Распла́вы, термин, описывающий вещества в жидком состоянии; пример – жидкие металлы. На диаграмме состояния чистого вещества расплаву соответствует область между линиями затвердевания и испарения, близкая к тройной точке, в которой вещество может одновременно находиться в твёрдом, жидком и газообразном агрегатных состояниях, и относительно далёкая от критической точки, в которой исчезает различие между расплавом и паром. В природе при обычных температурах и атмосферном давлении расплавы (кроме воды и некоторых углеводородов) существуют крайне редко. В глубинных слоях земной коры при высоких температурах и давлениях возможно существование сложных по химическому составу магматических расплавов (магмы), которые при определённых условиях вырываются наружу через вулканические кратеры в виде быстро твердеющей лавы.

Наиболее характерным свойством расплавов, как и всех жидкостей, является текучесть, т. е. способность менять форму при достаточно слабых внешних воздействиях (например, механических сил), что свойственно также газообразному состоянию вещества. Вместе с тем расплавы сохраняют собственный объём даже под действием высоких давлений, в сотни раз превышающих атмосферное, что сильно отличает их от газов, но роднит с твёрдыми веществами.

Практически все расплавы образуются при нагревании твёрдых кристаллических веществ до определённой температуры, называемой температурой плавления (t_пл), или при охлаждении газообразных веществ (паров) до температуры кипения (t_кип). Аморфные вещества не имеют определённой точки плавления и превращаются в расплавы, постепенно размягчаясь и становясь всё более текучими при повышении температуры (нагревании). Типичными представителями таких веществ являются стёкла и смолы. Аморфные твёрдые вещества часто рассматриваются как переохлаждённые расплавы с очень малой текучестью. Расплавы большинства высокомолекулярных веществ (полимеров) относятся к классу неньютоновских жидкостей, вязкость (свойство, противоположное текучести) которых зависит от скорости сдвига.

Экспериментально найдено, что при заданном давлении количество теплоты, необходимое для превращения одного грамма (или одного моля) твёрдого вещества в жидкое состояние (ΔH_пл), гораздо меньше, чем для превращения в пар того же количества расплава (ΔH_исп). Например, измеренные при атмосферном давлении ΔH_пл и ΔH_исп (кДж·моль⁻¹) равны для воды 6,01 и 40,66; для цинка 7,2 и 115,3; для хлорида натрия 28,2 и 138,0; для оксида алюминия 111,4 и 1860,0. Это послужило основанием рассматривать расплавы как «испорченные» кристаллические вещества, в которых при плавлении происходит нарушение периодичности (дальнего порядка) во взаимном расположении составляющих их частиц. В расплавах, как видно на примере хлорида натрия (см. рисунок), упорядоченность в расположении частиц сохраняется лишь на близких расстояниях, соизмеримых с размерами катиона натрия и аниона хлора.

Нарушение периодичности во взаимном расположении ионов Na⁺ (красные) и Cl⁻ (серые) при плавлении кристалла и испарении расплава хлорида натрия (NaCl).Нарушение периодичности во взаимном расположении ионов Na⁺ (красные) и Cl⁻ (серые) при плавлении кристалла и испарении расплава хлорида натрия (NaCl).Эта закономерность в расположении соседних частиц называется ближним порядком. Ближний порядок – очень важный элемент большинства теорий жидкого состояния, поскольку позволяет применить представления и подходы, развитые для твёрдых веществ, к описанию взаимодействия частиц в расплавах, вносящего главный вклад в термодинамические свойства (внутреннюю энергию, энергию Гиббса, энергию Гельмгольца) вещества в определённых условиях (термодинамического равновесия). Согласно молекулярно-кинетической теории, при нагревании кристаллического вещества увеличивается энергия (амплитуда) колебаний частиц, что приводит к постепенному разрушению кристалла за счёт появления различных дефектов кристаллической решётки (вакансий, взаимного положения атомов, нарушения ориентации осей несферических ионов и др.), критическая концентрация которых достигается в точке плавления. При этой температуре кристаллическая решётка полностью разрушается, распадаясь на относительно слабо связанные между собой и неупорядоченно расположенные относительно друг друга субмикроскопические области, в которых сохраняется ближний порядок во взаимном расположении составляющих их частиц. Расплавление твёрдого вещества, сопровождающееся потерей дальнего порядка и ослаблением связи между частицами, проявляется в существенном увеличении их подвижности, количественной мерой которой могут служить определяемые экспериментально коэффициенты диффузии. Они различаются у твёрдого и расплавленного вещества на несколько порядков их величины. Например, коэффициент диффузии твёрдого серебра в точке плавления равен 2,8·10⁻¹³ м²·с⁻¹, жидкого – 2,6·10⁻⁹ м²·с⁻¹. В то же время значения теплоёмкости и теплопроводности расплавов, в меньшей степени связанные с потерей дальнего порядка и определяемые в основном обменом энергией между соседними частицами, колеблющимися около временного положения равновесия, не столь существенно отличаются от их значений для твёрдых веществ. Например, измеренные значения теплоёмкости (Дж·моль⁻¹·К⁻¹) и теплопроводности (Дж·м⁻¹·с⁻¹·К⁻¹) равны для льда 36,7 и 2,21; для воды 75,8 и 0,56; для твёрдого хлорида натрия 67,7 и 0,90; для жидкого хлорида натрия 67,9 и 0,71; для твёрдой серы 25,3 и 0,19; для жидкой серы 32,0 и 0,13.

Свойства расплавов различных веществ зависят от типа химической связи между составляющими их частицами (атомами, ионами, молекулами). В большинстве случаев взаимодействие между частицами расплавленного вещества нельзя описать каким-либо одним из известных типов химической связи: ковалентной, ионной, металлической, водородной, ван-дер-ваальсовой. Однако можно выделить несколько основных видов расплавов с преобладающим вкладом в их внутреннюю энергию химической связи определённого типа. Среди них – металлические, ионные, полупроводниковые и молекулярные расплавы, структура, физические и химические свойства которых заметно различаются. В расплавленных металлах валентные электроны слабо связаны с ядрами, легко переходят от одного атома к другому, образуя систему частиц, состоящую из положительно заряженных ионов металла (катионов) и распределённых между ними относительно свободных электронов, уподобляемых «электронному газу» или «электронному облаку». Благодаря этому многие свойства металлических расплавов (например, электро- и теплопроводность) имеют очень высокие значения, не свойственные расплавам других веществ. Большим разнообразием отличается группа ионных расплавов (расплавленные электролиты), которые состоят из положительно и отрицательно заряженных частиц – катионов и анионов, связанных между собой дальнодействующими кулоновскими силами. В неё входят расплавленные соли, оксиды, стеклообразующие силикатные расплавы, а также привлёкшие к себе в последние десятилетия большое внимание ионные жидкости – вещества, плавящиеся при низких температурах, близких к комнатной, катионы и/или анионы которых являются чаще всего фрагментами органических соединений. В полупроводниках при плавлении часть ковалентных связей между атомами может разрываться, что приводит к появлению свойств, присущих жидким металлам и ионным расплавам. Для расплавленных органических, в том числе высокомолекулярных, соединений характерны ковалентные и водородные внутримолекулярные связи и довольно слабые межмолекулярные ван-дер-ваальсовы силы притяжения, что проявляется в термической неустойчивости расплавов этих веществ.

На практике обычно имеют дело с расплавленными смесями веществ, часто содержащими соединения разной химической природы. Свойства многокомпонентных расплавов могут существенно отличаться от свойств составляющих их веществ, что является следствием взаимодействия компонентов расплавленных смесей, приводящего к появлению новых видов структурных частиц (сольватов, комплексных ионов, молекул полимеров, кластеров и др.), в том числе с другим типом химической связи. Например, температура плавления сплава Вуда, состоящего из висмута (t_пл 271,4 °C), свинца (t_пл 327,5 °C), олова (t_пл 231,9 °C) и кадмия (t_пл 321,1 °C) равна 68,5 °C, а эвтектическая смесь фторидов лития (t_пл 849,0 °C), натрия (t_пл 996,0 °C) и калия (t_пл 857,0 °C) плавится при 454,0 °C.

Для изучения структуры и свойств расплавов используют самые современные методы исследования, включая рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов, электронную и колебательную спектроскопию, ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонансы, рефрактометрию, электронную микроскопию, термодинамическую, термохимическую и электрохимическую диагностику, денситометрию, вискозиметрию, кондуктометрию и др. Благодаря быстрому развитию вычислительной техники особое значение для предсказания структурных особенностей и свойств расплавленных веществ приобретают статистические и квантово-механические расчёты, а также различные виды компьютерного моделирования, в том числе методы Монте-Карло и молекулярной динамики.

Расплавы играют большую роль в жизни человека. Металлы, составляющие основу наиболее важных конструкционных материалов (железо, медь, никель), получают в расплавленном состоянии при высокотемпературном восстановлении оксидных или сульфидных руд, а алюминий – электролитическим разложением его оксида, растворённого в расплаве фтористых солей. Из солевых и оксидных расплавов выращивают монокристаллы для современных оптических и электронных приборов. Расплавы являются перспективными теплоносителями и теплоаккумуляторами для энергетических устройств нового поколения, средами для пирохимической переработки природного и техногенного сырья, включая отработавшее ядерное топливо. Производство стекла и изделий из него целиком базируется на силикатных, фторидных и оксидных расплавах. Солевые расплавы – эффективные среды для термической и термохимической обработки металлов и сплавов. Расплавы являются реакционными средами и катализаторами в органическом синтезе.