากการเปลี่ยนสถานะจาก ของแข็งเป็นของเหลวแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเพียงเล็กน้อย[ 11 ] [ 12 ]หากสารมีความหนาแน่นในสถานะของแข็งมากกว่าในสถานะของเหลว ดังที่สังเกตได้ในกรณีส่วนใหญ่ จุดหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น มิฉะนั้นจะเกิดพฤติกรรมตรงกันข้าม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กรณีของน้ำ ดังที่แสดงในภาพด้านขวา แต่ยังรวมถึง Si, Ge, Ga, Bi ด้วย เมื่อความดันเปลี่ยนแปลงอย่างมาก จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของจุดหลอมเหลว ตัวอย่างเช่น จุดหลอมเหลวของซิลิคอนที่ความดันบรรยากาศ (0.1 MPa) คือ 1415 °C แต่ที่ความดันเกิน 10 GPa จะลดลงเหลือ 1000 °C [ 13 ]

จุดหลอมเหลวมักใช้ในการจำแนกลักษณะของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ และเพื่อตรวจสอบความบริสุทธิ์จุดหลอมเหลวของสารบริสุทธิ์จะสูงกว่าและมีช่วงแคบกว่าจุดหลอมเหลวของสารที่ไม่บริสุทธิ์ หรือโดยทั่วไปแล้วของสารผสม ยิ่งมีส่วนประกอบอื่นมากเท่าใด จุดหลอมเหลวก็จะยิ่งต่ำลง และช่วงจุดหลอมเหลวก็จะยิ่งกว้างขึ้น ซึ่งมักเรียกว่า "ช่วงความหนืด" อุณหภูมิที่สารผสมเริ่มหลอมเหลวเรียกว่าจุดโซลิดัสในขณะที่อุณหภูมิที่การหลอมเหลวเสร็จสมบูรณ์เรียกว่าจุดลิควิดัส สารยูเทคติกเป็นสารผสมชนิดพิเศษที่มีพฤติกรรมคล้ายกับสารเฟสเดียว พวกมันจะหลอมเหลวอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิคงที่เพื่อเกิดเป็นของเหลวที่มีองค์ประกอบเดียวกัน หรืออีกทางหนึ่ง เมื่อทำให้เย็นลง ของเหลวที่มีองค์ประกอบยูเทคติกจะแข็งตัวเป็นผลึกผสมขนาดเล็ก (ละเอียด) ที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ โดยมีองค์ประกอบเดียวกัน

แตกต่างจากของแข็งที่เป็นผลึกแก้วไม่มีจุดหลอมเหลว เมื่อได้รับความร้อน แก้วจะ เปลี่ยนสถานะจากของแข็ง เป็นของเหลวหนืด อย่างราบรื่น และเมื่อได้รับความร้อนต่อไป แก้วจะค่อยๆ อ่อนตัวลง ซึ่งสามารถระบุได้ด้วยจุดอ่อนตัว บาง จุด

การลดจุดเยือกแข็ง

จุดเยือกแข็งของตัวทำละลายจะลดลงเมื่อเติมสารประกอบอื่นเข้าไป ซึ่งหมายความว่าสารละลายจะมีจุดเยือกแข็งต่ำกว่าตัวทำละลายบริสุทธิ์ ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้ในงานทางเทคนิคเพื่อหลีกเลี่ยงการแข็งตัว เช่น การเติมเกลือหรือเอทิลีนไกลคอลลงในน้ำ[ 14 ]

กฎของคาร์เนลลีย์

ในเคมีอินทรีย์กฎของคาร์เนลลีย์ซึ่งกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2425 โดยโทมัส คาร์เนลลีย์ระบุว่าสมมาตรโมเลกุลสูงมีความสัมพันธ์กับจุดหลอมเหลวสูง[ 15 ]คาร์เนลลีย์สร้างกฎนี้ขึ้นจากการตรวจสอบสารประกอบทางเคมี 15,000 ชนิด ตัวอย่างเช่น สำหรับไอโซเมอร์โครงสร้าง สามชนิด ที่มีสูตรโมเลกุล C 5 H 12จุดหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้นตามลำดับไอโซเพนเทน −160 °C (113 K) เอ็น-เพนเทน −129.8 °C (143 K) และนีโอเพนเทน −16.4 °C (256.8 K) [ 16 ]ในทำนองเดียวกัน ในไซลีนและไดคลอโรเบนซีนจุดหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้นตามลำดับเมตา ออร์โธ และพาราไพริดีนมีสมมาตรต่ำกว่าเบนซีนดังนั้นจึงมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า แต่จุดหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเมื่อเปรียบเทียบกับไดอะซีนและไตรอะซีน สารประกอบที่มีโครงสร้างคล้ายกรงหลายชนิด เช่นอะดาแมนเทนและคิวเบนซึ่งมีความสมมาตรสูง มักมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง

จุดหลอมเหลวสูงเกิดจากความร้อนของการหลอมเหลว สูง เอน โทรปีของการหลอมเหลวต่ำหรือทั้งสองอย่างรวมกัน ในโมเลกุลที่มีสมมาตรสูง เฟสผลึกจะอัดแน่นไปด้วยปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพมากมาย ส่งผลให้การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีในการหลอมเหลวสูงขึ้น

เช่นเดียวกับสารประกอบที่มีสมมาตรสูงหลายชนิดเตตระคิส(ไตรเมทิลไซลิล)ไซเลนมีจุดหลอมเหลว (mp) สูงมากถึง 319-321 °C มีแนวโน้มที่จะระเหิด ดังนั้นการหาค่า mp จึงต้องปิดผนึกตัวอย่างไว้ในหลอด[ 17 ]

การทำนายจุดหลอมเหลวของสาร (เกณฑ์ของลินเดมันน์)

ความพยายามในการทำนายจุดหลอมเหลวของวัสดุผลึกจำนวนมากเกิดขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2453 โดยFrederick Lindemann [ 18 ] แนวคิดเบื้องหลังทฤษฎีนี้คือการสังเกตว่าแอมพลิจูดเฉลี่ยของการสั่นสะเทือนทางความร้อนเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การหลอมเหลวเริ่มต้นขึ้นเมื่อแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนมีขนาดใหญ่พอที่อะตอมที่อยู่ติดกันจะครอบครองพื้นที่เดียวกันบางส่วนเกณฑ์ของ Lindemannระบุว่าคาดว่าจะเกิดการหลอมเหลวเมื่อแอมพลิจูดรากกำลังสองเฉลี่ยของ การสั่นสะเทือน เกินค่าเกณฑ์

โดยสมมติว่าอะตอมทั้งหมดในผลึกสั่นด้วยความถี่เดียวกันνพลังงานความร้อนเฉลี่ยสามารถประมาณได้โดยใช้ทฤษฎีบทการแบ่งส่วนพลังงาน เท่ากัน ดัง[ 19 ]

โดยที่mคือมวลอะตอม ν คือความถี่uคือ แอ พลิจูดการสั่นเฉลี่ยkBคือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ถ้าค่าเกณฑ์ของคือc²a²โดยที่cคือ ค่าคง ที่ ของลิ เดมันน์และaคือ ระยะห่าง ระหว่างอะตอมจุดหลอมเหลวจะประมาณได้ ดังนี้

สามารถหาค่าแสดงอุณหภูมิหลอมเหลวโดยประมาณได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับการประมาณค่าพลังงานความร้อนเฉลี่ย นิพจน์ที่ใช้กันทั่วไปอีกวิธีหนึ่งสำหรับเกณฑ์ของ Lindemann คือ[ 20 ]

จากนิพจน์สำหรับความถี่ เดบายของν

โดยที่θ Dคืออุณหภูมิเดบายและhคือค่าคงที่ของพลังค์ค่าของcอยู่ในช่วง 0.15 ถึง 0.3 สำหรับวัสดุส่วนใหญ่[ 21 ]

ฐานข้อมูลและการทำนายอัตโนมัติ

ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2554 Alfa Aesarได้เผยแพร่จุดหลอมเหลวของสารประกอบมากกว่า 10,000 รายการจากแคตตาล็อกของพวกเขาเป็นข้อมูลเปิด [ 22 ] และข้อมูลที่คล้ายกันนี้ได้ถูกดึงมาจากสิทธิบัตร[ 23 ] ข้อมูลจาก Alfa Aesar และสิทธิบัตรได้ถูกสรุปไว้ใน (ตามลำดับ) random forest [ 22 ]และsupport vector machines [ 23 ]

จุดหลอมเหลวของธาตุต่างๆ

ดูเพิ่มเติม

  • ตารางจุดหลอมเหลวและจุดเดือด เล่ม 1โดย โทมัส คาร์เนลลีย์ (แฮร์ริสัน ลอนดอน, 1885–1887)
  • ตารางจุดหลอมเหลวและจุดเดือด เล่ม 2โดย โทมัส คาร์เนลลีย์ (แฮร์ริสัน ลอนดอน, 1885–1887)
  • ข้อมูลที่ได้จากการขุดค้นสิทธิบัตรมีข้อมูลจุดหลอมเหลวมากกว่า 250,000 รายการที่สามารถดาวน์โหลดได้ฟรี นอกจากนี้ยังสามารถดาวน์โหลดได้ที่figshare

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Melting_point&oldid=1351465103 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ จุดหลอมเหลว

จุดหลอมเหลว(หรือในบางกรณีเรียกว่าจุดเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว ) ของสาร คืออุณหภูมิที่สารนั้นเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวณ จุดหลอมเหลวสถานะ ของแข็งและของเหลว

ตัวอย่าง

สำหรับสารส่วนใหญ่ จุดหลอมเหลว และ จุดเยือกแข็ง จะใกล้เคียงกัน ตัวอย่างเช่น จุดหลอมเหลวและจุดเยือกแข็งของ ปรอท คือ 234.32 เคลวิน (−38.83 °C ; −37.

การวัดจุดหลอมเหลว

มี เทคนิคทางห้องปฏิบัติการ มากมายสำหรับการหาจุดหลอมเหลว เช่น แท่นโคฟเลอร์ (Kofler bench) ซึ่งเป็นแผ่นโลหะที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิ (ตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 300 °C) สามารถวางสารใดๆ บนส่วนใดส่วนหนึ่งของแผ่นโลหะ เพื่อดูพฤติกรรมทางความร้อนของสารนั้นที่อุณหภูมิ ณ...

เทคนิคสำหรับวัสดุทนไฟ

สำหรับวัสดุทนความร้อนสูง (เช่น แพลทินัม ทังสเตน แทนทาลัม คาร์ไบด์และไนไตรด์บางชนิด เป็นต้น) จุดหลอมเหลวที่สูงมาก (โดยทั่วไปถือว่าสูงกว่า 1,800 °C) สามารถกำหนดได้โดยการให้ความร้อนวัสดุในเตาเผาแบบวัตถุดำและวัดอุณหภูมิวัตถุดำด้วย เครื่องวัดอุณหภูมิ แบบออปติคอล...