U ovoj lekciji proučavaćemo koncept „specifične toplote fuzije“. Ova vrijednost karakterizira količinu topline koja se mora prenijeti 1 kg tvari na njenoj tački kako bi se čvrsto stanje pretvorio u tečnost (ili obrnuto).
Proučavat ćemo formulu za pronalaženje količine topline koja je potrebna da se otopi (ili se oslobodi tijekom kristalizacije) neke tvari.
Tema: Agregatna stanja materije
Lekcija: Specifična toplota topljenja
Ova lekcija je posvećena glavnoj karakteristici topljenja (kristalizacije) tvari - specifičnoj toplini fuzije.
U prošloj lekciji smo se dotakli pitanja: kako se unutrašnja energija tijela mijenja tokom topljenja?
Saznali smo da kada se doda toplota, unutrašnja energija tela se povećava. Istovremeno, znamo da se unutrašnja energija tijela može okarakterizirati konceptom kao što je temperatura. Kao što već znamo, temperatura se ne mijenja tokom topljenja. Stoga se može javiti sumnja da imamo posla s paradoksom: unutrašnja energija raste, ali se temperatura ne mijenja.
Objašnjenje ove činjenice je prilično jednostavno: sva energija se troši na uništavanje kristalne rešetke. Obrnuti proces je sličan: tokom kristalizacije, molekuli supstance se spajaju u unificirani sistem, dok se višak energije odaje i apsorbira u vanjsko okruženje.
Kao rezultat različitih eksperimenata, bilo je moguće utvrditi da je istoj supstanci potrebne različite količine topline da bi se prevela iz čvrstog u tekuće stanje.
Tada je odlučeno da se ove količine toplote uporede sa istom masom supstance. To je dovelo do pojave takve karakteristike kao što je specifična toplina fuzije.
Definicija
Specifična toplota fuzije- količina topline koja se mora predati 1 kg tvari zagrijane do tačke topljenja da bi se ona prešla iz čvrstog u tečno stanje.
Ista količina se oslobađa prilikom kristalizacije 1 kg supstance.
Označava se specifičnom toplotom fuzije (grčko slovo, čita se kao "lambda" ili "lambda").
Jedinice: . IN u ovom slučaju u dimenziji nema temperature, jer se tokom topljenja (kristalizacije) temperatura ne menja.
Za izračunavanje količine topline potrebne za taljenje tvari koristi se formula:
Količina toplote (J);
Specifična toplota fuzije (, koja se traži u tabeli;
Masa supstance.
Kada se tijelo kristalizira, to se piše sa znakom "-", jer se toplina oslobađa.
Primjer je specifična toplina fuzije leda:
. Ili specifična toplota fuzije željeza:
.
Činjenica da je specifična toplota fuzije leda bila veća od specifične toplote fuzije gvožđa ne treba da čudi. Količina topline koju određena tvar zahtijeva za taljenje ovisi o karakteristikama tvari, posebno o energiji veza između čestica ove tvari.
U ovoj lekciji smo pogledali koncept specifične toplote fuzije.
U sljedećoj lekciji naučit ćemo kako riješiti probleme koji uključuju zagrijavanje i topljenje kristalnih tijela.
Bibliografija
- Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Fizika 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
- Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fizika 8. - M.: Obrazovanje.
- Fizika, mehanika itd. ().
- Cool fizika ().
- Internet portal Kaf-fiz-1586.narod.ru ().
Zadaća
Topljenje je prijelaz tijela iz kristalnog čvrstog stanja u tekuće stanje. Topljenje se događa apsorpcijom specifične topline fuzije i predstavlja fazni prijelaz prvog reda.
Sposobnost topljenja odnosi se na fizička svojstva supstance
At normalan pritisak, najviša tačka topljenja među metalima je volfram (3422 °C), jednostavne supstance uopšte - ugljenik (prema različitim izvorima, 3500 - 4500 °C) i među proizvoljnim supstancama - hafnijev karbid HfC (3890 °C). Možemo pretpostaviti da helijum ima najnižu tačku topljenja: pri normalnom pritisku ostaje tečan na proizvoljno niskim temperaturama.
Mnoge supstance pri normalnom pritisku nemaju tečnu fazu. Kada se zagreju, sublimacijom se odmah pretvaraju u gasovito stanje.
Slika 9 - Topljenje leda
Kristalizacija je proces faznog prijelaza tvari iz tekućeg u čvrsto kristalno stanje uz stvaranje kristala.
Faza je homogeni deo termodinamičkog sistema odvojen od ostalih delova sistema (drugih faza) interfejsom, prolaskom kroz koji hemijski sastav, struktura i svojstva materije se naglo menjaju.
Slika 10 – Kristalizacija vode sa stvaranjem leda
Kristalizacija je proces izolacije čvrste faze u obliku kristala iz rastvora ili taline u hemijskoj industriji, proces kristalizacije se koristi za dobijanje materija u njihovom čistom obliku.
Kristalizacija počinje kada se postigne određeni granični uvjet, na primjer, prehlađenje tekućine ili prezasićenje pare, kada se gotovo trenutno pojavljuju mnogi mali kristali - centri kristalizacije. Kristali rastu spajanjem atoma ili molekula iz tekućine ili pare. Rast kristalnih površina odvija se sloj po sloj ivice nepotpunih atomskih slojeva (stepenica) pomiču se duž lica kako rastu. Ovisnost brzine rasta od uslova kristalizacije dovodi do različitih oblika rasta i kristalnih struktura (poliedarskih, lamelarnih, igličastih, skeletnih, dendritičnih i drugih oblika, strukture olovke itd.). Tokom kristalizacije neminovno nastaju različiti defekti.
Na broj centara kristalizacije i brzinu rasta značajno utiče stepen prehlađenja.
Stepen prehlađenja je nivo hlađenja tekućeg metala ispod temperature njegovog prijelaza u kristalnu (čvrstu) modifikaciju. Neophodno je nadoknaditi energiju latentne toplote kristalizacije. Primarna kristalizacija je formiranje kristala u metalima (i legurama) tokom prelaska iz tečnog u čvrsto stanje.
Specifična toplota fuzije (također: entalpija fuzije; postoji i ekvivalentan koncept specifične toplote kristalizacije) - količina toplote koja se mora preneti jednoj jedinici mase kristalne supstance u ravnotežnom izobarično-izotermnom procesu kako bi se da ga prevede iz čvrstog (kristalnog) stanja u tečno (tada se ista količina toplote oslobađa tokom kristalizacije supstance).
Količina toplote tokom topljenja ili kristalizacije: Q=ml
Isparavanje i ključanje. Specifična toplota isparavanja
Isparavanje je proces prijelaza tvari iz tekućeg u plinovito stanje (para). Proces isparavanja je obrnut od procesa kondenzacije (prijelaz iz parnog u tečno stanje. Isparavanje (vaporizacija), prijelaz tvari iz kondenzirane (čvrste ili tekuće) faze u plinovitu (para); prvog reda fazni prelaz.
U višoj fizici postoji razvijeniji koncept isparavanja
Isparavanje je proces u kojem čestice (molekule, atomi) izlete (odlome se) s površine tekućine ili čvrste tvari, s Ek > Ep.
Slika 11 - Isparavanje preko šolje čaja
Specifična toplota isparavanja (vaporizacija) (L) -- fizička količina, koji pokazuje količinu toplote koja se mora preneti 1 kg supstance uzete na tački ključanja da bi se prešla iz tečnog u gasovito stanje. Specifična toplina isparavanja mjeri se u J/kg.
Vrenje je proces isparavanja u tečnosti (prelazak supstance iz tečnog u gasovito stanje), sa pojavom granica razdvajanja faza. Tačka ključanja na atmosferski pritisak se obično navodi kao jedna od glavnih fizičko-hemijskih karakteristika hemijski čiste supstance.
Vrenje je fazni prijelaz prvog reda. Ključanje se dešava mnogo intenzivnije od isparavanja sa površine, zbog formiranja centara isparavanja, koji su determinisani kako postignutom temperaturom ključanja, tako i prisustvom nečistoća.
Na proces stvaranja mjehurića može uticati pritisak, zvučni talasi, jonizacija. Konkretno, mjehurić komora radi na principu ključanja mikrovolumena tekućine od jonizacije tokom prolaska nabijenih čestica.
Slika 12 - Kipuća voda
Količina toplote tokom ključanja, isparavanja tečnosti i kondenzacije pare: Q=mL
Da bi se čvrsta tvar rastopila, mora se zagrijati. A prilikom zagrijavanja bilo kojeg tijela primjećuje se jedna zanimljiva karakteristika
Posebnost je ova: temperatura tijela raste do tačke topljenja, a zatim se zaustavlja dok cijelo tijelo ne pređe u tečno stanje. Nakon topljenja, temperatura ponovo počinje rasti, ako se, naravno, nastavi zagrijavanje. Odnosno, postoji vremenski period tokom kojeg zagrevamo telo, ali se ono ne zagreva. Gde ide toplotna energija koju trošimo? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, treba da pogledamo u unutrašnjost tela.
U čvrstim supstancama molekuli su raspoređeni određenim redoslijedom u obliku kristala. Praktično se ne pomiču, samo lagano osciliraju na mjestu. Da bi se supstanca pretvorila u tekuće stanje, molekulima je potrebno dati dodatnu energiju kako bi izbjegli privlačnost susjednih molekula u kristalima. Zagrijavanjem tijela dajemo molekulima tu potrebnu energiju. I dok svi molekuli ne dobiju dovoljno energije i svi kristali ne budu uništeni, temperatura tijela se ne povećava. Eksperimenti pokazuju da različite tvari iste mase zahtijevaju različite količine topline da bi se potpuno otopile.
Odnosno, postoji određena vrijednost od koje zavisi koliko toplote treba da apsorbuje supstanca da bi se rastopila?. I ova vrijednost je različita za različite tvari. Ova veličina se u fizici naziva specifičnom toplinom fuzije neke supstance. Opet, kao rezultat eksperimenata, specifična toplina fuzije za razne supstance i sakupljeni u posebne tabele iz kojih se ti podaci mogu prikupiti. Specifična toplota fuzije označena je grčkim slovom λ (lambda), a mjerna jedinica je 1 J/kg.
Formula za specifičnu toplinu fuzije
Specifična toplota fuzije nalazi se po formuli:
gdje je Q količina topline potrebna da se otopi tijelo mase m.
Opet, iz eksperimenata je poznato da kada se tvari stvrdnu, one oslobađaju istu količinu topline koja je bila potrebna za njihovo topljenje. Molekuli, gubeći energiju, formiraju kristale, nesposobni da se odupru privlačenju drugih molekula. I opet, tjelesna temperatura se neće smanjivati dok se cijelo tijelo ne očvrsne i dok se ne oslobodi sva energija koja je utrošena na njegovo topljenje. Odnosno, specifična toplota fuzije pokazuje koliko energije treba utrošiti da bi se rastopilo tijelo mase m i koliko će se energije osloboditi kada se ovo tijelo očvrsne.
Na primjer, specifična toplina fuzije vode u čvrstom stanju, odnosno specifična toplina fuzije leda je 3,4 * 105 J/kg. Ovi podaci vam omogućavaju da izračunate koliko je energije potrebno za otapanje leda bilo koje mase. Poznavajući i specifični toplinski kapacitet leda i vode, možete izračunati tačno koliko je energije potrebno za određeni proces, na primjer, topljenje leda težine 2 kg i temperature - 30˚C i dovođenje rezultirajuće vode do ključanja. Takve informacije za različite supstance su veoma potrebne u industriji za izračunavanje stvarnih troškova energije u proizvodnji bilo koje robe.
SAŽETAK
"Tijela koja se tope"
Izvedeno:
Prysyazhnyuk Olga 9-A
Provjereno:
Nevzorova Tatyana Igorevna
Uvod
1) Proračun količine toplote
2) Topljenje
3) Specifična toplota fuzije
4) Topljenje metala
5) Tačke topljenja i ključanja vode
6) Topi se
7) Zanimljivosti o topljenju
Zaključak (zaključci)
Spisak korišćene literature
Uvod
Agregatno stanje je stanje materije koje karakterišu određena kvalitativna svojstva: sposobnost ili nemogućnost održavanja volumena i oblika, prisustvo ili odsustvo reda dugog i kratkog dometa i dr. Promjena agregacijskog stanja može biti praćena naglom promjenom slobodne energije, entropije, gustine i drugih osnovnih fizičkih svojstava.
Postoje tri glavna agregatna stanja: čvrsto, tečno i gasovito. Ponekad nije sasvim ispravno klasifikovati plazmu kao stanje agregacije. Postoje i druga stanja agregacije, na primjer, tekući kristali ili Bose-Einstein kondenzat.
Promjene u agregacijskom stanju su termodinamički procesi koji se nazivaju fazni prijelazi. Razlikuju se sljedeće varijante: od čvrstog do tekućeg - topljenje; iz tečnog u gasovito - isparavanje i ključanje; od čvrstog do gasovitog - sublimacija; iz gasovitog u tečno ili čvrsto - kondenzacija. Prepoznatljiva karakteristika je odsustvo oštre granice prijelaza u stanje plazme.
Za opis raznim uslovima u fizici se koristi širi koncept termodinamičke faze. Pojave koje opisuju prelaze iz jedne faze u drugu nazivaju se kritične pojave.
Čvrsto: Stanje koje karakteriše sposobnost zadržavanja volumena i oblika. Atomi čvrste supstance podležu samo malim vibracijama oko ravnotežnog stanja. Postoji i dugoročni i kratkoročni poredak.
Tečnost: stanje materije u kojem ima nisku kompresibilnost, odnosno dobro zadržava zapreminu, ali nije u stanju da zadrži oblik. Tečnost lako poprima oblik posude u koju se nalazi. Atomi ili molekuli tečnosti vibriraju blizu ravnotežnog stanja, zaključani drugim atomima, i često skaču na druga slobodna mjesta. Prisutan je samo poredak kratkog dometa.
Gas: Stanje koje karakteriše dobra kompresibilnost, bez mogućnosti zadržavanja volumena i oblika. Plin ima tendenciju da zauzme cjelokupni volumen koji mu se daje. Atomi ili molekuli plina ponašaju se relativno slobodno, udaljenosti između njih su mnogo veće od njihovih veličina.
Ostala stanja: Kada se duboko ohlade, neke (ne sve) supstance prelaze u supravodljivo ili superfluidno stanje. Ova stanja su, naravno, odvojene termodinamičke faze, ali se teško mogu nazvati novim agregatnim stanjima materije zbog njihove neuniverzalnosti. Heterogene supstance kao što su paste, gelovi, suspenzije, aerosoli, itd., koje pod određenim uslovima pokazuju svojstva i čvrstih i tečnih, pa čak i gasova, obično se klasifikuju kao dispergovani materijali, a ne u neka specifična agregatna stanja materije.
Topljenje
Rice. 1. Stanje čiste supstance (dijagram)
Rice. 2. Tačka topljenja kristalnog tijela
Rice. 3. Tačka topljenja alkalnih metala
Topljenje je prijelaz tvari iz kristalnog (čvrstog) stanja u tekućinu; javlja se sa apsorpcijom toplote (fazni prijelaz prvog reda). Glavne karakteristike fuzije čistih supstanci su tačka topljenja (Tm) i toplota koja je neophodna za izvođenje procesa fuzije (toplina fuzije Qm).
Temperatura P. zavisi od spoljašnjeg pritiska p; na dijagramu stanja čiste supstance ova zavisnost je prikazana krivuljom topljenja (kriva koegzistencije čvrste i tečne faze, AD ili AD" na slici 1). Topljenje legura i čvrstih rastvora se po pravilu dešava u temperaturni opseg (izuzetak je eutektika sa konstantom Tm) Ovisnost temperature početka i kraja transformacije legure od njenog sastava pri datom pritisku prikazana je na dijagramima stanja posebnim linijama (krivulje likvidusa i solidusa, vidi sl. Dvostruki sistemi). Za niz visokomolekularnih jedinjenja (na primjer, tvari sposobne za stvaranje tekućih kristala), prijelaz iz čvrstog kristalnog stanja u izotropnu tekućinu odvija se u fazama (u određenom temperaturnom rasponu), pri čemu svaki stupanj karakterizira određeni stupanj razaranja. kristalne strukture.
Prisutnost određene temperature P. - važan znak ispravnu kristalnu strukturu čvrstih materija. Po ovoj osobini lako se mogu razlikovati od amorfnih čvrstih materija koje nemaju fiksnu tačku topljenja. Amorfne čvrste materije postepeno prelaze u tečno stanje, omekšavajući kako temperatura raste (vidi Amorfno stanje). Volfram ima najvišu temperaturu među čistim metalima (3410 °C), a živa najnižu (-38,9 °C). Posebno vatrostalna jedinjenja uključuju: TiN (3200 °C), HfN (3580 °C), ZrC (3805 °C), TaC (4070 °C), HfC (4160 °C), itd. Po pravilu, za supstance sa visokim Tmelt karakteriziraju veće vrijednosti Qmelt-a. Nečistoće prisutne u kristalnim supstancama smanjuju njihovu tačku topljenja. Ovo se u praksi koristi za proizvodnju legura s niskom tačkom topljenja (vidi, na primjer, Woodova legura s tačkom topljenja = 68 °C) i smjesa za hlađenje.
P. počinje kada kristalna supstanca dostigne Tm. Od početka procesa do njegovog završetka, temperatura tvari ostaje konstantna i jednaka Tmelt, unatoč davanju topline tvari (slika 2). Zagrijte kristal na T > Tmel in normalnim uslovima ne uspije (vidi Pregrijavanje), dok se tokom kristalizacije relativno lako postiže značajno prehlađenje taline.
Priroda zavisnosti Tmel od pritiska p određena je smerom zapreminskih promena (DVmel) na P. (vidi Clapeyron-Clausiusovu jednačinu). U većini slučajeva, oslobađanje tvari je praćeno povećanjem njihovog volumena (obično za nekoliko posto). Ako se to dogodi, onda povećanje pritiska dovodi do povećanja Tmelt (slika 3). Međutim, neke tvari (voda, brojni metali i metalidi, vidi sliku 1) podliježu smanjenju volumena tokom P. Temperatura P. ovih supstanci opada sa povećanjem pritiska.
P. je praćen promjenom fizičkih svojstava tvari: povećanjem entropije, što odražava poremećaj u kristalnoj strukturi tvari; povećanje toplotnog kapaciteta, električni otpor[sa izuzetkom nekih polumetala (Bi, Sb) i poluprovodnika (Ge), koji u tečnom stanju imaju veću električnu provodljivost]. Otpor na smicanje pada na gotovo nulu tokom P. (poprečni otpor smicanja ne može se širiti u talini elastični talasi, vidi Tečnost), smanjuje se brzina širenja zvuka (longitudinalni talasi) itd.
Prema molekularno-kinetičkim konceptima, P. se izvodi na sljedeći način. Kada se kristalno tijelo dovede toplinom, energija vibracija (amplituda oscilovanja) njegovih atoma se povećava, što dovodi do povećanja tjelesne temperature i doprinosi stvaranju razne vrste defekti (nepopunjeni čvorovi kristalne rešetke - prazna mjesta; kršenje periodičnosti rešetke od strane atoma ugrađenih između njenih čvorova, itd., vidi Defekti u kristalima). U molekularnim kristalima može doći do djelomičnog poremećaja međusobne orijentacije molekulskih osa ako molekuli nemaju sferni oblik. Postepeni porast broja defekata i njihova povezanost karakterizira fazu pre topljenja. Kada se Tm dostigne, u kristalu se stvara kritična koncentracija defekata i počinje paraliza - kristalna rešetka se raspada u lako pokretne submikroskopske regije. Toplota dovedena tokom P. ne koristi se za zagrijavanje tijela, već za razbijanje međuatomskih veza i uništavanje dugog dometa u kristalima (vidi Redosled dugog dometa i poredak kratkog dometa). U samim submikroskopskim oblastima, poredak kratkog dometa u rasporedu atoma se ne menja značajno tokom transformacije (koordinacioni broj taline na Tm u većini slučajeva ostaje isti kao i kod kristala). Ovo objašnjava niže vrijednosti topline fuzije Qpl u odnosu na topline isparavanja i relativno malu promjenu niza fizičkih svojstava tvari tokom njihovog isparavanja.
Proces P. igra važnu ulogu u prirodi (proizvodnja snijega i leda na površini Zemlje, proizvodnja minerala u njenim dubinama, itd.) i u tehnologiji (proizvodnja metala i legura, livenje u kalupe itd.).
Specifična toplota fuzije
Specifična toplota fuzije (takođe: entalpija fuzije; postoji i ekvivalentan koncept specifična toplota kristalizacije) - količina toplote koja se mora preneti jednoj jedinici mase kristalne supstance u ravnotežnom izobarično-izotermnom procesu da bi se prenose ga iz čvrstog (kristalnog) stanja u tečno (ista količina toplote koja se oslobađa tokom kristalizacije supstance). Toplina fuzije - poseban slučaj toplota faznog prelaza prvog reda. Pravi se razlika između specifične toplote fuzije (J/kg) i molarne toplote (J/mol).
Specifična toplota fuzije je označena slovom (grčko slovo lambda) Formula za izračunavanje specifične toplote fuzije je:
gdje je specifična toplina fuzije, količina topline koju je primila supstanca tokom topljenja (ili oslobođena tokom kristalizacije), je masa tvari koja se topi (kristalizira).
Topljenje metala
Prilikom topljenja metala moraju se poštovati dobro poznata pravila. Pretpostavimo da će topiti olovo i cink. Olovo će se brzo otopiti, imajući tačku topljenja od 327°; cink će dugo ostati čvrst, jer je njegova tačka topljenja iznad 419°. Šta se dešava sa olovom s takvim pregrijavanjem? Počet će se prekrivati filmom duginih boja, a zatim će njegova površina biti skrivena ispod sloja praha koji se ne topi. Olovo je izgorjelo od pregrijavanja i oksidiralo, spajajući se s kisikom u zraku. Ovaj proces, kao što je poznato, odvija se na uobičajenim temperaturama, ali kada se zagrije, odvija se mnogo brže. Dakle, dok se cink počne topiti, ostat će vrlo malo metala olova. Ispostavit će se da je legura potpuno drugačijeg sastava od očekivanog, a velika količina olova će se izgubiti u obliku otpada. Jasno je da vatrostalniji cink prvo treba rastopiti, a zatim mu dodati olovo. Ista stvar će se dogoditi ako legirate cink sa bakrom ili mesingom, prvo zagrevajući cink. Cink će izgorjeti do trenutka kada se bakar otopi. To znači da se metal s višom tačkom topljenja uvijek mora prvo otopiti.
Ali samo ovo ne može izbjeći opijenost. Ako se pravilno zagrijana legura dugo drži na vatri, na površini tekućeg metala se ponovo stvara film kao rezultat isparenja. Jasno je da će se topljiviji metal ponovo pretvoriti u oksid i sastav legure će se promijeniti; To znači da se metal ne može pregrijati duže vrijeme bez potrebe. Stoga pokušavaju na sve moguće načine smanjiti otpad metala polaganjem u kompaktnu masu; sitni komadići, piljevina, strugotine se prvo „pakuju“, komadići manje-više iste veličine se tope, zagrijavaju na dovoljnoj temperaturi, a metalna površina se štiti od kontakta sa zrakom. U tu svrhu majstor može uzeti boraks ili jednostavno prekriti površinu metala slojem pepela, koji će uvijek plutati na vrhu (zahvaljujući svojim manjim specifična gravitacija) i neće škoditi prilikom sipanja metala. Kada se metal stvrdne, javlja se još jedan fenomen, vjerovatno poznat i mladim majstorima. Kako se metal stvrdnjava, njegov volumen se smanjuje, a to smanjenje nastaje zbog unutrašnjih, još ne očvrsnutih čestica metala. Na površini odljevka ili unutar njega formira se manje ili više značajno udubljenje u obliku lijevka, takozvana šupljina skupljanja. Obično se kalup izrađuje na način da se na onim mjestima odljevka formiraju šupljine skupljanja koje se naknadno uklanjaju, pokušavajući zaštititi sam proizvod što je više moguće. Jasno je da šupljine zbog skupljanja kvare odljevak i ponekad ga mogu učiniti neupotrebljivim. Nakon topljenja metal se lagano pregrijava tako da je tanji i topliji i samim tim bi bolje ispunio detalje kalupa i ne bi se prerano smrznuo od kontakta sa hladnijim kalupom.
Budući da je tačka topljenja legura obično niža od tačke topljenja najvatrostalnijih metala koji čine leguru, ponekad je korisno učiniti suprotno: prvo rastopiti metal koji se lakše topi, a zatim onaj koji je vatrostalniji. Međutim, to je dozvoljeno samo za metale koji ne oksidiraju mnogo ili ako su ti metali zaštićeni od prekomjerne oksidacije. Potrebno je uzeti više metala nego što je potrebno za samu stvar, kako bi ispunila ne samo kalup, već i kanal za ulijevanje. Jasno je da prvo morate izračunati potrebnu količinu metala.
Tačke topljenja i ključanja vode
Najneverovatnije i najkorisnije svojstvo vode za živu prirodu je njena sposobnost da bude tečnost u „normalnim“ uslovima. Molekuli jedinjenja vrlo sličnih vodi (na primjer, molekuli H2S ili H2Se) su mnogo teži, ali pod istim uvjetima formiraju plin. Stoga se čini da je voda u suprotnosti sa zakonima periodnog sistema, koji, kao što je poznato, predviđa kada, gdje i koja svojstva supstanci će biti bliska. U našem slučaju iz tabele proizilazi da bi se svojstva vodikovih spojeva elemenata (nazvanih hidridi) koji se nalaze u istim vertikalnim stupovima trebalo monotono mijenjati sa povećanjem mase atoma. Kiseonik je element šeste grupe ove tabele. U istoj grupi su sumpor S (atomske mase 32), selen Se (atomske mase 79), telur Te (atomske mase 128) i polonijum Po (atomske mase 209). Shodno tome, svojstva hidrida ovih elemenata bi se trebala monotono mijenjati pri prelasku s teških na lakše elemente, tj. u nizu H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. Što se i događa, ali samo sa prva četiri hidrida. Na primjer, tačke ključanja i topljenja se povećavaju kako se povećava atomska težina elemenata. Na slici, križići označavaju tačke ključanja ovih hidrida, a krugovi označavaju tačke topljenja.
Kao što se može vidjeti, kako se atomska težina smanjuje, temperature se smanjuju potpuno linearno. Područje postojanja tekuće faze hidrida postaje sve „hladnije“, a kada bi kisikov hidrid H2O bio normalno jedinjenje, slično njegovim susjedima u šestoj grupi, tada bi tečna voda postojala u rasponu od -80°C do -95 °C. Na više visoke temperature H2O bi uvek bio gas. Na sreću za nas i sav život na Zemlji, voda je neuobičajena;
To se objašnjava jednostavno - većina molekula vode povezana je vodikovim vezama. Upravo te veze razlikuju vodu od tečnih hidrida H2S, H2Se i H2Te. Da ih nema, voda bi već ključala na minus 95 °C. Energija vodoničnih veza je prilično visoka i one se mogu prekinuti samo na mnogo višoj temperaturi. Čak iu gasovitom stanju, veliki broj molekula H2O zadržava svoje vodonične veze, spajajući se u (H2O)2 dimere. Vodikove veze potpuno nestaju tek pri temperaturi vodene pare od 600 °C.
Podsjetimo da je ključanje kada se unutar kipuće tekućine formiraju mjehurići pare. Pri normalnom pritisku čista voda ključa na 100 "C. Ako se toplota dovodi kroz slobodnu površinu, proces površinskog isparavanja će se ubrzati, ali ne dolazi do volumetrijskog isparavanja karakterističnog za ključanje. Do ključanja se može postići i snižavanjem vanjskog pritiska, jer se u tom slučaju pritisak pare je jednak vanjskom pritisku, postiže se pri nižoj temperaturi na vrhu. visoka planina pritisak i, shodno tome, tačka ključanja padaju toliko da voda postaje neprikladna za kuvanje hrane - ne postiže se potrebna temperatura vode. Kad dosta visok krvni pritisak Voda se može zagrijati dovoljno da se otopi olovo (327°C), a da ne proključa.
Pored ekstremno visokih temperatura ključanja (a ovaj posljednji proces zahtijeva toplinu fuzije koja je prevelika za tako jednostavnu tekućinu), sam raspon postojanja vode je anomalan - stotinu stupnjeva za koje se te temperature razlikuju je prilično veliki raspon za tako niske molekularne tečnosti kao što je voda. Granice dopuštenih vrijednosti za hipotermiju i pregrijavanje vode su neobično velike - uz pažljivo zagrijavanje ili hlađenje, voda ostaje tečna od -40 °C do +200 °C. Ovo proširuje temperaturni raspon u kojem voda može ostati tečna na 240 °C.
Kada se led zagrije, njegova temperatura prvo raste, ali od trenutka kada se formira mješavina vode i leda, temperatura će ostati nepromijenjena sve dok se sav led ne otopi. To se objašnjava činjenicom da se toplina koja se dovodi do topljenog leda prvenstveno troši samo na uništavanje kristala. Temperatura topljenja leda ostaje nepromijenjena sve dok se svi kristali ne unište (vidi latentnu toplinu fuzije).
Topi se
Taline su tečno rastopljeno stanje tvari na temperaturama u određenim granicama udaljenim od kritične tačke topljenja i locirane bliže tački topljenja. Priroda taline je inherentno određena vrstom kemijskih veza elemenata u rastopljenoj tvari.
Taline se nalaze široka primena u metalurgiji, staklarstvu i drugim oblastima tehnologije. Tipično, taline imaju složen sastav i sadrže različite komponente koje međusobno djeluju (vidi fazni dijagram).
Ima topljenja
1.Metal (Metali (ime dolazi od latinskog metallum - rudnik, rudnik) - grupa elemenata sa svojstvima metalna svojstva kao što su visoka toplotna i električna provodljivost, pozitivni temperaturni koeficijent otpora, visoka duktilnost i metalni sjaj);
2. Jonski (Jon (starogrčki ἰόν - ide) - jednoatomna ili poliatomska električno nabijena čestica nastala kao rezultat gubitka ili dobitka jednog ili više elektrona od strane atoma ili molekule. Ionizacija (proces stvaranja jona) može nastaju na visokim temperaturama, pod uticajem električno polje);
3. Poluprovodnici sa kovalentnom vezom između atoma (Poluprovodnici su materijali koji po svojoj specifičnoj vodljivosti zauzimaju međumesto između provodnika i dielektrika i razlikuju se od provodnika po jakoj zavisnosti specifične provodljivosti od koncentracije nečistoća, temperature i razne vrste radijacije. Glavno svojstvo ovih materijala je povećanje električne provodljivosti s povećanjem temperature);
4. Organske taline sa van der Waalsovim vezama;
5. Visokopolimeri (Polimeri (grč. πολύ- - mnogo; μέρος - deo) - anorganske i organske, amorfne i kristalne supstance dobijene uzastopnim ponavljanjem razne grupe atomi zvani "monomerne jedinice" povezani u dugačke makromolekule hemijskim ili koordinacionim vezama)
Topi se po vrsti hemijska jedinjenja oni su:
1. Sol;
2.Oxide;
3. Oksidno-silikatna (šljaka) itd.
Topi sa posebnim svojstvima:
1.Eutektički
Zanimljive činjenice o topljenju
Zrnca leda i zvijezde.
Unesi komad čisti led u toplu sobu i gledajte kako se topi. Vrlo brzo postaje jasno da se led, koji je izgledao monolitan i homogen, raspada na mnogo malih zrnaca - pojedinačnih kristala. Nalaze se haotično u zapremini leda. Jednako zanimljiva slika može se vidjeti kada se led topi sa površine.
Donesite glatki komad leda na lampu i sačekajte dok se ne počne topiti. Kako topljenje dosegne unutrašnja zrna, počeće se pojavljivati vrlo fini uzorci. Uz jaku lupu možete vidjeti da imaju oblik heksagonalnih pahuljica. Zapravo, to su odmrznute udubine ispunjene vodom. Oblik i smjer njihovih zraka odgovaraju orijentaciji monokristala leda. Ovi uzorci se nazivaju "Tyndale zvijezde" u čast engleskog fizičara koji ih je otkrio i opisao 1855. godine. "Tyndallove zvijezde", koje izgledaju kao snježne pahulje, zapravo su udubljenja na površini otopljenog leda veličine oko 1,5 mm, ispunjena vodom. U njihovom središtu vidljivi su mjehurići zraka, koji su nastali zbog razlike u zapremini otopljenog leda i otopljene vode.
DA LI STE ZNALI?
Postoji metal, takozvana Vudova legura, koja se lako može rastopiti čak iu toploj vodi (+68 stepeni Celzijusa). Dakle, prilikom miješanja šećera u čaši, metalna kašika napravljena od ove legure će se otopiti brže od šećera!
Najvatrostalnija supstanca, tantal karbid TaC0-88, topi se na temperaturi od 3990°C.
Godine 1987. njemački istraživači su uspjeli superohladiti vodu na temperaturu od -700C, održavajući je u tečnom stanju.
Ponekad se, da bi se snijeg na trotoarima brže otopio, posipaju solju. Do topljenja leda dolazi jer nastaje otopina soli u vodi, čija je tačka smrzavanja niža od temperature zraka. Rješenje jednostavno teče s trotoara.
Zanimljivo je da vam noge postaju hladnije na mokrom kolovozu, jer je temperatura rastvora soli i vode niža od temperature čistog snijega.
Ako čaj iz čajnika prelijete u dvije šolje: sa šećerom i bez šećera, tada će čaj u šolji sa šećerom biti hladniji, jer energija se takođe troši na otapanje šećera (da se uništi njegova kristalna rešetka).
U teškim mrazima, klizalište se zalijeva kako bi se povratila glatkoća leda. vruća voda.. Vruća voda topi se tanko gornji sloj led, ne smrzava se tako brzo, ima vremena da se raširi, a površina leda ispada vrlo glatka.
Zaključak (zaključci)
Topljenje je prijelaz tvari iz čvrstog u tekuće stanje.
Kada se zagrije, temperatura tvari raste, a brzina toplinskog kretanja čestica raste, dok se unutarnja energija tijela povećava.
Kada temperatura čvrste supstance dostigne tačku topljenja, kristalna rešetka čvrste supstance počinje da se urušava. Dakle, glavni dio energije grijača koja se provodi na čvrsto tijelo ide na smanjenje veza između čestica tvari, odnosno uništavanje kristalne rešetke. Istovremeno se povećava energija interakcije između čestica.
Otopljena tvar ima veliku rezervu unutrašnja energija nego u čvrstom stanju. Preostali dio topline fuzije troši se na izvođenje rada na promjeni volumena tijela tokom njegovog topljenja.
Pri topljenju se povećava volumen većine kristalnih tijela (za 3-6%), a pri skrućivanju se smanjuje. Ali, postoje tvari čija se zapremina pri topljenju smanjuje, a kada se skrući povećava. To uključuje, na primjer, vodu i lijevano željezo, silicij i neke druge. . Zbog toga led pliva na površini vode, a čvrsto liveno gvožđe pliva u sopstvenom topljenju.
Čvrste materije, koji se nazivaju amorfni (ćilibar, smola, staklo) nemaju određenu tačku topljenja.
Količina topline potrebna za taljenje tvari jednaka je proizvodu specifične topline fuzije i mase tvari.
Specifična toplina fuzije pokazuje koliko je topline potrebno za potpunu transformaciju 1 kg tvari iz čvrste u tekućinu, uzeto pri brzini topljenja.
SI jedinica specifične topline fuzije je 1J/kg.
Tokom procesa topljenja, temperatura kristala ostaje konstantna. Ova temperatura se naziva tačka topljenja. Svaka supstanca ima svoju tačku topljenja.
Tačka topljenja za datu supstancu zavisi od atmosferskog pritiska.
Spisak korišćene literature
1) Podaci iz elektronske slobodne enciklopedije "Wikpedia"
http://ru.wikipedia.org/wiki/Main_page
2) Web stranica “Cool fizika za radoznale” http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm
3) Web stranica " Fizička svojstva voda"
http://all-about-water.ru/boiling-temperature.php
4) Web stranica “Metali i konstrukcije”
http://metaloconstruction.ru/osnovy-plavleniya-metallov/
