السيولة والصلابة

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

بينما تمتلك المواد النقية كيميائيًا نقطة انصهار واحدة ، غالبًا ما تنصهر المخاليط الكيميائية جزئيًا عند درجة حرارة تُعرف باسم درجة حرارة التصلب ( T<sub>S </sub> أو T<sub> sol</sub> )، وتنصهر كليًا عند درجة حرارة السيولة الأعلى ( T<sub> L</sub> أو T <sub>liq</sub> ). تكون درجة حرارة التصلب دائمًا أقل من أو تساوي درجة حرارة السيولة، ولكنهما لا تتطابقان بالضرورة. إذا وُجد فرق بين درجتي حرارة التصلب والسيولة، يُسمى هذا الفرق نطاق التجمد، وضمن هذا النطاق، تتكون المادة من خليط من الطورين الصلب والسائل (مثل الملاط ). هذا هو الحال، على سبيل المثال، مع نظام الأوليفين ( فورستريت - فاياليت )، وهو شائع في وشاح الأرض . [ 1 ]

التعريفات

مخطط الطور المتوازن لمحلول صلب مكون من خليط من α و β. المنحنى العلوي هو خط السيولة، والمنحنى السفلي هو خط التصلب.

في الكيمياء وعلوم المواد والفيزياء ، تُحدد درجة حرارة السيولة درجة الحرارة التي تكون عندها المادة سائلة تمامًا، [ 2 ] وهي أعلى درجة حرارة يمكن أن تتعايش عندها البلورات مع المصهور في حالة توازن ديناميكي حراري . أما درجة حرارة الصلابة فهي مجموعة درجات الحرارة (منحنى على مخطط الطور ) التي تكون عندها المادة صلبة تمامًا (متبلورة). وتُحدد درجة حرارة الصلابة درجة الحرارة التي تكون عندها المادة صلبة تمامًا، [ 2 ] وهي أدنى درجة حرارة يمكن أن يتعايش عندها المصهور مع البلورات في حالة توازن ديناميكي حراري .

يُستخدم مصطلحا "السيولة" و"الصلابة" في الغالب لوصف المواد غير النقية (المخاليط) مثل الزجاج ، وسبائك المعادن ، والسيراميك ، والصخور ، والمعادن . وتظهر خطوط السيولة والصلابة في مخططات الطور للمحاليل الصلبة الثنائية ، [ 2 ] وكذلك في الأنظمة اليوتكتيكية بعيدًا عن النقطة الثابتة. [ 3 ]

عندما يصبح التمييز غير ذي صلة

بالنسبة للعناصر أو المركبات النقية، مثل النحاس النقي والماء النقي وما إلى ذلك، تكون درجة حرارة السيولة والصلابة متساوية، ويمكن استخدام مصطلح نقطة الانصهار .

توجد أيضًا بعض المخاليط التي تنصهر عند درجة حرارة معينة، وتُعرف باسم الانصهار المتطابق . ومن الأمثلة على ذلك الخليط اليوتكتيكي . في النظام اليوتكتيكي، توجد نسبة خلط محددة تتطابق عندها درجتا حرارة الصلابة والسيولة عند نقطة تُعرف بالنقطة الثابتة. عند هذه النقطة، يخضع الخليط لتفاعل يوتكتيكي حيث ينصهر كلا المادتين الصلبتين عند نفس درجة الحرارة. [ 3 ]

النمذجة والقياس

توجد عدة نماذج تُستخدم للتنبؤ بمنحنيات السيولة والصلابة لأنظمة مختلفة. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

يمكن إجراء قياسات تفصيلية لدرجات حرارة التصلب والسيولة باستخدام تقنيات مثل المسعر التفاضلي الماسح والتحليل الحراري التفاضلي . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

الآثار

منحنى درجة حرارة السائل في النظام الزجاجي الثنائي SiO 2 -Li 2 O

بالنسبة للمواد غير النقية، مثل السبائك والعسل والمشروبات الغازية والآيس كريم ، تتسع نقطة الانصهار لتشكل نطاق انصهار. إذا كانت درجة الحرارة ضمن هذا النطاق، فقد نلاحظ وجود "مواد طينية" في حالة توازن، أي أن المادة الطينية لن تتصلب تمامًا ولن تذوب. لهذا السبب، فإن الثلج الجديد عالي النقاء على قمم الجبال إما يذوب أو يبقى صلبًا، بينما يميل الثلج المتسخ على أرض المدن إلى أن يصبح طريًا عند درجات حرارة معينة. عادةً ما تحتوي أحواض انصهار اللحام التي تحتوي على مستويات عالية من الكبريت، سواء من شوائب المعدن الأساسي المنصهرة أو من قطب اللحام، على نطاقات انصهار واسعة جدًا، مما يؤدي إلى زيادة خطر التشقق الساخن .

السلوك أثناء التبريد

فوق درجة حرارة السيولة، تكون المادة متجانسة وسائلة في حالة اتزان. وعند تبريد النظام إلى ما دون درجة حرارة السيولة، تتشكل المزيد من البلورات في المصهور إذا انتظرنا فترة كافية، وذلك تبعًا لنوع المادة. وبدلاً من ذلك، يمكن الحصول على زجاج متجانس من خلال التبريد السريع، أي من خلال تثبيط عملية التبلور حركيًا .

تُسمى المرحلة البلورية التي تتبلور أولاً عند تبريد المادة إلى درجة حرارة انصهارها بالمرحلة البلورية الأولية أو المرحلة الأولية . ويُعرف نطاق التركيب الذي تبقى فيه المرحلة الأولية ثابتة بمجال المرحلة البلورية الأولية .

تُعد درجة حرارة السيولة مهمة في صناعة الزجاج لأن التبلور يمكن أن يسبب مشاكل خطيرة أثناء عمليات صهر الزجاج وتشكيله، وقد يؤدي أيضًا إلى فشل المنتج. [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هيرزبرغ، كلود ت. (1983). "درجات حرارة التصلب والسيولة والمعادن لغارنيت-ليرزوليت لا مائي حتى 15 جيجا باسكال". فيزياء باطن الأرض والكواكب . 32 (2). إلسيفير بي في: 193-202 . رمز Bibcode : 1983PEPI...32..193H . doi : 10.1016/0031-9201(83)90139-5 . ISSN 0031-9201 . 
  2. 1 2 3 أسكلاند، دونالد ر.؛ فولاي، براديب ب. (23-04-2008). أساسيات علم وهندسة المواد (الطبعة الثانية ). تورنتو: سينجايج ليرنينج. ص 305. ISBN   978-0-495-24446-2.
  3. 1 2 كاليستر، ويليام د.؛ ريثويش، ديفيد ج. (2008). أساسيات علم وهندسة المواد: منهج متكامل ( الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده. ص 356-358 . ISBN   978-0-470-12537-3.
  4. ↑ سفاريان، جعفر. كولبينسن، ليف؛ تانجستاد ، ميريتي (2011/04/02). "سائل أنظمة السيليكون الثنائية" . المعاملات المعدنية والمواد ب . 42 (4). Springer Science and Business Media LLC: 852– 874. بيب كود : 2011MMTB...42..852S . دوى : 10.1007/s11663-011-9507-4 . ردمك 1073-5615 . 
  5. ↑ جالفين، سي أو تي؛ غرايمز، آر دبليو؛ بور، بي إيه (2021). "طريقة ديناميكيات جزيئية لتحديد خط السيولة وخط التصلب في مخطط طور ثنائي". علوم المواد الحاسوبية . 186 110016. إلسيفير بي في. doi : 10.1016/j.commatsci.2020.110016 . hdl : 10044/1/82641 . ISSN 0927-0256 . 
  6. ^ ديفرينيس، غيوم. ترياما، كي؛ آبي، تايتشي؛ أوغامينو، إتسوكو؛ تامورا، ريو (2023). "إطار عمل للتنبؤ بالسائل الثنائي من خلال الجمع بين التعلم الآلي وتقييمات CALPHAD" . المواد والتصميم . 232 112111. إلسفير بي في. دوى : 10.1016/j.matdes.2023.112111 . ISSN 0264-1275 . 
  7. ^ ميورا، أكيرا. هوكيموتو، تسوكاسا؛ ناجاو، ماسانوري؛ ياناس، تاكاشي؛ شيمادا، توشيهيرو؛ تاداناجا ، كيوهارو (2017/08/31). "التنبؤ بدرجات حرارة السائل الثلاثي من خلال النمذجة الإحصائية للأنظمة الثنائية والثالثية Ag-Al-Sn-Zn" . ايه سي اس أوميغا . 2 (8). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 5271–5282 . دوى : 10.1021/acsomega.7b00784 . ISSN 2470-1343 . بمك 6641866 . بميد 31457798 .   
  8. ↑ برنارد، مايكل؛ بريسولي، بيتر؛ برنارد، كريستيان؛ هان، سوزان؛ إيلي، سيرجيو (29-06-2021). "تقييم معادلات السيولة التحليلية للفولاذ المُسبَّك Fe-C-Si-Mn-Al-P باستخدام تقنيات DSC/DTA" . مجلة المعاملات المعدنية والمواد B. 52 ( 5). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 2821-2830 . رمز Bibcode : 2021MMTB...52.2821B . doi : 10.1007/s11663-021-02251-1 . ISSN 1073-5615 . 
  9. ↑ رادومسكي، ر.؛ رادومسكا، م. (1982). "تحديد درجات حرارة التصلب والسيولة باستخدام مقياس المسح التفاضلي الحراري بيركن-إلمر 1B". مجلة التحليل الحراري . 24 (1). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 101-109 . doi : 10.1007/bf01914805 . ISSN 0368-4466 . S2CID 96845070 .  
  10. ↑ سوبي، إي إس؛ نيلسون، إيه تي؛ وايت، جيه تي؛ ماكنتاير، بي إم (2015). "قياسات سطح السيولة وانتقالات الصلابة لمخططات الطور NaCl–UCl 3 و NaCl–UCl 3 –CeCl 3 " . مجلة المواد النووية . 466. إلسيفير بي في: 280-285 . Bibcode : 2015JNuM..466..280S . doi : 10.1016/j.jnucmat.2015.07.050 . ISSN 0022-3115 . 
  11. ↑ ليو، غانغ؛ ليو، لين؛ تشاو، شينباو؛ غي، بينغمينغ؛ تشانغ، جون؛ فو، هنغتشي (31 مارس 2011). "تأثيرات الرينيوم والروثينيوم على خصائص تصلب السبائك الفائقة أحادية البلورة ذات الأساس النيكلي". مجلة المعاملات المعدنية والمواد أ . 42 (9). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 2733-2741 . رمز Bibcode : 2011MMTA...42.2733L . doi : 10.1007/s11661-011-0673-4 . ISSN 1073-5623 . S2CID 135753939 .  
  12. ↑ والينبرغر، فريدريك ت.؛ سمرتشيك، أنتونين (2010-05-20). "درجة حرارة السيولة؛ دورها الحاسم في صناعة الزجاج". المجلة الدولية لعلوم الزجاج التطبيقية . 1 (2). وايلي: 151-163 . doi : 10.1111/j.2041-1294.2010.00015.x . ISSN 2041-1286 .