переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния в жидкое; происходит с поглощением теплоты (
Фазовый переход I рода). Главными характеристиками П. чистых веществ являются
Температура плавления (
Тпл) и теплота, которая необходима для осуществления процесса П. (
Теплота плавления Qпл).
Температура П. зависит от внешнего давления
р; на диаграмме состояния (См.
Диаграмма состояния) чистого вещества эта зависимость изображается кривой плавления (кривой сосуществования твёрдой и жидкой фаз,
AD или
AD' на
рис. 1). П. сплавов (См.
Сплавы)
и твёрдых растворов происходит, как правило, в интервале температур (исключение составляют эвтектики (См.
Эвтектика) с постоянной
Тпл). Зависимость температуры начала и окончания П. сплава от его состава при данном давлении изображается на диаграммах состояния специальными линиями (кривые ликвидуса и солидуса, см.
Двойные системы)
. У ряда высокомолекулярных соединений (например, у веществ, способных образовывать
Жидкие кристаллы) переход из твёрдого кристаллического состояния в изотропное жидкое происходит постадийно (в некотором температурном интервале), каждая стадия характеризует определённый этап разрушения кристаллической структуры.
Наличие определённой температуры П.- важный признак правильного кристаллического строения твёрдых тел. По этому признаку их легко отличить от аморфных твёрдых тел, которые не имеют фиксированной
Тпл. Аморфные твёрдые тела переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении температуры (см.
Аморфное состояние)
.
Самую высокую температуру П. среди чистых металлов имеет
Вольфрам (3410 °С), самую низкую -
Ртуть (-38,9 °С). К особо тугоплавким соединениям относятся: TiN (3200 °С), HfN (3580 °С), ZrC (3805 °С), TaC (4070 °С), HfC (4160 °С) и др. Как правило, для веществ с высокой
Тпл характерны более высокие значения
Qпл. Примеси, присутствующие в кристаллических веществах, снижают их
Тпл. Этим пользуются на практике для получения сплавов с низкой
Тпл (см., например,
Вуда сплав с
Тпл = 68 °С) и охлаждающих смесей (См.
Охлаждающие смеси)
.
П. начинается при достижении кристаллическим веществом
Тпл. С начала П. до его завершения температура вещества остаётся постоянной и равной
Тпл, несмотря на сообщение веществу теплоты (
рис. 2). Нагреть кристалл до
Т >
Тпл в обычных условиях не удаётся (см.
Перегрев)
, тогда как при кристаллизации сравнительно легко достигается значительное
Переохлаждение расплава.
Характер зависимости
Тпл от давления
р определяется направлением объёмных изменений (
ΔVпл) при П. (см.
Клапейрона - Клаузиуса уравнение)
. В большинстве случаев П. вещества сопровождается увеличением их объёма (обычно на несколько \%). Если это имеет место, то возрастание давления приводит к повышению
Тпл (
рис. 3). Однако у некоторых веществ (воды (См.
Вода)
, ряда металлов (См.
Металлы) и металлидов (См.
Металлиды)
, см.
рис. 1) при П. происходит уменьшение объёма. Температура П. этих веществ при увеличении давления снижается.
П. сопровождается изменением физических свойств вещества: увеличением энтропии (См.
Энтропия)
, что отражает разупорядочение кристаллической структуры вещества; ростом теплоёмкости (См.
Теплоёмкость)
, электрического сопротивления [исключение составляют некоторые полуметаллы (Bi, Sb) и полупроводники (Ge), в жидком состоянии обладающие более высокой электропроводностью]. Практически до нуля падает при П. сопротивление сдвигу (в расплаве не могут распространяться поперечные упругие волны, см.
Жидкость)
, уменьшается скорость распространения
Звука
(продольных волн) и т.д.
Согласно молекулярно-кинетическим представлениям, П. осуществляется следующим образом. При подведении к кристаллическому телу теплоты увеличивается энергия колебаний (амплитуда колебаний) его атомов, что приводит к повышению температуры тела и способствует образованию в кристалле различного рода дефектов (незаполненных узлов кристаллической решётки - вакансий (См.
Вакансия)
; нарушений периодичности решётки атомами, внедрившимися между её узлами, и др., см.
Дефекты в кристаллах)
. В молекулярных кристаллах может происходить частичное разупорядочение взаимной ориентации осей молекул, если молекулы не обладают сферической формой. Постепенный рост числа дефектов и их объединение характеризуют стадию предплавления. С достижением
Тпл в кристалле создаётся критическая концентрация дефектов, начинается П.- кристаллическая решётка распадается на легкоподвижные субмикроскопические области. Подводимая при П. теплота идёт не на нагрев тела, а на разрыв межатомных связей и разрушение дальнего порядка в кристаллах (см.
Дальний порядок и ближний порядок)
. В самих же субмикроскопических областях ближний порядок в расположении атомов при П. существенно не меняется (
Координационное число расплава при
Тпл в большинстве случаев остаётся тем же, что и у кристалла). Этим объясняются меньшие значения теплот плавления
Qпл по сравнению с теплотами парообразования (См.
Парообразование) и сравнительно небольшое изменение ряда физических свойств веществ при их П.
Процесс П. играет важную роль в природе (П. снега и льда на поверхности Земли, П. минералов в её недрах и т.д.) и в технике (производство металлов и сплавов, литьё в формы и др.).
Лит.: Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, Собр. избр. трудов, т. 3, М. -Л., 1959; Данилов В. И., Строение и кристаллизация жидкости, К., 1956; Глазов В. М., Чижевская С. Н., Глаголева Н. Н., Жидкие полупроводники, М., 1967; Уббелоде А., Плавление и кристаллическая структура, пер. с англ., М., 1969; Любов Б. Я., Теория кристаллизации в больших объемах, М. (в печати).
Б. Я. Любов.
Рис. 1. Диаграмма состояния чистого вещества. Линии AD и AD' - кривые плавления, по линии AD' плавятся вещества с аномальным изменением объёма при плавлении.
Рис. 2. Остановка температуры при плавлении кристаллического тела. По оси абсцисс отложено время τ, пропорциональное равномерно подводимому к телу количеству теплоты.
Рис. 3. Изменение температуры плавления Тпл (°С) щелочных металлов с увеличением давления p (кбар). Кривая плавления Cs указывает на существование у него при высоких давлениях двух полиморфных превращений (а и в).