V této lekci budeme studovat pojem „specifické teplo tání“. Tato hodnota charakterizuje množství tepla, které musí být předáno 1 kg látky při jejím bodu tání, aby pevné skupenství přeměněn na kapalinu (nebo naopak).
Budeme studovat vzorec pro zjištění množství tepla, které je nutné k roztavení (nebo se uvolní při krystalizaci) látky.
Téma: Agregátní skupenství hmoty
Lekce: Specifické teplo tání
Tato lekce je věnována hlavní charakteristice tání (krystalizace) látky – měrnému teplu tání.
V minulé lekci jsme se dotkli otázky: jak se mění vnitřní energie tělesa při tání?
Zjistili jsme, že když se přidá teplo, zvýší se vnitřní energie těla. Zároveň víme, že vnitřní energii tělesa lze charakterizovat takovým pojmem, jako je teplota. Jak již víme, teplota se během tání nemění. Proto může vzniknout podezření, že máme co do činění s paradoxem: vnitřní energie se zvyšuje, ale teplota se nemění.
Vysvětlení této skutečnosti je celkem jednoduché: veškerá energie je vynaložena na zničení krystalové mřížky. Opačný proces je podobný: během krystalizace se molekuly látky spojí do jednotný systém, přičemž přebytečná energie je vydávána a absorbována vnějším prostředím.
V důsledku různých experimentů bylo možné zjistit, že stejná látka vyžaduje různá množství tepla, aby ji přeměnila z pevného do kapalného stavu.
Poté bylo rozhodnuto porovnat tato množství tepla se stejnou hmotností látky. To vedlo ke vzniku takové charakteristiky, jako je specifické teplo tání.
Definice
Měrné teplo tání- množství tepla, které se musí předat 1 kg látky zahřáté na bod tání, aby se převedla z pevného do kapalného stavu.
Stejné množství se uvolní při krystalizaci 1 kg látky.
Označuje se specifickým teplem tání (řecké písmeno, čteno jako „lambda“ nebo „lambda“).
Jednotky: . V v tomto případě v rozměru není žádná teplota, protože během tavení (krystalizace) se teplota nemění.
Pro výpočet množství tepla potřebného k roztavení látky se používá vzorec:
množství tepla (J);
Specifické teplo tání (, které se hledá v tabulce;
Hmotnost látky.
Když těleso krystalizuje, je zapsáno se znaménkem „-“, protože se uvolňuje teplo.
Příkladem je specifické teplo tání ledu:
. Nebo specifické teplo tání železa:
.
Skutečnost, že měrné skupenské teplo tání ledu se ukázalo být větší než měrné skupenské teplo tání železa, by neměla být překvapivá. Množství tepla, které konkrétní látka potřebuje k roztavení, závisí na vlastnostech látky, zejména na energii vazeb mezi částicemi této látky.
V této lekci jsme se podívali na koncept specifického tepla tání.
V další lekci se naučíme, jak řešit problémy týkající se zahřívání a tavení krystalických těles.
Bibliografie
- Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlová V. A., Roizena I. I. - M.: Mněmosyně.
- Peryshkin A. V. Physics 8. - M.: Drop, 2010.
- Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fyzika 8. - M.: Vzdělávání.
- Fyzika, mechanika atd. ().
- Skvělá fyzika ().
- Internetový portál Kaf-fiz-1586.narod.ru ().
Domácí práce
Tání je přechod tělesa z krystalického pevného skupenství do kapalného skupenství. K tání dochází absorpcí měrného tepla tání a jde o fázový přechod prvního řádu.
Schopnost tát se týká fyzikálních vlastností látky
Na normální tlak, nejvyšší bod tání mezi kovy má wolfram (3422 °C), jednoduché látky obecně - uhlík (podle různých zdrojů 3500 - 4500 °C) a mezi libovolnými látkami karbid hafnia HfC (3890 °C). Můžeme předpokládat, že helium má nejnižší bod tání: za normálního tlaku zůstává kapalné při libovolně nízkých teplotách.
Mnoho látek za normálního tlaku nemá kapalnou fázi. Při zahřátí se sublimací okamžitě přeměňují do plynného skupenství.
Obrázek 9 - Tání ledu
Krystalizace je proces fázového přechodu látky z kapalného do pevného krystalického stavu za vzniku krystalů.
Fáze je homogenní část termodynamického systému oddělená od ostatních částí systému (jiných fází) rozhraním, při průchodu kterým chemické složení, struktura a vlastnosti hmoty se náhle mění.
Obrázek 10 - Krystalizace vody s tvorbou ledu
Krystalizace je proces izolace pevné fáze ve formě krystalů z roztoků nebo tavenin, v chemickém průmyslu se procesem krystalizace získávají látky v čisté formě.
Krystalizace začíná při dosažení určité limitní podmínky, například podchlazení kapaliny nebo přesycení páry, kdy se téměř okamžitě objeví mnoho malých krystalů - krystalizačních center. Krystaly rostou připojením atomů nebo molekul z kapaliny nebo páry. K růstu krystalových ploch dochází vrstva po vrstvě, okraje neúplných atomárních vrstev (kroky) se při růstu pohybují podél plochy. Závislost rychlosti růstu na podmínkách krystalizace vede k různým růstovým formám a krystalovým strukturám (polyedrické, lamelární, jehlovité, skeletální, dendritické a jiné formy, tužkové struktury atd.). Při krystalizaci nevyhnutelně vznikají různé defekty.
Počet krystalizačních center a rychlost růstu jsou významně ovlivněny stupněm přechlazení.
Stupeň podchlazení je úroveň ochlazení tekutého kovu pod teplotu jeho přechodu na krystalickou (pevnou) modifikaci. Je nutné kompenzovat energii latentního tepla krystalizace. Primární krystalizace je tvorba krystalů v kovech (a slitinách) při přechodu z kapalného do pevného skupenství.
Měrné teplo tání (také: entalpie tání; existuje i ekvivalentní pojem měrného tepla krystalizace) - množství tepla, které je třeba předat jedné jednotce hmotnosti krystalické látky při rovnovážném izobaricko-izotermickém procesu, aby k jeho převedení z pevného (krystalického) skupenství do kapalného (pak se při krystalizaci látky uvolňuje stejné množství tepla).
Množství tepla při tavení nebo krystalizaci: Q=ml
Odpařování a var. Měrné výparné teplo
Vypařování je proces přechodu látky z kapalného skupenství do plynného skupenství (páry). Odpařovací proces je opakem kondenzačního procesu (přechod z parního do kapalného skupenství. Odpařování (vypařování), přechod látky z kondenzované (pevné nebo kapalné) fáze do plynné (páry); 1. řádu. fázový přechod.
Ve vyšší fyzice existuje rozvinutější koncept vypařování
Odpařování je proces, při kterém částice (molekuly, atomy) odlétají (odlamují se) z povrchu kapaliny nebo pevné látky, přičemž Ek > Ep.
Obrázek 11 - Odpařování nad hrnkem čaje
Měrné teplo vypařování (vypařování) (L) -- Fyzické množství, znázorňující množství tepla, které je třeba předat 1 kg látky odebrané při bodu varu, aby se převedla z kapalného do plynného skupenství. Měrné teplo vypařování se měří v J/kg.
Var je proces odpařování v kapalině (přechod látky z kapalného do plynného stavu), s výskytem hranic fázového oddělení. Bod varu při atmosférický tlak se obvykle udává jako jedna z hlavních fyzikálně-chemických charakteristik chemicky čisté látky.
Var je fázový přechod prvního řádu. K varu dochází mnohem intenzivněji než k vypařování z povrchu, a to v důsledku tvorby center odpařování, daných jak dosaženou teplotou varu, tak přítomností nečistot.
Proces tvorby bublin lze ovlivnit tlakem, zvukové vlny, ionizace. Zejména na principu varu mikroobjemů kapaliny z ionizace při průchodu nabitých částic funguje bublinková komora.
Obrázek 12 - Vroucí voda
Množství tepla při varu, odpařování kapaliny a kondenzaci páry: Q=mL
Aby se pevná látka roztavila, musí se zahřát. A při zahřívání jakéhokoli těla je zaznamenána jedna zvláštní vlastnost
Zvláštností je toto: tělesná teplota stoupá až k bodu tání a pak se zastaví, dokud celé tělo nepřejde do kapalného stavu. Po roztavení začne teplota opět stoupat, pokud se ovšem v zahřívání pokračuje. To znamená, že existuje určitý časový úsek, během kterého tělo zahříváme, ale ono se nezahřívá. Kam mizí tepelná energie, kterou vydáváme? Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme se podívat dovnitř těla.
V pevné látce jsou molekuly uspořádány v určitém pořadí ve formě krystalů. Prakticky se nepohybují, pouze mírně kmitají na místě. Aby látka přešla do kapalného stavu, je třeba molekulám dodat další energii, aby mohly uniknout přitažlivosti sousedních molekul v krystalech. Zahříváním těla dodáváme molekulám tuto potřebnou energii. A dokud všechny molekuly nedostanou dostatek energie a nezničí se všechny krystaly, tělesná teplota se nezvýší. Experimenty ukazují, že různé látky stejné hmotnosti vyžadují různé množství tepla, aby se úplně roztavily.
To znamená, že existuje určitá hodnota, na které to závisí kolik tepla musí látka absorbovat, aby se roztavila?. A tato hodnota je pro různé látky různá. Tato veličina se ve fyzice nazývá měrné skupenské teplo tání látky. Opět, jako výsledek experimentů, byly hodnoty měrného tepla tání pro různé látky stanoveny a shromážděny ve speciálních tabulkách, ze kterých lze tyto informace získat. Měrné teplo tání se označuje řeckým písmenem λ (lambda) a měrnou jednotkou je 1 J/kg.
Vzorec pro specifické teplo tání
Specifické teplo tání se zjistí podle vzorce:
kde Q je množství tepla potřebného k roztavení tělesa o hmotnosti m.
Z experimentů je opět známo, že když látky tuhnou, uvolňují stejné množství tepla, jaké bylo potřeba k jejich roztavení. Molekuly, které ztrácejí energii, tvoří krystaly a nejsou schopny odolat přitažlivosti jiných molekul. A opět se tělesná teplota nesníží, dokud celé těleso neztvrdne a dokud se neuvolní veškerá energie, která byla vynaložena na jeho tání. To znamená, že specifické teplo tání ukazuje, kolik energie je třeba vynaložit na roztavení tělesa o hmotnosti m, a kolik energie se uvolní, když dané těleso ztuhne.
Například měrné skupenské teplo tání vody v pevném stavu, to znamená měrné skupenské teplo tání ledu, je 3,4 x 105 J/kg. Tyto údaje umožňují vypočítat, kolik energie je potřeba k roztavení ledu jakékoli hmotnosti. Znáte-li také specifickou tepelnou kapacitu ledu a vody, můžete přesně vypočítat, kolik energie je potřeba pro konkrétní proces, například roztátí ledu o hmotnosti 2 kg a teplotě - 30˚C a přivedení výsledné vody k varu. Takové informace pro různé látky jsou v průmyslu velmi potřebné pro výpočet skutečných energetických nákladů při výrobě jakéhokoli zboží.
ABSTRAKTNÍ
"Tající těla"
Provedeno:
Prysyazhnyuk Olga 9-A
Kontrolovány:
Nevzorová Taťána Igorevna
Úvod
1) Výpočet množství tepla
2) Tání
3) Měrné teplo tání
4) Tavení kovů
5) Body tání a varu vody
6) Taje
7) Zajímavosti o tání
Závěr (závěry)
Seznam použité literatury
Úvod
Agregátní stav je stav hmoty charakterizovaný určitými kvalitativními vlastnostmi: schopností nebo neschopností udržet objem a tvar, přítomností nebo nepřítomností řádu na dlouhé a krátké vzdálenosti a další. Změna stavu agregace může být doprovázena náhlou změnou volné energie, entropie, hustoty a dalších základních fyzikálních vlastností.
Existují tři hlavní stavy agregace: pevná látka, kapalina a plyn. Někdy není zcela správné klasifikovat plazmu jako stav agregace. Existují další stavy agregace, například tekuté krystaly nebo Bose-Einsteinův kondenzát.
Změny stavu agregace jsou termodynamické procesy nazývané fázové přechody. Rozlišují se následující odrůdy: od pevné po kapalnou - tající; z kapalného na plynné - odpařování a var; z pevného na plynný - sublimace; z plynného na kapalný nebo pevný - kondenzace. Výrazná vlastnost je nepřítomnost ostré hranice přechodu do plazmatického stavu.
Pro popis různé podmínky ve fyzice se používá širší pojetí termodynamické fáze. Jevy, které popisují přechody z jedné fáze do druhé, se nazývají kritické jevy.
Solid: Stav charakterizovaný schopností zachovat objem a tvar. Atomy pevné látky podléhají pouze malým vibracím kolem rovnovážného stavu. Existuje řád jak na dlouhé, tak na krátké vzdálenosti.
Kapalina: Stav hmoty, ve kterém má nízkou stlačitelnost, to znamená, že dobře zachovává objem, ale není schopen udržet tvar. Kapalina snadno zaujme tvar nádoby, ve které je umístěna. Atomy nebo molekuly kapaliny vibrují v blízkosti rovnovážného stavu, uzamčeny jinými atomy a často přeskakují na jiná volná místa. K dispozici je pouze objednávka krátkého dosahu.
Plyn: Stav charakterizovaný dobrou stlačitelností, postrádající schopnost zachovat objem i tvar. Plyn má tendenci zabírat celý objem, který je mu poskytnut. Atomy nebo molekuly plynu se chovají relativně volně, vzdálenosti mezi nimi jsou mnohem větší než jejich velikosti.
Další skupenství: Při hlubokém ochlazení se některé (ne všechny) látky transformují do supravodivého nebo supratekutého stavu. Tyto stavy jsou samozřejmě samostatné termodynamické fáze, ale jen stěží je lze nazvat novými agregovanými stavy hmoty kvůli jejich neuniverzálnosti. Heterogenní látky, jako jsou pasty, gely, suspenze, aerosoly atd., které za určitých podmínek vykazují vlastnosti jak pevných látek, tak kapalin a dokonce i plynů, jsou obvykle klasifikovány jako disperzní materiály, nikoli do konkrétních agregovaných stavů hmoty.
Tání
Rýže. 1. Skupenství čisté látky (diagram)
Rýže. 2. Teplota tání krystalického tělesa
Rýže. 3. Teplota tání alkalických kovů
Tání je přechod látky z krystalického (pevného) skupenství do kapalného; dochází při absorpci tepla (fázový přechod prvního řádu). Hlavními charakteristikami tání čistých látek jsou teplota tání (Tm) a teplo, které je nutné k uskutečnění procesu tání (teplo tání Qm).
teplota P. závisí na vnějším tlaku p; na stavovém diagramu čisté látky je tato závislost znázorněna křivkou tání (křivka koexistence pevné a kapalné fáze, AD nebo AD" na obr. 1). K tavení slitin a tuhých roztoků dochází zpravidla v teplotní rozsah (výjimkou je eutektika s konstantní Tm) Závislost teploty začátku a konce přechodu slitiny na jejím složení při daném tlaku je na stavových diagramech znázorněna speciálními čarami (křivky kapaliny a solidu, viz Obr. Duální systémy). U řady vysokomolekulárních sloučenin (například látek schopných tvořit kapalné krystaly) probíhá přechod z pevného krystalického stavu do izotropní kapaliny stupňovitě (v určitém teplotním rozmezí), každý stupeň charakterizuje určitý stupeň destrukce krystalické struktury.
Přítomnost určité teploty P. - důležité znamení správná krystalická struktura pevných látek. Touto vlastností je lze snadno odlišit od amorfních pevných látek, které nemají pevný bod tání. Amorfní pevné látky se postupně přeměňují do kapalného stavu a měknou se stoupající teplotou (viz amorfní stav). Wolfram má nejvyšší teplotu mezi čistými kovy (3410 °C), nejnižší má rtuť (-38,9 °C). Mezi zvláště žáruvzdorné sloučeniny patří: TiN (3200 °C), HfN (3580 °C), ZrC (3805 °C), TaC (4070 °C), HfC (4160 °C) atd. Zpravidla pro látky s vysokým Tmelt se vyznačuje vyššími hodnotami Qmelt. Nečistoty přítomné v krystalických látkách snižují jejich bod tání. Toho se v praxi využívá k výrobě slitin s nízkým bodem tání (viz např. Woodova slitina s bodem tání = 68 °C) a chladicích směsí.
P. začíná, když krystalická látka dosáhne Tm. Od začátku procesu až do jeho ukončení zůstává teplota látky konstantní a rovná se Tmelt, a to i přes předávání tepla látce (obr. 2). Zahřejte krystal na T > Tmel in normální podmínky selže (viz Přehřátí), přičemž při krystalizaci se poměrně snadno dosáhne výrazného podchlazení taveniny.
Charakter závislosti Tmel na tlaku p je určen směrem objemových změn (DVmel) při P. (viz Clapeyron-Clausiusova rovnice). Ve většině případů je uvolňování látek doprovázeno zvýšením jejich objemu (obvykle o několik procent). Pokud k tomu dojde, pak zvýšení tlaku vede ke zvýšení Tmelt (obr. 3). U některých látek (voda, řada kovů a metalidů, viz obr. 1) však dochází při P k poklesu objemu. Teplota P. těchto látek se zvyšujícím se tlakem klesá.
P. je doprovázena změnou fyzikálních vlastností látky: zvýšením entropie, což odráží nepořádek v krystalické struktuře látky; zvýšení tepelné kapacity, elektrický odpor[výjimkou jsou některé polokovy (Bi, Sb) a polovodiče (Ge), které mají v kapalném stavu vyšší elektrickou vodivost]. Smykový odpor při P. klesá téměř na nulu (příčný smykový odpor se v tavenině nemůže šířit elastické vlny, viz Kapalina), rychlost šíření zvuku (podélné vlny) atd. klesá.
Podle molekulárně kinetických konceptů se P. provádí následovně. Když je krystalickému tělesu dodáváno teplo, zvyšuje se vibrační energie (amplituda kmitání) jeho atomů, což vede ke zvýšení tělesné teploty a podporuje tvorbu různé druhy defekty (nevyplněné uzly krystalové mřížky - vakance; narušení periodicity mřížky atomy vloženými mezi jejími uzly apod., viz Defekty v krystalech). V molekulárních krystalech může dojít k částečnému neuspořádanosti vzájemné orientace molekulárních os, pokud molekuly nemají kulovitý tvar. Stupeň předtavení charakterizuje postupný nárůst počtu defektů a jejich asociace. Po dosažení Tm se v krystalu vytvoří kritická koncentrace defektů a začne paralýza – krystalová mřížka se rozpadne do snadno pohyblivých submikroskopických oblastí. Teplo dodané při P. se nevyužívá k zahřátí tělesa, ale k rozbití meziatomových vazeb a zničení dalekonosného řádu v krystalech (viz Long-range order a short-range order). V samotných submikroskopických oblastech se krátkodosahové uspořádání v uspořádání atomů během transformace výrazně nemění (koordinační číslo taveniny při Tm ve většině případů zůstává stejné jako u krystalu). To vysvětluje nižší hodnoty tepel tání Qpl ve srovnání s teply vypařování a relativně malou změnu v řadě fyzikálních vlastností látek během jejich vypařování.
Proces P. hraje důležitá role v přírodě (produkce sněhu a ledu na povrchu Země, produkce nerostů v jejích hloubkách atd.) a v technologii (výroba kovů a slitin, odlévání do forem atd.).
Měrné teplo tání
Měrné teplo tání (také: entalpie tání; existuje také ekvivalentní pojem měrné teplo krystalizace) - množství tepla, které musí být předáno jedné jednotce hmotnosti krystalické látky v rovnovážném izobaricko-izotermickém procesu, aby převést jej z pevného (krystalického) stavu do kapalného (stejné množství tepla uvolněného při krystalizaci látky). Teplo tání - speciální případ teplo fázového přechodu prvního řádu. Rozlišuje se měrné skupenské teplo tání (J/kg) a molární teplo (J/mol).
Měrné teplo tání je označeno písmenem (řecké písmeno lambda) Vzorec pro výpočet měrného tepla tání je:
kde je měrné teplo tání, je množství tepla přijatého látkou při tavení (nebo uvolněného při krystalizaci), je hmotnost tající (krystalizující) látky.
Tavení kovů
Při tavení kovů je třeba dodržovat známá pravidla. Předpokládejme, že budou tavit olovo a zinek. Olovo se rychle roztaví, má teplotu tání 327°; zinek zůstane pevný po dlouhou dobu, protože jeho bod tání je nad 419°. Co se stane vést při takovém přehřátí? Začne se pokrývat duhově zbarveným filmem a pak se jeho povrch skryje pod vrstvou nerozpouštějícího se prášku. Olovo shořelo přehřátím a oxidovalo, slučovalo se s kyslíkem ve vzduchu. Tento proces, jak známo, probíhá při běžných teplotách, ale při zahřátí probíhá mnohem rychleji. Takže v době, kdy se zinek začne tavit, zbude velmi málo olova. Ukáže se, že slitina bude mít zcela jiné složení, než se očekávalo, a velké množství olova se ztratí ve formě odpadu. Je jasné, že žáruvzdornější zinek se musí nejprve roztavit a pak se k němu musí přidat olovo. Totéž se stane, pokud legujete zinek s mědí nebo mosazí, přičemž nejprve zinek zahřejete. Zinek vyhoří, než se měď roztaví. To znamená, že kov s vyšším bodem tání musí být vždy roztaven jako první.
Ale to samo o sobě nemůže zabránit intoxikaci. Pokud je správně zahřátá slitina udržována v ohni po delší dobu, na povrchu tekutého kovu se opět vytvoří film v důsledku výparů. Je jasné, že tavitelnější kov se opět změní na oxid a složení slitiny se změní; To znamená, že se kov nemůže zbytečně dlouho přehřívat. Proto se snaží všemi možnými způsoby snížit plýtvání kovem tím, že jej položí do kompaktní hmoty; drobné kousky, piliny, hobliny se nejprve „balí“, kousky víceméně stejné velikosti se taví, zahřívají na dostatečnou teplotu a kovový povrch je chráněn před stykem se vzduchem. Za tímto účelem může mistr vzít borax nebo jednoduše pokrýt povrch kovu vrstvou popela, který bude vždy nahoře plavat (díky jeho menší specifická gravitace) a nebude bolet při lití kovu. Při tuhnutí kovu dochází k dalšímu jevu, pravděpodobně také známému mladým řemeslníkům. Jak kov tvrdne, zmenšuje svůj objem a k tomuto poklesu dochází vlivem vnitřních, ještě neztuhlých částic kovu. Na povrchu odlitku nebo uvnitř něj se vytvoří více či méně výrazná trychtýřovitá prohlubeň, tzv. smršťovací dutina. Forma je obvykle vyrobena tak, že se v těch místech odlitku vytvoří smršťovací dutiny, které se následně odstraňují a snaží se co nejvíce ochránit samotný výrobek. Je jasné, že smršťovací dutiny odlitek kazí a mohou ho někdy učinit nepoužitelným. Kov se po roztavení mírně přehřeje, takže je tenčí a žhavější a lépe tak vyplní detaily formy a předčasně nezmrzne při kontaktu s chladnější formou.
Vzhledem k tomu, že teplota tavení slitin je obvykle nižší než teplota tavení nejvíce žáruvzdorných kovů, které tvoří slitinu, je někdy výhodné postupovat opačně: nejprve roztavit snadněji tavitelný kov a poté žáruvzdornější. To je však přípustné pouze pro kovy, které příliš neoxidují, nebo pokud jsou tyto kovy chráněny před nadměrnou oxidací. Musíte vzít více kovu, než je potřeba pro věc samotnou, aby vyplnila nejen formu, ale i kanál vtokového kanálu. Je jasné, že nejprve musíte vypočítat potřebné množství kovu.
Body tání a varu vody
Nejúžasnější a nejprospěšnější vlastností vody pro živou přírodu je její schopnost být za „normálních“ podmínek kapalinou. Molekuly sloučenin velmi podobných vodě (například molekuly H2S nebo H2Se) jsou mnohem těžší, ale za stejných podmínek tvoří plyn. Zdá se tedy, že voda odporuje zákonům periodické tabulky, která, jak známo, předpovídá, kdy, kde a jaké vlastnosti látek budou blízké. V našem případě z tabulky vyplývá, že vlastnosti vodíkových sloučenin prvků (nazývaných hydridy) umístěných ve stejných vertikálních sloupcích by se měly monotónně měnit s rostoucí hmotností atomů. Kyslík je prvkem šesté skupiny této tabulky. Ve stejné skupině jsou síra S (s atomovou hmotností 32), selen Se (s atomovou hmotností 79), telur Te (s atomovou hmotností 128) a pollonium Po (s atomovou hmotností 209). Vlastnosti hydridů těchto prvků by se následně měly monotónně měnit při přechodu od těžkých prvků k lehčím, tzn. v posloupnosti H2Po → H2Te → H2Se → H2S → H2O. Což se stane, ale pouze s prvními čtyřmi hydridy. Například teploty varu a tání se zvyšují s rostoucí atomovou hmotností prvků. Křížky na obrázku označují teploty varu těchto hydridů a kroužky teploty tání.
Jak je vidět, s klesající atomovou hmotností klesají teploty zcela lineárně. Oblast existence kapalné fáze hydridů je stále „studenější“ a pokud by byl kyslíkový hydrid H2O normální sloučeninou, podobnou jeho sousedům v šesté skupině, pak by kapalná voda existovala v rozmezí od -80 °C do -95 ° C. Při více vysoké teploty H2O bude vždy plyn. Naštěstí pro nás a veškerý život na Zemi je voda anomální, nerozeznává periodické vzorce, ale řídí se svými vlastními zákony.
To se vysvětluje docela jednoduše – většina molekul vody je spojena vodíkovými můstky. Právě tyto vazby odlišují vodu od kapalných hydridů H2S, H2Se a H2Te. Pokud by tam nebyly, voda by se vařila už při minus 95 °C. Energie vodíkových vazeb je poměrně vysoká a mohou být rozbity pouze při mnohem vyšší teplotě. Dokonce i v plynném stavu si velké množství molekul H2O zachovává své vodíkové vazby, které se spojují za vzniku dimerů (H2O)2. Vodíkové vazby zcela zmizí až při teplotě vodní páry 600 °C.
Připomeňme, že var je, když se uvnitř vařící kapaliny tvoří bubliny páry. Při normálním tlaku čistá voda vře při 100 °C. Pokud je teplo přiváděno přes volnou hladinu, proces povrchového vypařování se urychlí, ale nedochází k objemovému vypařování charakteristickému pro var. Varu lze také dosáhnout snížením vnějšího tlaku, protože v tomto případě tlak par se rovná vnějšímu tlaku, je dosaženo při nižší teplotě.Nahoře je velmi vysoká hora tlak a tím i bod varu klesnou natolik, že se voda stane nevhodnou pro vaření jídla - není dosaženo požadované teploty vody. Když dost vysoký krevní tlak Voda se může zahřát natolik, aby se olovo roztavilo (327 °C), a přesto se nevařila.
Kromě extrémně vysokých teplot tání varu (a druhý proces vyžaduje teplo tání, které je pro tak jednoduchou kapalinu příliš vysoké), je anomální i samotný rozsah existence vody - sto stupňů, o které se tyto teploty liší, je poměrně velký rozsah pro kapalinu s nízkou molekulovou hmotností, jako je voda. Hranice přípustných hodnot pro podchlazení a přehřátí vody jsou neobvykle velké - při pečlivém zahřátí nebo ochlazení zůstává voda kapalná od -40 °C do +200 °C. To rozšiřuje teplotní rozsah, ve kterém může voda zůstat kapalná, na 240 °C.
Při zahřívání ledu se nejprve zvýší jeho teplota, ale od okamžiku, kdy se vytvoří směs vody a ledu, zůstane teplota nezměněna, dokud veškerý led neroztaje. To je vysvětleno skutečností, že teplo dodávané do tajícího ledu je primárně vynaloženo pouze na zničení krystalů. Teplota tajícího ledu zůstává nezměněna, dokud nejsou zničeny všechny krystaly (viz latentní teplo tání).
taje
Taveniny jsou kapalné roztavené skupenství látek při teplotách v určitých mezích vzdálených od kritického bodu tání a umístěných blíže bodu tání. Povaha tavenin je ze své podstaty určena typem chemických vazeb prvků v roztavené látce.
Taveniny se nacházejí široké uplatnění v hutnictví, sklářství a dalších oblastech techniky. Taveniny mají obvykle složité složení a obsahují různé vzájemně se ovlivňující složky (viz fázový diagram).
Jsou tam taveniny
1.Kov (Kovy (název pochází z latinského metallum - důl, důl) - skupina prvků s charakteristickými kovové vlastnosti jako je vysoká tepelná a elektrická vodivost, kladný teplotní koeficient odporu, vysoká tažnost a kovový lesk);
2. Iontové (Ion (starořec. ἰόν - jdoucí) - monoatomická nebo víceatomová elektricky nabitá částice vzniklá v důsledku ztráty nebo zisku jednoho nebo více elektronů atomem nebo molekulou. Ionizace (proces tvorby iontů) může vznikají při vysokých teplotách, pod vlivem elektrické pole);
3. Polovodiče s kovalentními vazbami mezi atomy (Polovodiče jsou materiály, které svou měrnou vodivostí zaujímají mezilehlé místo mezi vodiči a dielektrikem a od vodičů se liší silnou závislostí měrné vodivosti na koncentraci nečistot, teplotě popř. různé typy záření. Hlavní vlastností těchto materiálů je zvýšení elektrické vodivosti s rostoucí teplotou);
4.Organické taveniny s van der Waalsovými vazbami;
5. Vysokopolymerní (Polymery (řec. πολύ- - mnoho; μέρος - část) - anorganické a organické, amorfní a krystalické látky získané opakovaným opakováním různé skupiny atomy zvané „monomerní jednotky“ spojené do dlouhých makromolekul chemickými nebo koordinačními vazbami)
Taví podle typu chemické sloučeniny existují:
1. sůl;
2.Oxid;
3. Oxidokřemičitan (struska) atd.
Taveniny se speciálními vlastnostmi:
1.Eutektika
Zajímavá fakta o tání
Ledová zrna a hvězdy.
Přineste kousek čistý led do teplé místnosti a sledovat, jak taje. Poměrně rychle se ukáže, že led, který se zdál být monolitický a homogenní, se rozpadá na mnoho malých zrnek - jednotlivých krystalů. Jsou umístěny chaoticky v objemu ledu. Neméně zajímavý obrázek je vidět, když z povrchu taje led.
Přineste hladký kus ledu do lampy a počkejte, až začne tát. Jakmile tavení dosáhne vnitřních zrn, začnou se objevovat velmi jemné vzory. Silnou lupou vidíte, že mají tvar šestihranných sněhových vloček. Ve skutečnosti se jedná o rozmrzlé prohlubně naplněné vodou. Tvar a směr jejich paprsků odpovídá orientaci ledových monokrystalů. Tyto vzory se nazývají „Tyndale stars“ na počest anglického fyzika, který je objevil a popsal v roce 1855. „Tyndallovy hvězdy“, které vypadají jako sněhové vločky, jsou ve skutečnosti prohlubně na povrchu roztaveného ledu o velikosti asi 1,5 mm, naplněné vodou. V jejich středu jsou patrné vzduchové bubliny, které vznikly rozdílem objemů roztaveného ledu a roztáté vody.
VĚDĚL JSI?
Existuje kov, tzv. Woodova slitina, kterou lze snadno roztavit i v teplé vodě (+68 stupňů Celsia). Takže při míchání cukru ve sklenici se kovová lžička z této slitiny roztaví rychleji než cukr!
Nejvíce žáruvzdorná látka, karbid tantalu TaC0-88, taje při teplotě 3990°C.
V roce 1987 byli němečtí vědci schopni přechladit vodu na teplotu -700 C a udržet ji v kapalném stavu.
Někdy, aby sníh na chodnících rychleji roztál, se posypou solí. K tání ledu dochází, protože ve vodě vzniká roztok soli, jehož bod tuhnutí je nižší než teplota vzduchu. Řešení prostě stéká z chodníku.
Zajímavé je, že vaše nohy jsou chladnější na mokrém chodníku, protože teplota roztoku soli a vody je nižší než teplota čistého sněhu.
Pokud nalijete čaj z konvičky do dvou hrnků: s cukrem a bez cukru, pak bude čaj v hrnku s cukrem studenější, protože energie se spotřebuje i na rozpuštění cukru (na zničení jeho krystalové mřížky).
Při velkých mrazech se kluziště zalévá, aby se obnovila hladkost ledu. horká voda.. Horká vodařídce taje horní vrstva led, nezmrzne tak rychle, má čas se rozprostřít a povrch ledu se ukáže jako velmi hladký.
Závěr (závěry)
Tání je přechod látky z pevného do kapalného stavu.
Při zahřívání se teplota látky zvyšuje a rychlost tepelného pohybu částic se zvyšuje, zatímco vnitřní energie těla se zvyšuje.
Když teplota pevné látky dosáhne bodu tání, krystalová mřížka pevné látky se začne hroutit. Hlavní část energie ohřívače vedená k pevnému tělesu tedy směřuje ke snížení vazeb mezi částicemi látky, tj. ke zničení krystalové mřížky. Současně se zvyšuje energie interakce mezi částicemi.
Roztavená látka má velkou rezervu vnitřní energie než v pevném stavu. Zbývající část tepla tání je vynaložena na vykonávání práce na změně objemu tělesa při jeho tání.
Při tavení se objem většiny krystalických těles zvětšuje (o 3-6 %) a při tuhnutí se zmenšuje. Existují však látky, jejichž objem se při tavení zmenšuje a při tuhnutí se zvětšuje. Patří mezi ně například voda a litina, křemík a některé další. . To je důvod, proč led plave na hladině vody a pevná litina plave ve vlastní tavenině.
Pevné látky, nazývané amorfní (jantar, pryskyřice, sklo) nemají konkrétní bod tání.
Množství tepla potřebného k roztavení látky se rovná součinu měrného tepla tání a hmotnosti látky.
Měrné teplo tání ukazuje, kolik tepla je potřeba k úplné přeměně 1 kg látky z pevné látky na kapalnou při rychlosti tání.
Jednotka SI měrného tepla tání je 1J/kg.
Během procesu tavení zůstává teplota krystalu konstantní. Tato teplota se nazývá bod tání. Každá látka má svůj vlastní bod tání.
Teplota tání pro danou látku závisí na atmosférickém tlaku.
Seznam použité literatury
1) Údaje z elektronické bezplatné encyklopedie "Wikpedia"
http://ru.wikipedia.org/wiki/Main_page
2) Web „Super fyzika pro zvědavce“ http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm
3) Web" Fyzikální vlastnosti voda"
http://all-about-water.ru/boiling-temperature.php
4) Web "Kovy a struktury"
http://metaloconstruction.ru/osnovy-plavleniya-metallov/
