Графік кристалізації

Тепер перейдемо до розгляду кристалізації – процесу, зворотного плавлению. Починаємо з точки D попереднього малюнка. Припустимо, що в точці D нагрівання розплаву припинилося (грубку вимкнули і розплав виставили на повітря). Рідина остигає (ділянка DE), поки її температура не досягне температури кристалізації, яка збігається з температурою плавлення tM.

З цього моменту температура розплаву мінятися перестає, хоча тепло раніше йде від нього в навколишнє середовище. На ділянці EF відбувається кристалізація розплаву – його поступовий перехід в твердий стан. Усередині ділянки EF ми знову маємо суміш твердої і рідкої фаз, і чим ближче до точки F, тим більше стає твердої речовини і тим менше – рідини. Нарешті, в точці F рідини не залишається зовсiм – вона повністю кристалізувалася.

Наступний ділянку FG відповідає подальшого охолодженню твердого тіла, що виник в результаті кристалізації.

Нас знову-таки цікавить ділянку фазового переходу EF: чому температура залишається незмінною, незважаючи на відхід тепла?

Знову повернемося в точку D. Після припинення подачі тепла температура розплаву знижується, так як його частинки поступово втрачають кінетичну енергію в результаті зіткнень з молекулами навколишнього середовища і випромінювання електромагнітних хвиль.

Коли температура розплаву знизиться до температури кристалізації (точка E), його частинки сповільняться настільки, що сили тяжіння опиняться в стані «розвернути» їх належним чином і додати їм строго певну взаємну орієнтацію в просторі. Так виникнуть умови для зародження кристалічної решітки, і вона дійсно почне формуватися завдяки подальшому догляду енергії з розплаву в навколишній простір.

Одночасно почнеться зустрічний процес виділення енергії: коли частки займають свої місця у вузлах кристалічної решітки, їх потенційна енергія різко зменшується, за рахунок чого збільшується їх кінетична енергія – кристаллизующаяся рідина є джерелом тепла18. Виділяється в ході кристалізації тепло в точності компенсує втрату тепла в навколишнє середовище, і тому температура на ділянці EF не змінюється.

У точці F розплав зникає, а разом із завершенням кристалізації зникає і цей внутрішній «генератор» тепла. Внаслідок триваючого розсіювання енергії в зовнішнє середовище зниження температури відновиться, але тільки остигати вже буде утворилося тверде тіло (ділянка FG).

Як показує досвід, при кристалізації на ділянці EF виділяється рівно те ж саме кількість теплоти Q = Am, яке було поглинуто приплавленні на ділянці BC.

Посилання на основну публікацію