Theoretische Mindesttemperatur, die erforderlich ist, um ein beliebiges Material zu schmelzen

Das Lesen darüber ( Neues Material hat einen höheren Schmelzpunkt als alle bekannten Substanzen ) hat mich neugierig gemacht.

Bei einem Druckniveau (wie 1 atm) und einer ausreichend heißen Temperatur habe ich die Intuition, dass kein Material fest bleibt und sich in Plasma verwandelt, wenn es heiß genug ist.

Hier ist also die Frage: Was ist nach modernen physikalischen Modellen die niedrigste bekannte Temperatur, ab der wir garantieren können, dass jedes Material seinen Schmelzpunkt überschreitet? Wir können eine beliebige Materialprobe betrachten, die unter isobaren Bedingungen bei 1 bar erhitzt wird.

Können wir theoretisch ein Material herstellen, das bei 1 bar und 4500 K fest bleibt? 6000K? 20000 K?

Meinst du 101,3 kPa? Dh 1 atm Druck?
Sehr schwierige Frage, erfordert viel Vermutung, Annäherungen usw. Aber was die Obergrenze betrifft, bin ich mir ziemlich sicher, dass kein festes Material seinen festen Zustand unter einer Quark-Gluon-Plasmatemperatur von beibehalten kann 10 12   K , was ungefähr ist 100 000 × T ⊙ .

Antworten (3)

Die Verwendung des Debye-Modells führt auf die Lindemann-Schmelzformel für die Schmelztemperatur: siehe Referenz ), für p = 1 bar gibt es eine obere Grenze für eine gegebene Materialstruktur.

T M = 4 π 2 A R 0 2 k B η 2 9 N A H 2 Θ D 2 in K mit A Atommasse, R 0 interatomarer Abstand, η Lindemann-Faktor = 0,2 - 0,25 und Debye-Temperatur Θ D .

In der Referenz der höchste berechnete Wert T M steht für das Element Wolfram W mit 3955 K. Die einzigen Variablen A, R 0 Und Θ D können verändert werden, aber Sie kennen sie nicht für die "theoretische Schmelztemperatur eines Materials", sondern nur für ein bestimmtes. Außerdem ist die ganze Debye-Theorie eine Annäherung.

Gilt dieses Modell für Verbindungen oder gilt es nur für reine Elemente?
Die hier angegebene Formel gilt für reine Elemente, aber die ursprüngliche Idee des Modells kann auf jede Struktur angewendet werden, rechnerisch geht es nur darum. Bei Google finden Sie verschiedene Ansätze. Bei Verbindungen sollte sogar eine Durchschnittsbildung der beteiligten Elemente einen Anhaltspunkt geben. Um also das absolute Maximum zu finden, müssten Sie Millionen verschiedener Strukturen berechnen, ein schweres Suchproblem.
Ich denke, diese Antwort geht auf die Beantwortung der Frage ein (die schwieriger zu beantworten scheint als auf den ersten Blick), aber wie Sie sagen, ist sie für reine Elemente. Der Artikel, den ich in der Frage verlinkt habe, bezog sich auf einen Treffpunkt von 4400K für eine neue Verbindung. Dies bedeutet, dass 3955 K bei 1 bar eine sehr hohe Temperatur ist, aber es ist nicht die obere Grenze, die ich suche.

Der äußere Teil eines Neutronensterns gilt als fest und kann seine Temperatur erreichen 10 6 K. Dies ist wahrscheinlich die höchste Temperatur, die ein Feststoff erreichen kann.

Ich dachte, die Oberfläche eines Neutronensterns sei eher ein gefrorenes Plasma als ein typischer Festkörper.
Wenn die Kruste ein erstarrtes Plasma ist, dann ist sie fest. Siehe physical.stackexchange.com/q/219264
Obwohl dies eine vereinfachte Antwort ist / die Frage nicht wirklich speziell beantwortet, würde ich vermuten, dass sie wahrscheinlich näher an einem genauen maximalen Schmelzpunkt (aber unter \ niedrig) liegt als der Quark-Gluon-Plasma-Kommentar zu der Frage (das [scheint zu sein] über/höher). Großartige Ergänzung, als Hintergrund-/Referenzreferenz aus der realen Welt außerhalb der Theorie, wenn nichts anderes

Derzeit ist die bestmögliche Antwort, obwohl keine nachweislich korrekte Antwort, "über 4400K" oder was auch immer der genaue Wert ist, der in der aus dem von Ihnen bereitgestellten Artikel erwähnten Recherche ermittelt wurde. Es beschreibt tatsächlich die "theoretische Mindesttemperatur, die erforderlich ist, um ein beliebiges Material zu schmelzen", nach der Sie suchen, zumindest so gut, wie es jeder Mensch derzeit kann.

Theoretisch gibt es eine Temperatur, von der Sie beweisen könnten, dass zwischen mehreren Elementen keine Bindungen aufrechterhalten werden können, die wir bereits beweisen können und die höher ist als der Schmelzpunkt eines einzelnen Elements. Diese Temperatur kann jedoch auch viel höher sein als das zum Schmelzen einer eventuell vorhandenen Verbindung erforderliche Minimum (oder ein maximaler Schmelzpunkt).

Es könnte auch (sh) / (c) unentdeckte Verbindungen geben, die zum Schmelzen eine höhere Temperatur benötigen als dieses neu ("neu", vor 6 Jahren) entdeckte Material, das Sie verlinkt haben. (und ich habe nicht recherchiert, um zu bestätigen, dass dies nicht der Fall ist) - aber dies ist ein NP-Hard-Problem. Jedem hier, der das lösen kann , schlage ich vor, dass Sie sich das Clay Mathematics Institute ansehen, bevor Sie etwas posten ...

Die Frage kann also nicht besser beantwortet werden als die Bestätigung einer neu entdeckten Verbindung mit einem neuen Rekord für den Schmelzpunkt durch die wissenschaftliche Gemeinschaft, bis wir als Spezies rechtzeitig Lösungen für NP-schwere Probleme finden. Dies schließt nicht aus, bekannte Substanzen mit hohem Schmelzpunkt zu untersuchen, um die möglichen Bereiche einzugrenzen und schneller eine neue Verbindung mit einem höheren Schmelzpunkt zu entwickeln – aber es ist immer noch nicht möglich, zu beweisen, dass es sich um den höchsten Schmelzpunkt handelt.

Dass irgendeine Verbindung den maximalen Schmelzpunkt hat, kann (derzeit) nicht nachgewiesen werden, was es unmöglich macht, den maximalen Schmelzpunkt zu definieren.

Die Frage ist, ob wir die bekannten Gesetze der Physik nutzen können, um einen theoretischen maximalen Schmelzpunkt analytisch zu bestimmen. Dies ist nicht wirklich eine Frage, die zu einer Rahmenherausforderung passt - sie ist sowohl klar als auch beantwortbar. Eine Frame-Challenge deutet darauf hin, dass die ursprüngliche Frage fehlgeleitet war oder in einem fehlgeleiteten Ansatz verwurzelt war. Ich glaube nicht, dass das hier der Fall ist.
@J ... Die Frage ist beantwortbar, aber nur als NP-schweres Problem. Also ja, die Antwort existiert, aber sie kann derzeit von keinem existierenden Menschen beantwortet werden. Vielleicht ist eine Frame-Herausforderung die falsche Wortwahl, aber das Ziel ist auszudrücken: "Diese Frage kann derzeit mit keiner bekannten möglichen Methode definitiv beantwortet werden, obwohl die Antwort eindeutig existiert" - die beste Antwort, die jemand jetzt geben kann was in diesem Artikel steht.
@J ... Wenn Sie die Frage formulieren, lautet die Antwort "Ja, wir können die bekannten Gesetze der Physik verwenden, um einen theoretischen maximalen Schmelzpunkt analytisch zu bestimmen." aber das Komische ist, niemand kann diese Antwort hier posten, weil niemand sie berechnen kann, bevor er tot ist. (Im Moment bin ich zuversichtlich, dass sich dies in unseren Lebenszeiten ändert)
@TCooper berechnet das genaue T wo das letzte Material schmilzt, könnte (NP)-hart sein, aber das bedeutet nicht, dass es keine engeren oberen Grenzen als unendlich geben kann. Es geht nur darum, eine Obergrenze für die Bindungsenergie in Kristallen zu finden und größere thermische Schwankungen als diese zu erfordern (damit in einer Landau-Analyse der freien Energie die Entropie die Energie gewinnt).
@Wouter Wenn Sie beweisen können, dass eine bestimmte Temperatur im Unendlichen garantiert alles zum Schmelzen bringt, würde ich diese Antwort gerne lesen (ich verstehe, was Sie sagen, ich persönlich bin zu unwissend, um dorthin zu gelangen). Obwohl ich denke, dass es großartig wäre, diese QA hinzuzufügen, kann ich nicht sehen, wie diese Frage, wie sie gestellt wurde, nach etwas anderem als dem genauen 𝑇 sucht, wo das letzte Material schmilzt.
Theoretische Mindesttemperatur, die erforderlich ist, um ein beliebiges Material zu schmelzen
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