तरल और ठोस

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जबकि रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थों का एक ही गलनांक होता है, रासायनिक मिश्रण प्रायः ठोस तापमान (TS or Tsol) पर आंशिक रूप से द्रवित होते हैं, और उच्च तरल तापमान (TL or Tliq) पर पूर्ण रूप द्रवित होते हैं। अतः ठोस सदैव तरल से कम या उसके बराबर होता है, परंतु उनका मेल होना आवश्यक नहीं है। इस प्रकार से यदि ठोस और तरल के बीच अंतर स्थित है तो इसे हिमीकरण सीमा कहा जाता है, और उस अंतर के भीतर, पदार्थ में ठोस और तरल चरणों (कर्दम के जैसे) का मिश्रण होता है। ऐसी ही एक स्थिति है, उदाहरण के लिए, ओलीवाइन (फ़ोर्सटेराइट-फ़ायलाइट) प्रणाली के साथ, जो पृथ्वी के आवरण में सामान्य है।[1]

परिभाषाएँ

α और β के मिश्रण से बने ठोस घोल का संतुलन चरण आरेख। ऊपरी वक्र तरल की रेखा है, और निम्न वक्र ठोस की रेखा है।

अतः रसायन विज्ञान, पदार्थ विज्ञान और भौतिकी में, तरल तापमान उस तापमान को निर्दिष्ट करता है जिसके ऊपर एक पदार्थ पूर्ण रूप से तरल होता है,[2] और अधिकतम तापमान जिस पर क्रिस्टल ऊष्मागतिक संतुलन में द्रवित होने के साथ सह-अस्तित्व में रह सकते हैं। ठोस तापमान का एक बिन्दुपथ (गणित) है (चरण आरेख पर वक्र) जिसके निम्न दिया गया पदार्थ पूर्ण रूप से ठोस (क्रिस्टलीकृत) होता है। इस प्रकार से ठोस तापमान, उस तापमान को निर्दिष्ट करता है जिसके निम्न कोई पदार्थ पूर्ण रूप से ठोस होती है,[2] और न्यूनतम तापमान जिस पर ऊष्मागतिक संतुलन में द्रवित क्रिस्टल के साथ सह-अस्तित्व में रह सकता है।

तरल और ठोस का उपयोग अधिकांशतः अशुद्ध पदार्थों (मिश्रण) जैसे कांच, धातु मिश्र धातु, चीनी मिट्टी की वस्तुएं, चट्टान (भूविज्ञान) और खनिजों के लिए किया जाता है। इस प्रकार से तरल और ठोस की रेखाएँ द्विआधारी ठोस हलों के चरण आरेखों के साथ-साथ,[2] अपरिवर्तनीय बिंदु से दूर गलनक्रांतिक प्रणालियों में पूर्ण रूप से दिखाई देती हैं।[3]

जब भेद अप्रासंगिक हो

अतः शुद्ध तत्वों या यौगिकों के लिए, उदाहरण के लिए शुद्ध तांबा, शुद्ध पानी, आदि तरल और ठोस ही तापमान पर होते हैं, और द्रवित होने बिंदु शब्द का उपयोग किया जा सकता है।

कुछ मिश्रण ऐसे भी होते हैं जो विशेष तापमान पर द्रवित होते हैं, जिन्हें सर्वांगसम द्रवीकरण कहा जाता है। इस प्रकार से इसका उदाहरण एक गलनक्रांतिक प्रणाली है। गलनक्रांतिक प्रणाली में, विशेष मिश्रण अनुपात होता है जहां ठोस और तरल तापमान बिंदु पर मेल खाते हैं जिसे अपरिवर्तनीय बिंदु के रूप में जाना जाता है। अतः अपरिवर्तनीय बिंदु पर, मिश्रण गलनक्रांतिक प्रतिक्रिया से गुजरता है जहां दोनों ठोस द्रवित होते हैं और तापमान समान होता है।[3]

मॉडलिंग और माप

इस प्रकार से विभिन्न प्रणालियों के लिए तरल और ठोस वक्रों की भविष्यवाणी करने के लिए कई मॉडलों का उपयोग किया जाता है।[4][5][6][7]

अतः ठोस और तरल का विस्तृत माप विशेष रूप से स्कैनिंग उष्मामिति और विभेदक तापीय विश्लेषण जैसी तकनीकों का उपयोग करके किया जा सकता है।[8][9][10][11]

प्रभाव

File:SiO2 Li2O.GIF

इस प्रकार से अशुद्ध पदार्थों के लिए, उदाहरण के लिए मिश्र धातु, शहद, शीतल पेय, आइसक्रीम, आदि का गलनांक गलनांक में पूर्ण रूप से विस्तृत हो जाता है। यदि तापमान द्रवित होने के अंतराल के भीतर है, तो कोई घोल को संतुलन में देख सकता है, अर्थात घोल न तो पूर्ण रूप से हिमित हो पाएगा और न ही द्रवित। अतः यही कारण है कि पर्वत चोटियों पर उच्च शुद्धता6 की नवीन हिम या तो द्रवित हो जाती है या ठोस बनी रहती है, जबकि नगरों में स्थल पर दूषित हिम कुछ तापमान पर कीचड़युक्त हो जाती है। वेल्ड द्रवीकरण पूल में सल्फर के उच्च स्तर होते हैं, या तो आधार धातु की पिघली हुई अशुद्धियों से या वेल्डिंग इलेक्ट्रोड से, सामान्यतः बहुत व्यापक द्रवित होने के अंतराल होते हैं, जिससे तप्त विदरण का संकट बढ़ जाता है।

शीतित होने पर व्यवहार

अतः तरल तापमान के ऊपर, पदार्थ सजातीय (रसायन विज्ञान) है और संतुलन पर तरल है। चूँकि पद्धति को तरल तापमान से निम्न शीतित किया जाता है, पदार्थ के आधार पर, यदि कोई पर्याप्त रूप से लंबे समय तक प्रतीक्षा करता है, तो द्रवीकरण में अधिक से अधिक क्रिस्टल बनेंगे। इस प्रकार से वैकल्पिक रूप से, सजातीय (रसायन) ऐनक पर्याप्त तीव्र शीतलन के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, अर्थात, क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के गतिज निषेध के माध्यम से है।

वह क्रिस्टल चरण जो किसी पदार्थ को उसके तरल तापमान तक शीतित करने पर सर्वप्रथम क्रिस्टलीकृत होता है, प्राथमिक क्रिस्टलीय चरण या प्राथमिक चरण कहलाता है। अतः वह संरचना सीमा जिसके भीतर प्राथमिक चरण स्थिर रहता है, प्राथमिक क्रिस्टलीय चरण क्षेत्र के रूप में जाना जाता है।

इस प्रकार से कांच उद्योग में तरल तापमान महत्वपूर्ण है क्योंकि क्रिस्टलीकरण कांच द्रवित होने और बनाने की प्रक्रिया के समय गंभीर समस्याएं उत्पन्न कर सकता है, और इससे उत्पाद विफलता भी हो सकती है।[12]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Herzberg, Claude T. (1983). "Solidus and liquidus temperatures and mineralogies for anhydrous garnet-lherzolite to 15 GPa". Physics of the Earth and Planetary Interiors. Elsevier BV. 32 (2): 193–202. doi:10.1016/0031-9201(83)90139-5. ISSN 0031-9201.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Askeland, Donald R.; Fulay, Pradeep P. (2008-04-23). सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग की अनिवार्यताएँ (2nd ed.). Toronto: Cengage Learning. p. 305. ISBN 978-0-495-24446-2.
  3. ↑ 3.0 3.1 Callister, William D.; Rethwisch, David G. (2008). Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach (3rd ed.). John Wiley & Sons. pp. 356–358. ISBN 978-0-470-12537-3.
  4. ↑ Safarian, Jafar; Kolbeinsen, Leiv; Tangstad, Merete (2011-04-02). "सिलिकॉन बाइनरी सिस्टम का लिक्विडस". Metallurgical and Materials Transactions B. Springer Science and Business Media LLC. 42 (4): 852–874. doi:10.1007/s11663-011-9507-4. ISSN 1073-5615.
  5. ↑ Galvin, C.O.T.; Grimes, R.W.; Burr, P.A. (2021). "द्विआधारी चरण आरेख में लिक्विडस और सॉलिडस की पहचान करने के लिए एक आणविक गतिशीलता विधि". Computational Materials Science. Elsevier BV. 186: 110016. doi:10.1016/j.commatsci.2020.110016. hdl:10044/1/82641. ISSN 0927-0256.
  6. ↑ Deffrennes, Guillaume; Terayama, Kei; Abe, Taichi; Ogamino, Etsuko; Tamura, Ryo (2023). "मशीन लर्निंग और CALPHAD आकलन के संयोजन से बाइनरी लिक्विडस की भविष्यवाणी करने के लिए एक रूपरेखा". Materials & Design. Elsevier BV. 232: 112111. doi:10.1016/j.matdes.2023.112111. ISSN 0264-1275.
  7. ↑ Miura, Akira; Hokimoto, Tsukasa; Nagao, Masanori; Yanase, Takashi; Shimada, Toshihiro; Tadanaga, Kiyoharu (2017-08-31). "Prediction of Ternary Liquidus Temperatures by Statistical Modeling of Binary and Ternary Ag–Al–Sn–Zn Systems". ACS Omega. American Chemical Society (ACS). 2 (8): 5271–5282. doi:10.1021/acsomega.7b00784. ISSN 2470-1343.
  8. ↑ Bernhard, Michael; Presoly, Peter; Bernhard, Christian; Hahn, Susanne; Ilie, Sergiu (2021-06-29). "An Assessment of Analytical Liquidus Equations for Fe-C-Si-Mn-Al-P-Alloyed Steels Using DSC/DTA Techniques". Metallurgical and Materials Transactions B. Springer Science and Business Media LLC. 52 (5): 2821–2830. doi:10.1007/s11663-021-02251-1. ISSN 1073-5615.
  9. ↑ Radomski, R.; Radomska, M. (1982). "पर्किन-एल्मर 1बी डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमीटर के माध्यम से सॉलिडस और लिक्विडस तापमान का निर्धारण". Journal of Thermal Analysis. Springer Science and Business Media LLC. 24 (1): 101–109. doi:10.1007/bf01914805. ISSN 0368-4466.
  10. ↑ Sooby, E.S.; Nelson, A.T.; White, J.T.; McIntyre, P.M. (2015). "Measurements of the liquidus surface and solidus transitions of the NaCl–UCl3 and NaCl–UCl3–CeCl3 phase diagrams". Journal of Nuclear Materials. Elsevier BV. 466: 280–285. doi:10.1016/j.jnucmat.2015.07.050. ISSN 0022-3115.
  11. ↑ Liu, Gang; Liu, Lin; Zhao, Xinbao; Ge, Bingming; Zhang, Jun; Fu, Hengzhi (2011-03-31). "निकेल-बेस सिंगल-क्रिस्टल सुपरअलॉय के ठोसीकरण विशेषताओं पर रे और आरयू का प्रभाव". Metallurgical and Materials Transactions A. Springer Science and Business Media LLC. 42 (9): 2733–2741. doi:10.1007/s11661-011-0673-4. ISSN 1073-5623.
  12. ↑ Wallenberger, Frederick T.; Smrček, Antonín (2010-05-20). "The Liquidus Temperature; Its Critical Role in Glass Manufacturing". International Journal of Applied Glass Science. Wiley. 1 (2): 151–163. doi:10.1111/j.2041-1294.2010.00015.x. ISSN 2041-1286.
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