Температура плавления солей. Плавление и кипение соли

Соль - одно из самых распространенных веществ на Земле. Она широко используется в быту, промышленности, медицине. Но не все знают, что происходит с солью при нагревании.

Температура плавления разных солей

Температура плавления солей может сильно различаться в зависимости от их химического состава. Рассмотрим некоторые примеры экстремальных значений.

Самой тугоплавкой солью с максимальной температурой плавления является фторид лантана LaF3 - он плавится при 1493°C. А вот хлорид олова SnCl₄ имеет самую низкую температуру плавления - минус 33°C, то есть уже в твердом состоянии при комнатной температуре он находится в жидком агрегатном состоянии.

В целом, чем тяжелее металл в составе соли, тем выше ее температура плавления. Это связано с бóльшей прочностью межатомных связей. Например, соли свинца и урана отличаются очень высокими температурами плавления:

• Плотность расплава йодида свинца PbI2 - 5,691 г/см³, температура плавления 587°C
• Плотность тетрафторида урана UF4 - 6,485 г/см³, температура плавления 1050°C

Легкие соли щелочных и щелочноземельных металлов (натрия, калия, лития), наоборот, характеризуются невысокими температурами плавления. Это связано с менее прочным ионным характером химической связи в их кристаллической решетке.

Сравнительная таблица температур плавления некоторых солей

Как видно из таблицы, разброс температур плавления может составлять более 1500°C!

Плотность расплавленных солей

При нагревании и переходе в жидкое состояние у большинства солей плотность уменьшается. Это связано с увеличением межмолекулярного расстояния и объема соли при нагревании.

Например, плотность кристаллического хлорида натрия NaCl при комнатной температуре составляет 2,17 г/см³. А в расплавленном виде при температуре 801°C его плотность уменьшается до 1,556 г/см³.

Однако для некоторых солей зависимость обратная - их плотность при плавлении возрастает. Это характерно для солей с молекулярной кристаллической решеткой, например хлорида алюминия AlCl3. Его плотность увеличивается с 2,48 г/см³ (твердое состояние) до 2,89 г/см³ (расплав).

Таблица плотности некоторых расплавленных солей

Как видно из таблицы, самой высокой плотностью в расплаве обладают соли тяжелых металлов (свинец, ртуть, уран). А соли легких щелочных металлов (литий, калий, натрий) характеризуются плотностью менее 2 г/см3.

Данные о плотности жидких солей используются при разработке расплавных теплоносителей для ядерных реакторов. Кроме того, информация важна для процессов разделения и очистки металлов, в металлургической и химической промышленности.

Температура плавления поваренной соли, согласно исследованиям, составляет 801°C. Это довольно высокое значение, учитывая, что температура на кухонной плите не превышает 250-300°C. Поэтому при обычной готовке соль не оплавляется.

Однако в специальных условиях, например с использованием мощной газовой горелки, можно нагреть соль до расплавления. При температуре около 900°C она быстро перейдет в жидкое состояние. Согласно исследованиям, для полного расплавления 10 г соли при 900°C потребуется порядка 5-7 минут.

Поведение поваренной соли при нагревании

Поваренная соль или хлорид натрия (NaCl) является одной из наиболее распространенных солей на Земле. Рассмотрим более подробно, что с ней происходит при нагревании.

Как уже отмечалось ранее, температура плавления поваренной соли составляет 801°C. Ниже этого значения соль будет лишь нагреваться, возможно, на ее поверхности появятся трещины из-за теплового расширения.

При достижении критической температуры начинается собственно процесс плавления соли. Сначала будут оплавляться края кристаллов, затем вся соль перейдет в жидкое состояние. Этот процесс пойдет rather slow - около 5-7 минут требуется для расплавления 10 г соли.

Названием солей обозначают хрупкие тела, которые растворяются в воде, причем она остается прозрачной; они не загораются, если в чистом виде подвергаются действию огня.

Можно ли расплавить поваренную соль дома?

Для нагрева соли до температуры плавления 801°C в домашних условиях можно использовать мощную газовую горелку, электрическую печь или микроволновку. Однако процесс сопряжен с определенной опасностью из-за высокой температуры и может привести к пожару или ожогам.

Более безопасный способ - использовать специальную маломощную печь или плитку, которая позволит постепенно довести соль до плавления. Необходимо соблюдать меры предосторожности и проводить опыты под присмотром взрослого в защитных очках.

Почему сахар плавится на сковороде, а соль - нет?

Это объясняется различием в типе кристаллической решетки. У соли она ионная, с прочными ионными связями между атомами натрия и хлора. А у сахарозы решетка молекулярная, где атомы связаны более слабыми водородными связями.

Поэтому для разрушения кристаллической решетки и плавления сахара требуется гораздо меньшая энергия и температура (160-190°C), в отличие от соли с температурой плавления 801°C. А температура на кухонной плите и сковородке как раз достаточна для оплавления сахара, но не хватает для расплавления соли.

Температура кипения солей

Помимо температуры плавления, важной характеристикой является температура кипения соли. Это температура, при которой жидкая соль начинает активно испаряться и образовывать пар.

• Температура кипения хлорида натрия - 1465°C
• Температура кипения хлорида лития LiCl - 1360°C
• Температура кипения йодида свинца PbI2 - 1140°C

Как видно из примеров, температура кипения заметно превышает температуру плавления солей. И если плавление соли при определенных условиях возможно достичь в домашних опытах, то довести соль до кипения крайне сложно.

Плавление соли - физическое или химическое явление?

Часто возникает вопрос - является ли плавление соли физическим или химическим процессом? Давайте разберемся.

Плавление и кристаллизация солей, так же как и других кристаллических веществ, относится к физическим явлениям. При этом не происходит изменения химического состава вещества или строения молекул.

При плавлении соли разрушается лишь ее кристаллическая решетка. Происходит переход из твердого состояния в жидкое. Но с точки зрения химии соль остается все тем же веществом - хлоридом натрия NaCl, карбонатом кальция CaCO3 и т.д.

То есть никаких химических реакций или превращений при плавлении солей не происходит. Энергия затрачивается лишь на разрыв межмолекулярных связей, чтобы перевести вещество в жидкое неупорядоченное состояние. Поэтому, безусловно, это физический процесс.

Фазовые переходы при нагревании солей

Рассмотрим подробнее, какие фазовые переходы происходят с солью при нагревании от комнатной температуры:

1. Твердое вещество (кристаллическая структура)
2. Плавление при температуре плавления соли (разрушение кристаллической решетки)
3. Жидкость (расплав соли)
4. Кипение при температуре кипения (интенсивное образование пара)
5. Газообразное состояние (пары соли)

Как видно, соль последовательно проходит два фазовых перехода - плавление и кипение. Это характерно для любого кристаллического вещества, будь то сахар, лед, металлы и др.

Изменение свойств соли при плавлении

Хотя химический состав соли при плавлении не меняется, многие ее физические свойства претерпевают заметную трансформацию.

В частности, уменьшается плотность и вязкость, возрастает текучесть, снижается теплопроводность и электропроводность. Если в твердом виде соль является диэлектриком, то в расплаве она становится проводником электричества.

Эти изменения физических свойств определяют специфику применения расплавленных солей в технике и промышленности.