Friday, January 11, 2013

بحث عن الانصهار - تقرير شامل عن الانصهار

بسم الله الرحمن الرحيمسأقدم الان بحث عن الانصهار واليكم التفاصيل
ظاهرةَ الانصهار قوانينُ بسيطة إذا كان الجسم الصلب جسماً نقياً متبلوراً.ففي ضغط معين (ض) تنصهر بلورة الجسم في درجة حرارة محددة (دم) تدعى درجة حرارة الانصهار أو نقطة الانصهار. ويحدث التبلور cristallisation في هذا الضغط نفسه ودرجة الحرارة نفسها، فتكون البلورة والسائل في الشرطين ض، دم جملة ثنائية الطور في توازن أحادي المتغير univariantتحكمه العلاقة تا (د، ض) =0 ، وبرسم التابع بدلالة (د) و (ض) ينتج منحنٍيدعى منحني انصهار الجسم النقي. ويكون هذا المنحني ذا ميل موجب إذا ازدادحجم الجسم بالانصهار، وهذه هي الحالة العامة. غير أن هناك أجساماً كالجليدوالبزموت يرافق انصهارَها نقصان في الحجم، ويكون ميل منحني انصهارهاسالباً. وفي جميع الأحوال يعد هذا الميل مهماً إذا ما قورن بميل المنحنياتالأخرى لتغير الحالة، فهو يساوي 131كغ على السنتمتر المربع لكل درجة حرارةمن أجل الجليد العادي بالقرب من درجة الصفر سلسيوس. وتعتمد درجة حرارةالانصهار في ضغط معين، وليكن الضغط الجوي مثلاً، على طبيعة الجسم اعتماداًكبيراً.

تتعلقدرجة حرارة الانصهار بالضغط الخارجي ض، وتمثل هذه العلاقة في مخطط حالةالمادة النقية، بمنحني الانصهار (منحني وجود الطورين الصلب والسائل كما فيالشكل 1)
تتحدد العلاقة بين درجة الانصهار والضغط من اتجاه التغيرات الحجمية (Δحم) عند الانصهار ويرافق انصهارَ المادة في أغلب الحالات ازدياد حجمها، فإذاحدث ذلك فان ازدياد الضغط يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الانصهار. إلا أنالحجم ينقص عند الانصهار في حالة بعض المواد كالماء وبعض المعادن وأشباهالمعادن على سبيل المثال (انظر الشكل).
يرافق الانصهارَ أيضاً تغير في الخواص الفيزيائية للمواد وتزداد الأنتروبية[ر] entropie(ويدل هذا على اختلال انتظام البنية البلورية للمادة). وتزداد السعةالحرارية والمقاومة الكهربائية، يستثنى من ذلك بعض أشباه المعادن (البزموت Bi والأنتموان Sb) وأنصاف النواقل (جرمانيوم Ge)التي تكون ناقليتها الكهربائية أعلى في الحالة السائلة. وتهبط عندالانصهار مقاومة الانزياح إلى الصفر فلا تستطيع الأمواج العرضانية أن تنتشرفي الصهارة، وتتناقص سرعة انتشار الأمواج الطولانية كالأمواج الصوتيةمثلاً.
ويعد الانصهار، وفقتصورات الحركة الجزيئية، أثراً لشيء آخر. فعند تسخين الجسم البلوري تزدادطاقة اهتزاز ذراته. مما يؤدي إلى ازدياد درجة حرارة الجسم وبدء ظهور أنواعمختلفة من العيوب في البلورة (عقد غير ممتلئة في الشبكة البلورية، عدمانتظام الشبكة، وتوغل الذرات بين عقدها وغير ذلك من العيوب).
حرار ة الانصهار
يرافق الانصهارَ امتصاص للحرارة، ويمكن باستخدام المسعر قياس كمية حرارة الانصهار المستترة latenteوهي بالتعريف: كمية الحرارة التي ينبغي تقديمها إلى واحدة الكتلة من الجسمالصلب كي ينصهر في درجة حرارة وضغط ثابتين، كما يمكن حسابها أيضاً منعلاقة كلابيرون Clapeyron:


حيث Lf: حرارة الانصهار المستترة، T: درجة حرارة الانصهار المطلقة في الضغط المحدد، Ul و US: الكتلة الحجمية للجسم الصلب والسائل على الترتيب،

ميل منحني الانصهار. ولما كانت Lf موجبة دائماً فإنه يكون للمقدارين U1-US و

الإشارة نفسها دائماً. وبما أن التحول يتم عند درجة حرارة ثابتة isotherme وضغط ثابت isobare فإن Lf تدل أيضاً على تغير الأنطلبية [ر] enthalpie الذي يرافق الانصهار. ولما كان تغير الأنتروبية فيكون تغير الطاقة الحرة معدوماً ΔG=ΔH-TΔS، وهذا ما يعبر عن التوازن بين الطورين الصلب والسائل عند الانصهار.
فرط الانصهار
كثيراًما يحدث، عند تبريد سائل، أن تنخفض درجة حرارته إلى ما دون درجة حرارةتجمده من غير أن يحدث التصلب، فيقال إن هناك تأخراً عن التبلور، وأن السائلفي حالة فرط الانصهار surfusion، وهي حالة شبه استقرار metastable يمكن أن تتوقف بالخض أو بإدخال بلورة جسم صلب، وعندئذ يمكن أن ترتفع درجة الحرارة من جديد إلى(دم).
إن فرط الانصهار ظاهرة عامة (التأخر عن الانصهار retard à la fusionالذي لا يحدث)، إلا أن النزوع إلى الحفاظ على حالة فرط الانصهار نزوعيتغير بتغير الأجسام، وهكذا يمكن للماء والكبريت والفسفور الأبيض إبداءحالات فرط الانصهار في حدود عدة عشرات من درجات الحرارة. ويمكن للغليسرين(دأ =18ْس) أن يبقى في حالة فرط الانصهار إلى ما لا نهاية عندغياب التجمد. وإذا كانت حالة فرط الانصهار لسائل ما مهمة فإنه يتخذ في درجةحرارة منخفضة مظهر الزجاج نظراً لازدياد لزوجته ازدياداً كبيراً، ففي هذهالحالة الزجاجية يحتوي السائل المفرط في انصهاره على «بزور» germes متبلورة صغيرة جداً، إلا أن هذه البزور لا تستطيع التنامي. وإذا زيدت درجة الحرارة زيادة سريعة إلى قيمة لأدنى من دأ بقليل تضخمت هذه «البزور» بوجه عام وزال التزجج أي حدوث التبلور.
الانصهار في التعدين
يتغير طور المعادن النقية وبعض السبائك الخليطة (الأشابات) ذات التراكيب المحدودة كمغايرات التحول eutectiques(ومغاير التحول صفة مزيج كيمياوي ينصهر في درجة حرارة ثابتة هي دون درجةحرارة انصهار كل من مركّباته). والمركبات ذات النسب المحددة، عند تسخينهافي درجة حرارة ثابتة (نقطة الانصهار) في الضغط الجوي النظامي. ويظهر انصهارالسبائك الخليطة تدريجياً في مجال من درجات الحرارة. وقد وضعت مخططاتتوازن الطور الصلب مع صهارته لسبائك خليطة ثنائية أو ثلاثية على شكلمنحنيين، يسمى أحدهما منحني الصلابة solidus، وهو يحدِّد بدايةَ الانصهار، ويسمى الثاني منحني السيولة liquidus وهو يحدد نهاية الانصهار. وينجز الانصهار وفقاً للأغراض التعدينية إما بتحويرات كيمياوية أو دون تحويرات كيمياوية.
عمليات الانصهار المنجزة بتحويرات كيمياوية:هذه العمليات هي أساس كثير من المعالجات عند إعداد المعادن بدءاً منفلزاتها (خاماتها). فالانصهار المُرجِع يحكم جوهر سير الفرن العالي فيصناعة الحديد وذلك بفعل المرجعات وأكسيد الكربون والكربون (الكوك) في فلزالحديد، مما يقود إلى الحصول على حديد الصب الذي هو خليطة من الحديدوالكربون في الحالة السائلة. وفي مصنع الفولاذ يحوَّل حديد الصب إلى فولاذبالانصهار المؤكسِد الذي يحذف الجزء الأعظم من الكربون.
درجة انصهار بعض المعادن النقية تحت الضغط الجوي
وفيالكثير من عمليات الإعداد في التعدين يُلجَأ إلى طرائق انصهار خاصةكالانصهار المكوّن للخبث (فصل شوائب الركاز بتكوين خبث سيليسي)، وكالانصهارالمكبْرِت (تكون كبريتيد معدني بإضافة الجص)، وكالانصهار المكربن،والانصهار مع حدوث تفاعل متبادل ما بين مركبين (كالتفاعل بين أكسيد النحاسوكبريتيده للحصول على النحاس الخام).
عمليات الانصهار المنجزة من دون تحوير كيمياوي أوبتحوير كيمياوي ضئيل وثانوي:يلجأ إلى هذه العمليات في إعداد المعادن ومَحْصها سواء بغية إغناء الركازبحذف شوائبه المعدنية الأكثر قابلية للانصهار أو بغية فصل طورين مختلفيقابلية الانصهار (طريقة التسييل أو التعرق) في سبيكة خليطة، أو فصل معدنينغير قابلين للامتزاج في الحالة السائلة.
يمارسأكثر عمليات الانصهار شيوعاً دون تحوير كيمياوي في سبك صُبّة المعادنالنقية أو إعداد سبائك خليطة في الحالة السائلة، وصب السبائك أو القطعالمقوْلبة. وعند تحضير سرير الانصهار أي عندما تكوِّن بنية الحمولات المرادصهرها، يجب أن يؤخذ بالحسبان طبيعة المعادن والسبائك الخليطة وشكلها(السبائك، سبائك الفولاذ أوالحديد، والسُّقاطات والقطع المستعادةوالقُشارات) وحالة نظافتها (غياب الأجسام الدسمة والرمل والفلزاتوالنداوة). كما يجب أن تعوِّض كمياتُ المعادن ونسبُها في الحمولات «الفقدَبالنار» بتفاعلات الأكسدة الثانوية وتكوّن الخبث والتطاير.
وتخضعرتبةُ تغيير المكونات وسير حلقة التسخين حتى الانصهار لموجبات متناقضةأحياناً، كالحصول على انصهار سريع لتجنب الأكسدة أو الحد منها أو لتجنبإفساد الحمولات، وكالتسخين التدريجي والحفاظ على المكونات في حالة الانصهارمدة كافية قبل الصب لإتاحة المجال لعناصر المغطس كي تنتشر وتتجانس،وكاتخاذ التدابير كيلا يتلوث المغطس بالتفاعل مع الجو (الهواء اللهب)، ولايتخزَّف قعر sole الفرن وبوتقة الانصهار وجيب الصب.
وقد قاد وجوب مراعاة تنفيذ جميع هذه التدابير في إعداد السبائك الخليطة الجيدة (الفولاذ الخاص للمُدْرجات rollings)أو المعادن الفعالة (التيتانيوم، الزِرْكونيوم، الأورانيوم) إلى تحقيقطرائق انصهار خاصة كالانصهار في جو حافظ مؤلف من الآزوت أو الآرغون في جومخلخل أو في الفراغ (في ضغط منخفض يراوح بين 0.01مم و3مم زئبق)، في أفرانذات تحريض. ويمارس الانصهار بالقوس الكهربائية في الفراغ أو في الضغط الجويبطريقة المسرى المستهلك المؤلف من المعدن أو السبيكة المراد صهرها، وذلكبتفجير القوس بين هذا المسرى وسطح المغطس.
Digg Google Bookmarks reddit Mixx StumbleUpon Technorati Yahoo! Buzz DesignFloat Delicious BlinkList Furl

No comments:

Post a Comment

Search This Blog