Pentru substanța a trecut de la un solid la un lichid (topire sau topire) de lichid gazos (fierbere sau vaporizarea) sau din solid gazos (volatilizare sau sublimare), necesită un aport de energie din exterior. În procesele inverse (cum ar fi condensarea sau cristalizarea), substanța, pe de altă parte, renunță la energie.
În condiții normale, orice substanță se află într-una din cele trei stări - solidă, lichidă sau gazoasă (a se vedea stările agregate ale materiei). Fiecare dintre aceste condiții corespunde structurii proprii a legăturilor dintre molecule și / sau atomi, caracterizată printr-o anumită energie de legare între ele. Pentru a schimba această structură este necesar fie un aflux de energie termică din exterior (de exemplu, când se topeste un solid), fie o ieșire de energie în exterior (de exemplu, în timpul cristalizării).
Luând, pentru început, un solid înțelegem conceptual că moleculele / atomii sunt legați la unele cristalin rigid sau o structură amorfă, - cu o ușoară încălzire, ei încep doar să „se agită“ în jurul poziției sale fixe (mai mare temperatura, cu atât mai mare amplitudine a oscilației ). La încălzirea în continuare moleculele de substanță sunt slăbite tot mai greu, până când în cele din urmă, nu se rupe departe de „casele lor“, locuri și să nu merg la „care se mișcă liber“. Aceasta este topirea sau topirea unui solid într-un lichid. Alimentarea energiei necesare topirii materiei se numește căldura fuziunii.
Graficul de schimbare a temperaturii unei substanțe solide la trecerea la un punct de topire este în sine foarte interesant. Inainte de topire cum este încălzit atomii / moleculele în termeni swinging în jurul poziției sale fixe tot mai puternice și primirea fiecărei căldură suplimentar conduce la porțiuni mai mari ale temperaturii corpului solid. Cu toate acestea, la atingerea punctului de topire solid, este de ceva timp, și rămâne la această temperatură, în ciuda continuarea fluxului de căldură până când a acumulat o cantitate suficientă de energie termică pentru a rupe legăturile intermoleculare dure. Aceasta este, în timpul fazei de tranziție de la solid la lichid este energia absorbită de acestea, fără febră, pentru că tot ce este nevoie pentru a rupe legăturile intermoleculare. De aceea, cubul de gheață într-un cocktail chiar și în căldură rămâne gheață rece la temperatură, până când se topește. Astfel, topirea, extracte din cuburi de gheață căldura produsă de cocktail din jur (și astfel se răcește la o temperatură plăcută), iar energia format care este nevoie pentru a rupe legăturile intermoleculare și de auto-distrugere finală.
Cantitatea de căldură necesară pentru topirea sau vaporizarea unitate de volum solid sau lichid, numit, respectiv, căldura latentă de fuziune sau căldura latentă de vaporizare. Și cifrele de aici figurează foarte mult. De exemplu, pentru o temperatură de 1 kg de apă de la 0 ° C până la 100 ° C, este necesară „doar“ 420 000 jouli (J) de energie termică, și pentru a inversa kilogramul de apă 1 kg de abur la o temperatură egală cu aceeași 100 ° C , - până la 2 260 000 J de energie.
După ce masa solidă este complet transformat în lichid, în continuare aport de căldură va avea ca rezultat o creștere a temperaturii din nou substanță. În stare lichidă de molecule de materie sunt încă în contact apropiat, dar legăturile intermoleculare dure sunt rupte între ele, și forțele de interacțiune care dețin molecule împreună, câteva ordine de mărime mai slabă decât în solide, astfel încât moleculele încep să se miște destul de liber în raport cu celălalt. Recepționarea ulterioară a energiei termice aduce lichidul în faza de fierbere. și începe evaporarea sau vaporizarea activă.
Și, din nou, așa cum a fost descris în cazul topirii sau topirii, de o anumită perioadă de timp, toată energia suplimentară care intră duce la rupe legăturile lichide dintre molecule și eliberarea lor în stare gazoasă (la un punct de fierbere constant). Energia folosită pentru ruperea acestor legături aparent slabe - așa-numitele. la căldură latentă de vaporizare - necesită, de asemenea, un nivel considerabil (a se vedea exemplul de mai sus).
Toate aceleași procese în ieșirea de energie (răcire) a substanței apar în ordine inversă. În primul rând, gazul se răcește cu o scădere a temperaturii, iar acest lucru se întâmplă până ajunge la punctul de condensare - temperatura la care începe lichefierea - și este exact egală cu temperatura de evaporare a lichidului corespunzător. Atunci când condensul, deoarece forțele de atracție reciprocă dintre molecule încep să aibă prioritate față de energia mișcării termice, gazul începe să se transforme într-un lichid - "condens". Astfel, așa-numita căldură specifică de condensare este eliberată - este exact egală cu căldura specifică latentă de evaporare, care a fost deja menționată. Asta este, cât de multă energie ați cheltuit la evaporarea unei anumite cantități de lichid, exact la fel de multă energie a vaporilor și dați-o ca și căldură după condensare înapoi în lichid.
Faptul că cantitatea de căldură eliberată în timpul condensării este foarte mare - fapt ușor de verificat: este suficient să ridicați palma la vârful fierbătorului de fierbere. În plus față de căldura din vapori, ca atare, pielea ta va suferi, de asemenea, de căldura eliberată ca urmare a condensului său în apa lichidă.
Prin răcirea suplimentară a lichidului până la punctul de congelare (a cărui temperatură este egală cu punctul de topire), procesul de reciclare a energiei termice din exterior va începe din nou fără a scădea temperatura substanței în sine. Acest proces se numește cristalizare. și cu aceasta se eliberează exact aceeași cantitate de căldură pe măsură ce este extrasă din mediul în timpul topirii (trecerea materiei de la faza solidă la faza lichidă).
Există, de asemenea, un alt tip de tranziție de fază - de la starea solidă a substanței direct la cea gazoasă (ocolind lichidul). Această transformare de fază se numește sublimare. sau sublimare. Exemplul cel mai frecvent: îmbrăcăminte uscată pe îngheț. Apa din acesta cristalizează mai întâi în gheață, iar apoi - sub influența razelor soarelui directe - cristalele de gheață microscopice se evaporă pur și simplu, ocolind faza lichidă. Un alt exemplu: la concerte rock, "gheața uscată" (dioxid de carbon înghețat CO2) este utilizată pentru a crea un ecran de fum - se evaporă direct în aer, înconjoară muzicienii performanți și, de asemenea, ocolește faza lichidă. În consecință, energia sublimării se cheltuiește direct pe transformarea unei substanțe solide într-un gaz.
„La fluid de răcire la punctul de îngheț (temperatura care este punctul de topire), încă o dată începe procesul de recul a energiei termice exterior, fără scăderea temperaturii materialului. Acest proces se numește cristalizare, iar când este alocat exact aceeași energie termică așa cum se arată din mediu la topirea ".
Pentru apă, acest proces este numit tranziție de fază, mai degrabă decât cristalizare (schimbarea stării agregate). Apă cristalizată la temperaturi negative cu eliberarea căldurii aparente, nu latente.
Apa distilată într-o sticlă curată chimic pentru o lungă perioadă de timp nu îngheață în congelator. Am citit pe internet că înregistrarea este de aproximativ -60 gr.ts. Am încercat și am -18 g.C.Esli se amestecă intens, apoi sticla este umplut rapid cu gheață solidă și o masă de bumbac, care dobândește rapid o temperatură de 4 g.C.
Trimiteți-le prietenilor: