Temperatura mínima teórica necesaria para fundir cualquier material

Leer sobre esto ( el nuevo material tiene un punto de fusión más alto que cualquier sustancia conocida ) me despertó la curiosidad.

Dado un nivel de presión (como 1 atm) y una temperatura lo suficientemente alta, tengo la intuición de que ningún material permanece sólido y se convierte en plasma si está lo suficientemente caliente.

Así que aquí está la pregunta: según los modelos físicos modernos, ¿cuál es la temperatura más baja conocida más allá de la cual podemos garantizar que cualquier material superará su punto de fusión? Podemos considerar una muestra de material arbitraria que se calienta en condiciones isobáricas a 1 bar.

¿Podemos, en teoría, hacer un material que permanezca sólido a 1 bar y 4500K? 6000K? 20000K?

¿Quieres decir 101,3 kPa? Es decir, 1 atm de presión?
Pregunta muy difícil, necesita muchas conjeturas, aproximaciones, etc. Pero en cuanto al límite superior, estoy bastante seguro de que ningún material sólido puede mantener su estado sólido bajo la temperatura del plasma quark- gluon de 10 12   k , lo cual es sobre 100 000 × T ⊙ .

Respuestas (3)

El uso del modelo de Debye conduce a la fórmula de fusión de Lindemann para la temperatura de fusión: consulte la referencia ), para p = 1 bar, existe un límite superior para una estructura de material determinada.

T metro = 4 π 2 A r 0 2 k B η 2 9 norte A h 2 Θ D 2 en K con masa atómica A, r 0 distancia interatómica, η Factor de Lindemann = 0,2 - 0,25 y temperatura de Debye Θ D .

En la referencia el valor más alto calculado T metro es para el elemento Tungsteno W con 3955 K. Las únicas variables A, r 0 y Θ D se pueden alterar, pero no los conoce para la "temperatura de fusión teórica de cualquier material", sino solo para uno específico. Además, toda la teoría de Debye es una aproximación.

¿Este modelo es para compuestos o solo se aplica a elementos puros?
El formulario dado aquí es para elementos puros, pero la idea original del modelo se puede aplicar a cada estructura, computacionalmente solo ese es el punto. Encontrará diferentes enfoques en Google. Para los compuestos, incluso tomar promedios de los elementos involucrados debería darle una indicación. Entonces, para encontrar el máximo absoluto, tendría que calcular Millones de estructuras diferentes, un problema de búsqueda pesado.
Creo que esta respuesta responde a la pregunta (que parece más difícil de responder de lo que parecía al principio), pero como dices, es para elementos puros. El artículo que vinculé en la pregunta se relaciona con un punto de encuentro de 4400K para un nuevo compuesto. Esto significa que 3955K a 1 bar es una temperatura muy alta, pero no es el límite superior que busco.

La parte exterior de una estrella de neutrones se considera sólida y su temperatura puede alcanzar 10 6 K. Esta es probablemente la temperatura más alta que puede alcanzar un sólido.

Pensé que la superficie de una estrella de neutrones se parecía más al plasma congelado que a un sólido típico.
Si la corteza es un plasma solidificado, entonces es sólida. Ver physics.stackexchange.com/q/219264
Si bien esta es una respuesta simplista / realmente no responde la pregunta específicamente, supongo que probablemente esté más cerca de un punto de fusión máximo preciso (pero por debajo \ bajo) que el comentario de plasma de quarks-gluones sobre la pregunta (que [parece ser] sobre/superior). Gran adición, para referencia de fondo/mundo real fuera de la teoría si nada más

Actualmente, la mejor respuesta posible, aunque no es una respuesta comprobablemente correcta, es "más de 4400K" o cualquiera que sea el valor exacto determinado en la investigación mencionada en el artículo que proporcionó. En realidad, describe la "temperatura mínima teórica requerida para derretir cualquier material" que está buscando, al menos lo mejor que puede hacer un humano actualmente.

En teoría, hay una temperatura que podría probar que no se pueden mantener enlaces entre múltiples elementos, que ya podemos probar que es más alta que el punto de fusión de cualquier elemento individual. Sin embargo, esa temperatura también puede ser mucho más alta que el mínimo necesario para derretir cualquier compuesto que pueda existir (o un punto de fusión máximo).

También (sh) / (c) podría haber compuestos no descubiertos que requieren una temperatura más alta para derretirse que este material recién descubierto ("recién", hace 6 años) que vinculaste. (y no he investigado para confirmar que este no es el caso), pero este es un problema NP-Hard. Cualquiera aquí que pueda resolver esto, le sugiero que consulte el Clay Mathematics Institute antes de publicar algo...

Entonces, la pregunta no puede responderse mejor que la confirmación de la comunidad científica de un compuesto recién descubierto con un nuevo récord para el punto de fusión, hasta que nosotros, como especie, encontremos soluciones oportunas a los problemas NP-difíciles. Esto no impide estudiar sustancias conocidas de alto punto de fusión para reducir los campos posibles y desarrollar más rápidamente un nuevo compuesto con un punto de fusión más alto, pero aún no es posible demostrar que es el punto de fusión más alto.

Que cualquier compuesto tenga el punto de fusión máximo no se puede (actualmente) probar, esto hace que sea imposible definir el punto de fusión máximo.

La pregunta es si podemos usar las leyes conocidas de la física para determinar analíticamente un punto de fusión máximo teórico. Esta no es realmente una pregunta que corresponda a un desafío de marco: es clara y se puede responder. Un desafío de marco sugiere que la pregunta original estaba equivocada o se basaba en un enfoque equivocado. No creo que ese sea el caso aquí.
@J... La pregunta se puede responder, pero solo como un problema NP-difícil. Entonces, sí, la respuesta existe, pero actualmente no puede ser respondida por ningún humano existente. Tal vez un desafío de marco es la elección de la palabra incorrecta, pero el objetivo es expresar: "Esta pregunta no se puede responder de manera definitiva por ningún método posible conocido, aunque la respuesta claramente existe": la mejor respuesta que cualquiera puede dar ahora. lo dispuesto en ese artículo.
@J... Al formular la pregunta, la respuesta es "Sí, podemos usar las leyes conocidas de la física para determinar analíticamente un punto de fusión máximo teórico". pero lo curioso es que nadie puede publicar esa respuesta aquí, porque nadie puede calcularla antes de morir. (Actualmente, tengo la esperanza de que esto cambie en nuestros tiempos de vida)
@TCooper calculando el exacto T donde el último material se derrite podría ser (NP)-duro, pero eso no significa que no pueda haber límites superiores más estrechos que el infinito. Se trata solo de encontrar un límite superior para la energía de enlace en los cristales, y requiere fluctuaciones térmicas mayores que eso (de modo que en un análisis de energía libre de Landau, la entropía gana a la energía).
@Wouter Si puede probar que se garantiza que alguna temperatura específica debajo del infinito derretirá cualquier cosa, me encantaría leer esa respuesta (veo lo que está diciendo, personalmente soy demasiado ignorante para llegar allí). Si bien creo que sería genial agregarlo a este control de calidad, no puedo ver cómo esta pregunta, como se hizo, busca algo más que el 𝑇 exacto donde se derrite el último material.
Temperatura mínima teórica necesaria para fundir cualquier material
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