График плавления и отвердевания кристаллических тел кратко
Обновлено: 05.07.2024
Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества. У разных веществ она различна.
Лед, например, можно расплавить, при комнатной температуре.
Железо можно расплавить только в специальных печах, где достигается высокая температура.
Переход вещ-ва из жидкого состояния в тверд. называют отвердеванием или кристаллизацией
Опыт показывает, что вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Например вода кристаллизуется при 0° С, а чистое железо плавится и кристаллизуется при температуре 1539° С.
процесса плавления на основе представлений о молекулярном строении вещества:
В кристаллах молекулы или атомы расположены в строгом порядке.
Однако и в кристаллах они находятся в тепловом движении (колеблются)
При нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает, размах колебания атомов или молекул увеличивается. Когда тело нагревается до температуры плавления, то нарушается порядок в расположении частиц в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму. Вещество плавится, переходя из твердого состояния в жидкое.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, что при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется теплотой плавления.
Удельную теплоту плавления обозначают l (Дж/кг)
Удельная теплота плавления льда: l = 3,4 ×10 5 Дж/кг, стали: 0,84×10 5 Дж/кг
Количество теплоты, необходимое для плавления и кристаллизации: Q = lm
При отвердевании выделяется такое же кол-ва вещ-ва, которое поглощается при его плавлении.
*При плавлении потенциальная энергия увеличивается, кинетическая не изменяется.
*При отвердевании потенциальная энергия уменьшается, кинетическая не изменяется.
Плавление и отвердевание кристаллических тел. Объяснение процесса плавления на основе представлений о молекулярном строении вещества.Удельная теплота плавления. Ее единицы.
Переход вещества из тверд состояния в жидкое называют плавлением.
Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества. У разных веществ она различна.
Лед, например, можно расплавить, при комнатной температуре.
Железо можно расплавить только в специальных печах, где достигается высокая температура.
Переход вещ-ва из жидкого состояния в тверд. называют отвердеванием или кристаллизацией
Опыт показывает, что вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Например вода кристаллизуется при 0° С, а чистое железо плавится и кристаллизуется при температуре 1539° С.
процесса плавления на основе представлений о молекулярном строении вещества:
В кристаллах молекулы или атомы расположены в строгом порядке.
Однако и в кристаллах они находятся в тепловом движении (колеблются)
При нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает, размах колебания атомов или молекул увеличивается. Когда тело нагревается до температуры плавления, то нарушается порядок в расположении частиц в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму. Вещество плавится, переходя из твердого состояния в жидкое.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, что при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется теплотой плавления.
Удельную теплоту плавления обозначают l (Дж/кг)
Удельная теплота плавления льда: l = 3,4 ×10 5 Дж/кг, стали: 0,84×10 5 Дж/кг
Количество теплоты, необходимое для плавления и кристаллизации: Q = lm
При отвердевании выделяется такое же кол-ва вещ-ва, которое поглощается при его плавлении.
*При плавлении потенциальная энергия увеличивается, кинетическая не изменяется.
*При отвердевании потенциальная энергия уменьшается, кинетическая не изменяется.
Если вещество в твердом состоянии будет отдавать энергию — оно будет остывать. При этом с определенной температуры начинает происходить процесс плавления — тело переходит из твердого состояния в жидкое.
Если же мы будем сообщать энергию жидкости (нагревать ее), то с определенной температуры начнется процесс отвердевания (кристаллизации). Жидкость перейдет в твердое состояние.
Процесс плавления кристаллического тела довольно сложный. Для того чтобы более детально его изучить, мы рассмотрим график зависимости температуры твердого тела от времени его последовательного нагревания и охлаждения.
График плавления льда и отвердевания воды
В качестве кристаллического тела будем рассматривать лёд. График плавления льда и отвердевания воды изображен на рисунке 1. Здесь по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной — температура льда. Для нагревания льда будем использовать обычную горелку.
Рисунок 1. График зависимости температуры льда от времени нагревания
Разберем каждый участок графика.
- Точка A
Это наша начальная точка, начало наблюдения за процессом. Здесь температура льда была равна $-40 \degree C$
- Участок AB
Идет нагревание льда, его температура увеличивается с $-40 \degree C$ до $0 \degree C$
- Точка B
Достигнув температуры $0 \degree C$, лед начинает плавится. Это его температура плавления.
- Участок BC
Лед плавится, но его температура в это время не увеличивается. Процессу плавления соответствует именно этот участок графика.
В течение всего времени плавления температура льда не меняется, хотя мы продолжаем его нагревать
- Точка C
В этот момент весь лед расплавился и превратился в воду
- Участок CD
На это участке графика идет нагревание воды до $+40 \degree C$
- Точка D
Вода имеет температуру $+40 \degree C$. В этот момент мы выключаем горелку
- Участок DE
Температура воды снижается, она охлаждается
- Точка E
Температуры воды достигает $0 \degree C$. Начинается ее отвердевание (кристаллизация)
- Участок EF
На этом участке графика идет процесс отвердевания (кристаллизации) воды.
Пока вся вода не затвердеет, ее температура не изменится
- Точка F
В этот момент вся вода превратится в лёд
- Участок FK
Температура льда понижается
Графики плавления олова и свинца
На графиках часто указывают какой-то один процесс (либо отвердевание, либо плавление), но для нескольких веществ. Это делается для наглядного сравнениях их свойств.
Подобный график представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. Графики для процесса плавлении олова и свинца
Процесс плавления олова соответствует участку CD, а процесс плавления свинца — участку AB.
Участок AB находится выше участка CD. Это означает, что свинец имеет большую температуру плавления, чем олово. На графике отмечены эти температуры. Для свинца это $327 \degree C$, а для олова $232 \degree C$.
Также мы можем судить о времени процесса плавления. Участок AB имеет большую длину, чем участок CD. Значит, свинец плавился большее время, чем олово. При этом, свинец начал плавиться раньше.
Плавление — это процесс превращения вещества из твёрдого состояния в жидкое.
Наблюдения показывают, что если измельчённый лёд, имеющий, например, температуру –10 °С, оставить в тёплой комнате, то его температура будет повышаться. При 0 °С лёд начнет таять, а температура при этом не будет изменяться до тех пор, пока весь лёд не превратится в жидкость. После этого температура образовавшейся изо льда воды будет повышаться.
Это означает, что кристаллические тела, к которым относится и лед, плавятся при определённой температуре, которую называют температурой плавления. Важно, что во время процесса плавления температура кристаллического вещества и образовавшейся в процессе его плавления жидкости остаётся неизменной.
В описанном выше опыте лёд получал некоторое количество теплоты, его внутренняя энергия увеличивалась за счёт увеличения средней кинетической энергии движения молекул. Затем лёд плавился, его температура при этом не менялась, хотя лёд получал некоторое количество теплоты. Следовательно, его внутренняя энергия увеличивалась, но не за счёт кинетической, а за счёт потенциальной энергии взаимодействия молекул. Получаемая извне энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. Подобным образом происходит плавление любого кристаллического тела.
Аморфные тела не имеют определённой температуры плавления. При повышении температуры они постепенно размягчаются, пока не превратятся в жидкость.
Кристаллизация
Кристаллизация — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние. Охлаждаясь, жидкость будет отдавать некоторое количество теплоты окружающему воздуху. При этом будет уменьшаться её внутренняя энергия за счёт уменьшения средней кинетической энергии его молекул. При определённой температуре начнётся процесс кристаллизации, во время этого процесса температура вещества не будет изменяться, пока всё вещество не перейдет в твёрдое состояние. Этот переход сопровождается выделением определённого количества теплоты и соответственно уменьшением внутренней энергии вещества за счёт уменьшения потенциальной энергии взаимодействия его молекул.
Таким образом, переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние происходит при определённой температуре, называемой температурой кристаллизации. Эта температура остаётся неизменной в течение всего процесса плавления. Она равна температуре плавления этого вещества.
На рисунке приведён график зависимости температуры твёрдого кристаллического вещества от времени в процессе его нагревания от комнатной температуры до температуры плавления, плавления, нагревания вещества в жидком состоянии, охлаждения жидкого вещества, кристаллизации и последующего охлаждения вещества в твёрдом состоянии.
Удельная теплота плавления
Различные кристаллические вещества имеют разное строение. Соответственно, для того, чтобы разрушить кристаллическую решётку твёрдого тела при температуре его плавления, необходимо ему сообщить разное количество теплоты.
Удельная теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг кристаллического вещества, чтобы превратить его в жидкость при температуре плавления. Опыт показывает, что удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.
Удельная теплота плавления обозначается буквой λ. Единица удельной теплоты плавления — [λ] = 1 Дж/кг.
Значения удельной теплоты плавления кристаллических веществ приведены в таблице. Удельная теплота плавления алюминия 3,9*10 5 Дж/кг. Это означает, что для плавления 1 кг алюминия при температуре плавления необходимо затратить количество теплоты 3,9*10 5 Дж. Этому же значению равно увеличение внутренней энергии 1 кг алюминия.
Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для плавления вещества массой m, взятого при температуре плавления, следует удельную теплоту плавления λ умножить на массу вещества: Q = λm .
Эта же формула используется при вычислении количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации жидкости.
В данном видеофрагменте мы научимся строить графики плавления и отвердевания кристаллических тел. А также выясним, как с помощью такого графика можно судить об изменении температуры вещества при его нагревании и охлаждении.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "График плавления и отвердевания кристаллических тел"
Мы уже говорили о том, что процессы плавления и кристаллизации — это довольно-таки сложные процессы. Поэтому полезно уметь графически изображать данные процессы на графике. На нём отображают все этапы перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Для понимания того, как строятся подобные графики, рассмотрим некоторые примеры.
Итак, вы видите график зависимости температуры кристаллического вещества от времени его нагревания. На нём по оси абсцисс отложено время, а по оси ось ординат — температура вещества, в качестве которого у нас выступает лёд, находящийся в момент начала наблюдения при отрицательной температуре.
Обратите внимание на то, что начало оси времени совпадает с температурой плавления льда. Это очень важный момент, так как в дальнейшем, для удобства построения подобных графиков, мы будем стараться располагать начало оси абсцисс в точке, соответствующей температуре плавления вещества.
Из графика видно, что в момент начала наблюдения за процессом температура льда равнялась –20 о С.
Затем в течение некоторого промежутка времени лёд получает энергию, и его температура увеличивается до тех пор, пока не станет равной температуре плавления.
При этом обратите внимание на то, что в точке B, указанной на графике, — это ещё лёд — лёд, при температуре 0 o C. Т. е. молекулы ещё полностью сохраняют порядок, характерный для твёрдого тела.
Дальше мы с вами видим, что некоторое время температура остаётся постоянной, о чём свидетельствует горизонтальный участок графика BC. Это участок плавления. На нём происходит агрегатное превращение льда в воду. И вся энергия, которую получает вещество при плавлении, расходуется на разрушение порядка в расположении молекул тела.
В точке С лёд полностью превратится в воду, которая также имеет температуру 0 о С.
Достигнув отметки в 25 o C (точка D на графике), воду перестали нагревать.
Следующий участок графика — участок DE. На нём мы видим, что вода начала остывать до 0 o C. Следовательно, её внутренняя энергия уменьшается и выделяется теплота. При этом выделится столько же теплоты, сколько жидкость получила на участке CD. Вспомните — тело, при нагревании или охлаждении на одно и тоже число градусов, получает или отдаёт одно и тоже количество теплоты.
Итак, в точке E у нас вода, находящаяся при 0 o C.
Далее, достигнув температуры кристаллизации, вода начала превращаться в лёд — участок графика EF. Это заняло какое-то время, в течение которого её температура вновь не менялась.
При этом происходило выделение такого же количества энергии, какое вещество поглотило на участке ВС. Выделение энергии связано с восстановлением порядка в расположении молекул тела.
Обратите внимание на то, что только в точке F вода полностью превратилась в лёд.
И последний участок графика соответствует охлаждению уже твёрдого тела до первоначальной температуры.
Запомните, что при построении графиков очень важно соблюдать масштаб, то есть равные интервалы, относящиеся к одной и той же величине, необходимо обозначать равным количеством клеток.
Читайте также: