Процессы плавления и застывания происходят не постепенно, а постепенно, так что твердые и жидкие компоненты присутствуют одновременно. Эксперименты показывают, что температура вещества остается постоянной до тех пор, пока вся масса не расплавится (или не затвердеет).
Молекулярная физика. Плавление и кристаллизация.
Переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое называется плавлением. Чтобы кристаллическое твердое вещество расплавилось, его необходимо нагреть до определенной температуры, т.е. добавить тепло. Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления вещества.
Обратный процесс, переход из жидкого состояния в твердое, происходит при снижении температуры, т.е. при отводе тепла. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется затвердеванием или кристаллизацией. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называется температурой кристаллизации.
Опыт показывает, что каждое вещество кристаллизуется и плавится при одной и той же температуре.
На следующем графике показана температура кристаллического тела (льда) в зависимости от времени нагревания (от точки A до точки D) и времени охлаждения (от точки D до точки K). Горизонтальная ось показывает время, вертикальная — температуру.
Из графика видно, что наблюдение за процессом началось, когда температура льда был а-40°C или, как принято называть, температура в начальный момент времени tНачало= -40 °C (точка A на диаграмме). При дальнейшем потеплении температура льда повышается (на данной диаграмме это диаграмма AB ). Температура повышается до 0 °C — температуры плавления льда. При температуре 0 °C лед начинает таять, и его температура больше не повышается. В течение всего процесса плавления (т.е. пока весь лед не растает) температура льда не меняется, хотя горелка продолжает гореть и, таким образом, подается тепло. Процесс плавления соответствует горизонтальной части диаграммы BC. Только когда весь лед растает и превратится в воду, температура снова начнет расти (раздел CD ). Как только температура воды достигает +40 °C, горелка отключается, а вода охлаждается, т.е. отводится тепло (для этого емкость с водой помещается в другую, большую емкость со льдом). Температура воды начинает снижаться (раздел EN ). Когда температура достигает 0 °C, температура воды перестает снижаться, хотя тепло продолжает отбираться. Это процесс кристаллизации воды — образование льда (горизонтальный участок EF ). Пока вся вода не превратится в лед, температура не изменится. Только после этого температура льда начинает снижаться (раздел FK ).
Характер рассматриваемой диаграммы можно объяснить следующим образом. На участке AB средняя кинетическая энергия молекул льда увеличивается за счет подвода тепла, и температура повышается. В аб
Плавление аморфных веществ .
Наличие определенной температуры плавления является важной характеристикой кристаллических веществ. Благодаря этому свойству их легко отличить от аморфных тел, которые также причисляются к твердым телам. К ним относятся, прежде всего, стекло, очень вязкие смолы и пластмассы.
Аморфные вещества (в отличие от кристаллических) не имеют определенной температуры плавления — они не плавятся, а размягчаются. При нагревании, например, кусок стекла сначала становится мягким и легко гнется или растягивается; при более высоких температурах кусок начинает менять свою форму под действием собственной силы тяжести. При нагревании вязкая масса принимает форму емкости, в которой она находится. Эта масса сначала становится вязкой, как мед, затем как сметана, и, наконец, становится почти такой же тонкой, как вода. Однако здесь невозможно указать конкретную температуру перехода из твердого состояния в жидкое, потому что ее не существует.
Причины этого кроются в фундаментальном отличии структуры аморфных тел от кристаллических. Атомы в аморфных телах расположены беспорядочно. Аморфные тела по своей структуре напоминают жидкости. Уже в твердом стекле атомы расположены беспорядочно. Повышение температуры стекла лишь увеличивает диапазон колебаний молекул и постепенно дает им все большую свободу движения. Поэтому стекло размягчается постепенно и не демонстрирует резкого перехода «твердое тело-жидкость», характерного для перехода от строго упорядоченного расположения молекул к неупорядоченному.
Теплота плавления .
Теплота плавления — это количество тепла, которое необходимо подвести к веществу при постоянном давлении и температуре на уровне его температуры плавления, чтобы полностью перевести его из твердого кристаллического состояния в жидкое. Теплота плавления соответствует количеству тепла, выделяемого при кристаллизации вещества из жидкого состояния. При синтезе все тепло, добавляемое к веществу, используется для увеличения потенциальной энергии его молекул. Кинетическая энергия не изменяется, поскольку плавление происходит при постоянной температуре.
Если мы рассмотрим плавление различных веществ одинаковой массы, то обнаружим, что для превращения их в жидкость требуется разное количество тепла. Например, для плавления 1 кг льда требуется 332 Дж энергии, а для плавления 1 кг свинца — 25 кДж энергии.
Физическая величина, показывающая, какое количество тепла необходимо подвести к кристаллическому твердому веществу массой 1 кг, чтобы оно полностью перешло в жидкое состояние при температуре плавления, называется удельной теплотой плавления.
Удельная теплота плавления измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг) и обозначается греческой буквой λ (лямбда).
Удельная теплота кристаллизации равна удельной S
Передача энергии в теле может перевести его из твердого состояния в жидкое (например, растопить лед) и из жидкого состояния в газообразное (превратить воду в пар).
Если газ получает энергию, он может превратиться в жидкость, а если жидкость получает энергию, она может превратиться в твердое тело.
8 класс
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением.
Чтобы тело расплавилось, его необходимо сначала нагреть до определенной температуры.
Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления.
Некоторые кристаллические тела плавятся при низкой температуре, другие — при высокой. Например, лед можно растопить, если внести его в помещение. Кусочек олова или свинца плавится в стальной ложке, если ее нагреть на спиртовке. Железо выплавляется в специальных печах, где достигается высокая температура.
Температуры плавления различных материалов приведены в таблице 3.
Вещество
t
Таблица 3. Температура плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)
| , °C | Водородпл-259 |
| Кислород | -219 |
| Азот | -210 |
| Алкоголь | -114 |
| Hermes | -39 |
| Мороженое | Cesio |
| Калий | 0 |
| Натрий | 29 |
| Tenecenium | 63 |
| Вести | 98 |
| Амбер | 232 |
| Цинк | 327 |
| Алюминий | 360 |
| Серебро | 420 |
| Латунь | 660 |
| Золото | 962 |
| Медь | 1000 |
| Чугун | 1064 |
| Сталь | 1085 |
| Железо | 1200 |
| Платина | 1500 |
| Осмий | 1539 |
| Вольфрам | 1772 |
| Температура плавления металлического цезия, например, составляет 29 °C, что означает, что он может расплавиться в горячей воде. | 3045 |
| Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется затвердеванием или кристаллизацией. | 3387 |
Чтобы расплавленное тело кристаллизовалось, оно должно остыть до определенной температуры.
Температура, при которой вещество застывает (кристаллизуется), называется температурой застывания или кристаллизации.
Опыт показывает, что вещества затвердевают при той же температуре, при которой они плавятся. Вода, например, кристаллизуется (и лед тает) при 0 °C, чистое железо плавится и кристаллизуется при 1539 °C.
1. какой процесс называется плавлением?
2. какой процесс называется затвердеванием?
Вопросы:
3. при какой температуре вещество плавится и затвердевает?
Упражнение № 11
1 Может ли свинец расплавиться, если его влить в расплавленное олово? Обоснуйте свой ответ.
2 Может ли цинк расплавиться в алюминиевом контейнере? Обоснуйте этот ответ.
3 Почему для измерения наружной температуры в холодных регионах используются спиртовые, а не ртутные термометры?
Передавая энергию твердому телу, вы можете изменить его твердое состояние на жидкое (например, растопить лед) и из жидкого состояния на газообразное (превратить воду в пар).
Некоторые кристаллические тела плавятся при низких температурах, а другие — при высоких. Например, лед можно растопить, если внести его в помещение. Кусочек олова или свинца плавится в стальной ложке, если нагреть ее на спиртовке. Железо выплавляется в специальных печах, где достигается высокая температура.
§ 13. Плавление и отвердевание кристаллических тел
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением.
- Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением.
- Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.
Вещество
t
- Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называют отвердеванием или кристаллизацией.
- Температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации.
Вопросы
3 Почему для измерения наружной температуры в холодных регионах используются спиртовые, а не ртутные термометры?
Передавая энергию твердому телу, вы можете изменить его твердое состояние на жидкое (например, растопить лед) и из жидкого состояния на газообразное (превратить воду в пар).
