Să revenim la graficul de topire și cristalizare a naftalinei (Fig. 198) și să luăm în considerare acea parte a acesteia care se referă la răcirea naftalinei.

Când naftalina topită este răcită, temperatura acesteia scade. Dar cum de îndată ce naftalina începe să se întărească, scăderea temperaturii încetează, deși naftalina continuă să renunțe la energia sa internă către corpurile care o înconjoară. La urma urmei, temperatura sa este mai mare decât temperatura acestor corpuri. Și până când toată naftalina se întărește, temperatura nu se schimbă. Dar de îndată ce totul se întărește, temperatura va începe din nou să scadă.

Acest fenomen se vede în fiecare corp cristalin. De ce temperatura unui corp cristalin nu scade în timpul solidificării sale?

Știm deja că la temperatura de solidificare, energia internă a unui corp în stare lichidă este mai mare decât a acesteia energie internaîn stare solidă. Pe parcursul întregului proces de întărire, excesul de energie internă este eliberat și reface energia pierdută din cauza răcirii. Prin urmare, energia medie a moleculelor și, în consecință, temperatura corpului rămân neschimbate până când până la finalizarea procesului de întărire. Din acest moment, temperatura corpului solid va începe să scadă, deoarece pierderea de energie internă din acesta nu va mai fi completată.

Experimentele efectuate cu atenție arată că în timpul solidificării unei substanțe cristaline, se eliberează exact aceeași cantitate de căldură care este absorbită în timpul topirii acesteia. Asa de, la solidificarea apei cu o greutate de 1 kg la o temperatură de 0 ° C Se eliberează 3,4 10 6 J. Dar exact aceeași cantitate de căldură este necesară pentru topirea gheții de 1 kg la o temperatură de 0 °C.

Întrebări.

1. Cum să explic că în procesul de solidificare a unei substanțe, temperatura acesteia 0 rămâne constantă?
2. Câtă energie se eliberează când 1 kg de apă se solidifică?

Exerciții.

1. Gheața topită a fost adusă într-o cameră cu o temperatură de 0°C. Va continua gheața din această cameră să se topească?
2. Bucăți de gheață plutesc într-o găleată cu apă. Temperatura totală a apei și a gheții este de 0°C. Se va topi gheața sau apa îngheța? De ce depinde?
3. Câtă energie este nevoie pentru a topi 4 kg de gheață la 0°C?
4. Câtă energie este necesară pentru a topi 20 kg de plumb la punctul de topire? Câtă energie este necesară pentru asta dacă temperatura initiala plumb 27°C?

Sarcini.

1. Pune două cutii identice pe aragaz. Turnați 0,5 kg de apă într-una, puneți 0,5 kg de zăpadă în cealaltă. Observați cât durează apa fiert în ambele maluri. Scrieți o scurtă descriere a experienței dvs. și explicați rezultatele.
2. Pregătește un raport pe tema „Turnarea metalelor” citind un astfel de paragraf la sfârșitul manualului.

S-a acordat multă atenție transformărilor reciproce ale lichidelor și gazelor. Acum luați în considerare transformarea solidelor în lichide și a lichidelor în solide.

Topirea corpurilor cristaline

Topirea este transformarea unei substanțe din stare solidă în stare lichidă.

Există o diferență semnificativă între topirea corpurilor cristaline și amorfe. Pentru ca un corp cristalin să înceapă să se topească, acesta trebuie încălzit la o temperatură destul de specifică fiecărei substanțe, numită punct de topire.

De exemplu, în condiții normale presiune atmosferică punctul de topire al gheții este de 0 °C, naftalina - 80 °C, cupru - 1083 °C, wolfram - 3380 °C.

Pentru ca corpul să se topească, nu este suficient să-l încălziți până la punctul de topire; este necesar să-i furnizezi în continuare căldură, adică să-i crești energia internă. În timpul topirii, temperatura corpului cristalin nu se modifică.

Dacă corpul continuă să fie încălzit după ce s-a topit, temperatura topiturii sale va crește. Cele de mai sus pot fi ilustrate printr-un grafic al dependenței temperaturii corpului de timpul de încălzire (Fig. 8.27). Complot AB corespunde încălzirii unui corp solid, secțiunea orizontală soare- procesul de topire si diagrama CD - încălzirea topiturii. Curbura și panta secțiunilor de parcelă ABși CD depind de condițiile procesului (masa corpului încălzit, puterea încălzitorului etc.).

Tranziția unui corp cristalin de la o stare solidă la una lichidă are loc brusc, brusc - fie un corp lichid, fie un corp solid.

Topirea corpurilor amorfe

Corpurile amorfe se comportă diferit. Când sunt încălzite, treptat, pe măsură ce temperatura crește, se înmoaie și în cele din urmă devin lichide, rămânând omogene pe toată durata încălzirii. Nu există o temperatură de tranziție definită de la solid la lichid. Figura 8.28 prezintă o diagramă a temperaturii în funcție de timp în timpul tranziției unui corp amorf de la o stare solidă la una lichidă.

Solidificarea corpurilor cristaline și amorfe

Transferul de materie din stare lichidaîntr-un solid se numește solidificare sau cristalizare(pentru corpuri cristaline).

Există, de asemenea, o diferență semnificativă între solidificarea corpurilor cristaline și amorfe. Când un corp cristalin topit (topitură) este răcit, acesta continuă să rămână în stare lichidă până când temperatura sa scade la o anumită valoare. La aceasta temperatura, numita temperatura de cristalizare, corpul incepe sa se cristalizeze. Temperatura corpului cristalin nu se modifică în timpul solidificării. Numeroase observații au arătat că corpurile cristaline se topesc si se solidifica la aceeasi temperatura determinata pentru fiecare substanta. Odată cu răcirea suplimentară a corpului, atunci când întreaga topitură se solidifică, temperatura corpului va scădea din nou. Cele de mai sus sunt ilustrate printr-un grafic al dependenței temperaturii corpului de timpul de răcire (Fig. 8.29). Complot DAR 1 LA 1 corespunde răcirii cu lichid, secțiune orizontală LA 1 DIN 1 - procesul de cristalizare și diagramă C 1 D 1 - racirea corpului solid rezultat in urma cristalizarii.

Substanțele de la starea lichidă la starea solidă în timpul cristalizării trec și ele brusc fără stări intermediare.

Solidificarea unui corp amorf, cum ar fi rășina, are loc treptat și în mod egal în toate părțile sale; rășina rămâne omogenă, adică se întărește corpuri amorfe- este doar o îngroșare treptată a lor. Nu există o temperatură specifică de întărire. Figura 8.30 prezintă o diagramă a temperaturii rășinii de întărire în funcție de timp.

În acest fel, substanțele amorfe nu au o anumită temperatură, topire și solidificare.

Topirea - trecerea corpului de la cristalin stare solidăîn lichid. Topirea are loc cu absorbția căldurii specifice de fuziune și este faza de tranzitie primul fel.

Capacitatea de a se topi se referă la proprietăți fizice substante

La presiune normală, wolfram are cel mai înalt punct de topire dintre metale (3422 ° C), substanțe simpleîn general - carbon (conform diferitelor surse 3500 - 4500 ° C) și printre substanțele arbitrare - carbură de hafniu HfC (3890 ° C). Putem presupune că heliul are cel mai scăzut punct de topire: la presiune normală, rămâne lichid la temperaturi arbitrar scăzute.

Multe substanțe la presiune normală nu au fază lichidă. Când sunt încălzite, trec imediat prin sublimare în stare gazoasă.

Figura 9 - Topirea gheții

Cristalizarea este procesul de tranziție de fază a unei substanțe de la o stare lichidă la o stare cristalină solidă cu formarea de cristale.

O fază este o parte omogenă a unui sistem termodinamic separată de alte părți ale sistemului (alte faze) printr-o interfață, la trecerea prin care compoziție chimică, structura și proprietățile materiei se modifică în salturi.

Figura 10 - Cristalizarea apei cu formarea gheții

Cristalizarea este procesul de separare a unei faze solide sub formă de cristale din soluții sau topituri; în industria chimică, procesul de cristalizare este utilizat pentru a obține substanțe în formă pură.

Cristalizarea începe atunci când se atinge o anumită condiție limitativă, de exemplu, suprarăcirea unui lichid sau suprasaturarea unui vapor, când apar aproape instantaneu multe cristale mici - centre de cristalizare. Cristalele cresc prin atașarea atomilor sau moleculelor dintr-un lichid sau vapori. Creșterea fețelor de cristal are loc strat cu strat, marginile straturilor atomice incomplete (trepte) se deplasează de-a lungul feței în timpul creșterii. Dependența ratei de creștere de condițiile de cristalizare duce la o varietate de forme de creștere și structuri cristaline (forme poliedrice, lamelare, aciculare, scheletice, dendritice și alte forme, structuri de creion etc.). În procesul de cristalizare, apar inevitabil diferite defecte.

Numărul de centre de cristalizare și rata de creștere sunt semnificativ afectate de gradul de suprarăcire.

Gradul de suprarăcire este nivelul de răcire al unui metal lichid sub temperatura de tranziție a acestuia într-o modificare cristalină (solidă). Este necesar să se compenseze energia căldură latentă cristalizare. Cristalizarea primară este formarea de cristale în metale (și aliaje) în timpul trecerii de la starea lichidă la starea solidă.

Căldura specifică topire (de asemenea: entalpia de topire; există și un concept echivalent de căldură specifică de cristalizare) - cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei unități de masă a unei substanțe cristaline într-un proces izobar-izotermic de echilibru pentru a o transfera de la stare solidă (cristalină) la stare lichidă (aceeași cantitate de căldură este eliberată în timpul cristalizării unei substanțe).

Cantitatea de căldură în timpul topirii sau cristalizării: Q=ml

> Evaporare și fierbere. Căldura specifică de vaporizare

Evaporarea este procesul de trecere a unei substanțe de la starea lichidă la starea gazoasă (abur). Procesul de evaporare este inversul procesului de condensare (trecerea de la o stare de vapori la una lichidă. Evaporarea (vaporizarea), trecerea unei substanțe dintr-o fază condensată (solidă sau lichidă) la o fază gazoasă (abur); fază de ordinul întâi. tranziție.

Există un concept mai detaliat al evaporării în fizica superioară

Evaporarea este un proces în care suprafața unui lichid sau corp solid particulele (molecule, atomi) zboară (se desprind), în timp ce Ek > Ep.

Figura 11 - Evaporarea peste o cană de ceai

Căldura specifică de vaporizare (vaporizare) (L) -- cantitate fizica, arătând cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg dintr-o substanță luată la punctul de fierbere pentru a o transfera din stare lichidă în stare gazoasă. Căldura specifică de vaporizare se măsoară în J/kg.

Fierberea este procesul de vaporizare într-un lichid (trecerea unei substanțe de la starea lichidă la starea gazoasă), cu apariția limitelor de separare a fazelor. Punctul de fierbere la presiunea atmosferică este de obicei dat ca una dintre principalele caracteristici fizico-chimice ale unei substanțe pure din punct de vedere chimic.

Fierberea este o tranziție de fază de ordinul întâi. Fierberea are loc mult mai intens decât evaporarea de la suprafață, datorită formării focarelor de vaporizare, datorită ambelor temperatura atinsa fierbere și prezența impurităților.

Procesul de formare a bulelor poate fi influențat de presiune, unde sonore, ionizare. În special, camera cu bule funcționează pe principiul fierberii microvolumelor lichide din ionizare în timpul trecerii particulelor încărcate.

Figura 12 - Apa clocotita

Cantitatea de căldură în timpul fierberii, evaporării lichidului și condensării vaporilor: Q=mL