Решение: Полиморфные превращения железа
Статья к заданиюПолиморфные превращения металлов
Прочитайте текст и выполните задания.
Полиморфные превращения металлов
Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10⁻¹–10⁻⁵ см) хаотично ориентированных по отношению друг к другу кристаллов.
Многие металлы (в том числе железо) в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или, как их называют, в разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющего решётку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решётка другого типа (см. рисунок 1).
Рисунок 1. Примеры полиморфных модификаций железа
(α-железо и γ-железо)
Полиморфное превращение – обратимый процесс; он происходит как при нагреве, так и при охлаждении твёрдого тела. Вновь образующиеся полиморфные модификации – следствие возникновения центров кристаллизации и роста кристаллов, подобно кристаллизации из жидкого состояния.
Превращение одной полиморфной формы в другую при нагреве чистого металла сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре (аналогично процессу плавления). В процессе охлаждения происходит выделение тепла при той же температуре, что и во время нагрева. Температура, при которой происходит переход из одного типа кристаллической решётки в другой, носит название температуры полиморфного превращения.
Так как полиморфные модификации вещества отличаются внутренней структурой, то свойства их различны.
На рисунке представлен график зависимости температуры от времени в процессе охлаждения железа. Первоначально железо находилось в жидком состоянии; температура плавления железа равна $1539\ ^\circ\mathrm{C}$. Скорость отвода тепла в процессе охлаждения оставалась постоянной. Сколько полиморфных превращений кристаллического железа наблюдалось в процессе охлаждения? Ответ поясните.
Используйте общий материал о полиморфных превращениях металлов.
Решение по шагам
3 шагаНа графике сначала наблюдается охлаждение жидкого железа, затем при температуре плавления $1539\ ^\circ\mathrm{C}$ происходит его кристаллизация. Этот процесс не является полиморфным превращением, поскольку изменяется агрегатное состояние вещества.
После затвердевания железа на графике видны два горизонтальных участка, то есть две остановки падения температуры. При постоянной скорости отвода тепла такие участки означают выделение энергии при превращениях, происходящих при постоянной температуре.
Для кристаллического железа эти остановки соответствуют переходам между различными кристаллическими модификациями при температурах около $1392\ ^\circ\mathrm{C}$ и $911\ ^\circ\mathrm{C}$.
В процессе охлаждения наблюдалось 2 полиморфных превращения кристаллического железа.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать кристаллизацию жидкого железа полиморфным превращением.
Учитывать только один горизонтальный участок графика.
Не объяснить связь горизонтальных участков с выделением теплоты при постоянной температуре.