Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

В последнее время возрос интерес к изучению термодинамических свойств жидких металлов и других веществ, в частности - критических параметров. Однако критические температуры и давления металлов очень высоки, что не позволяет экспериментально измерить эти величины. По этой причине, к настоящему времени критические параметры непосредственно измерены, для органических жидкостей и некоторых щелочных металлов (Na, К, Сs, Rb), жидких халькогенов (S, Se), а также ртути (Hg) и воды (Н2О). Между тем, знание критических температур позволило бы уточнить значения температурных коэффициентов поверхностной энергии металлов, разброс которых выходит далеко за рамки погрешностей измерений.

В настоящей работе предпринята попытка теоретического расчета температурных коэффициентов поверхностной энергии выше указанных металлов и халькогенов, используя экспериментальные данные критических температур.

Предполагая температурные коэффициенты поверхностной энергии линейными вплоть до критической точки, можно записать следующее выражение

,                                                    (1)

где σжг - поверхностная энергия жидкости при температуре кристаллизации;

d σжг / d T - температурный коэффициент поверхностной энергии; Тс - критическая температура в К; Ткр. - температура кристаллизации жидкости (расплава).

Как известно, в критической точке поверхностная энергия вещества равна нулю. Приравняв нулю (1) и решая полученное уравнение относительно d σжг / d T, получим

.                                                              (2)

В качестве реперной точки можно также выбрать температуру кипения Тк данной жидкости, однако в предположении линейной зависимости поверхностной энергии от температуры последнее не играет существенной роли. Поэтому нами при расчетах выбраны Ткр. Считая экспериментальные значения критических температур верными для dσжг / dT по формуле (2), получены величины, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Металл

Ткр, К

Тк

Тс (эксп.),

К

Тск

σжг, мДж/м2

жг/dТ,

мДж/м2

Hg

234

630

1760

2,8

500

0,328

Na

371

1156

2504

2,2

191

0,090

Cs

302

959

2020

2,1

69

0,040

Rb

312

976

2100

2,1

95

0,053

K

397

1033

2200

2,1

117

0,065

Se

492

958

1760

1,8

95

0,069

S

392

718

1315

1,8

55

0,060

H2O

273

373

647

1,7

76

0,203

Экспериментальные значения критических температур взяты из [1,2], величины σжг при температуре кристаллизации жидкости - из [3], а температуры плавления и кипения - из [4].

Сравнение значений dσжг/dТ, вычисленных по экспериментальным данным критических температур [1,2] с экспериментальными данными dσжг/dТ по температурной зависимости поверхностного натяжения жидкостей [3], показывает, что наблюдается согласие величин, определенных указанными двумя методами.

Однако необходимо учесть то обстоятельство, что в литературе накоплено большое число dσжг/dТ по температурной зависимости поверхностного натяжения для одного и того же металла, поэтому здесь речь может идти только о согласии таких расчетов со средним значением dσжг/dТ. Например, для ртути и воды значения dσжг/dТ представляются завышенными.

Таким образом, знание критической температуры в действительности позволяет уточнить значение температурного коэффициента поверхностной энергии расплава (жидкости).

В заключение отметим, что для других металлов такие расчеты невозможны, ввиду того, что критические температуры для них настолько высоки, что их экспериментальное определение становится проблематичным.

Список литературы

1. Жидкие металлы. Материалы третьей международной конференции по жидким металлам. Под ред. Р. Эванса и Д. Гринвуда. Пер. с англ. М., Металлургия, 1980, 392 с.

2. Blairs S. // J Colloid and interface Sci. - 1978. - V. 67. №3. P. 548.

3. Ниженко В.И., Флока Л.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов. Справочник. - М.: Металлургия, 1981. - 208 с.

4. Энциклопедия неорганических материалов. - Киев: 1977, Т.1. - 840 с.; Т. 2. - 816 с.