7. Pagtunaw at pagkikristal (§ 12-14)
1. Pag-aralan ang materyal na pang-edukasyon
Pinagsama-samang estado ng bagay
Pagtunaw at pagkikristal
2. Subukan ang iyong sarili. Mga pagsubok sa "Aggregative states of matter", "Pagtunaw at solidification"
3. Sagutin ang mga tanong:
1. Paano nagbabago ang bilis ng mga molekula at ang mga puwang sa pagitan ng mga ito sa panahon ng proseso ng pagtunaw at solidification? Aling proseso ang sinamahan ng pagtaas at alin sa pagbaba ng panloob na enerhiya ng katawan?
2. Ano ang mangyayari sa yelo sa zero na temperatura kung ito ay inilagay sa tubig na may parehong temperatura?
3. Ano ang higit na magpapababa sa temperatura ng maligamgam na tubig: isang piraso ng yelo o ang parehong dami ng tubig sa zero na temperatura?
4. Gamit ang talahanayang "Melting Point", alamin: kung anong estado ang tin sa temperatura na 230°C; bakal sa temperatura na 1503°C; nitrogen sa temperatura na -215°C?
5. Gamit ang graph, sagutin ang mga tanong:
Ano ang paunang temperatura ng katawan?
- Sa anong punto ng oras nagsimula ang pagkatunaw ng katawan?
- Anong sangkap ang naganap sa mga thermal process?
- anong estado ang katawan sa loob ng 3 minuto pagkatapos ng pagsisimula ng pag-init?
- Gaano katagal bago matunaw ang katawan?
- anong estado ang katawan sa loob ng 8 minuto pagkatapos ng pagsisimula ng pag-init?
6. Bumuo ng graph ng mga thermal na proseso na nagaganap sa katawan:
tubig: 80°C —› - 10°C
Kung ang yelo ay inilagay sa isang lalagyan at inilagay sa ibabaw ng nasusunog na burner, ang lalagyan ay mag-iinit at ang yelo ay magsisimulang matunaw. Gayunpaman, hanggang sa matunaw ang lahat ng yelo, ang temperatura ng tubig ay hindi tataas sa 0°C (32°F), gaano man kainit ang kalan. Nangyayari ito dahil sa ang katunayan na ang lahat ng init na ibinibigay sa yelo ay ginagamit upang madaig ang mga pisikal na puwersa na nagbubuklod sa mga molekula nito.
Sa yelo, ang mga molekula ng tubig ay pinagsasama-sama ng mga intermolecular na bono na nabuo sa pagitan ng hydrogen atom (ipinapakita sa asul) ng isang molekula at ng oxygen atom (ipinapakita sa pula) ng isa. Ang nagresultang hexagonal na istraktura ng kristal ay may medyo mataas na lakas. Sa 0 ° C, ang mga molekula ay gumagalaw nang napakabilis na ang mga bono ay humina. Ang ilan sa mga intermolecular bond ay nasira, na nagpapahintulot sa mga molekula ng tubig na umalis sa yelo upang bumuo ng likido. Ang prosesong ito ay tinatawag na phase transition (nagbabago ang tubig mula sa solid tungo sa liquid phase), at ang temperatura kung saan ito nangyayari ay tinatawag na melting point.
Upang masira ang mga bono na nagpapahintulot sa tubig na manatili sa isang solidong estado, kinakailangan ang enerhiya, at sa napakalaking dami, kaya ang lahat ng init na nabuo ng burner ay napupunta sa pagsira sa mga bono na ito, at hindi sa pagtaas ng temperatura ng yelo. Ang init na kinakailangan upang makumpleto ang pagbabagong bahagi ng phase na inilarawan sa itaas ay tinatawag na latent heat ng fusion o phase change heat, dahil ang init na ito ay hindi nagdudulot ng pagtaas ng temperatura. Pagkatapos lamang maputol ang mga huling bono at matunaw ang lahat ng yelo, magsisimulang tumaas ang temperatura ng tubig at maging higit sa 0°C.
Paano natutunaw ang yelo?
- Sa yelo, ang mga molekula ng tubig ay gumagalaw nang napakabagal na palagi silang nananatiling konektado sa isa't isa, na bumubuo ng isang solid. Kapag inilapat ang init sa yelo (ipinapakita bilang mga dilaw na bola sa larawan sa kanan), ang mga molekula ng tubig ay nakakakuha ng karagdagang enerhiya at gumagalaw nang mas mabilis, ngunit nakagapos pa rin bilang yelo.
- Kung magpapatuloy ang supply ng init, ang mga molekula ng tubig sa ibabaw ng yelo ay nagpapataas ng bilis ng kanilang mga paggalaw ng panginginig ng boses, na sinisira ang mga intermolecular bond na dating humawak sa kanila sa lugar. Ang mga molekulang ito ay umaalis sa yelo at bumubuo ng likidong bahagi ng tubig. Ang karagdagang supply ng init ay humahantong sa pagkasira ng natitirang intermolecular bond at ang unti-unting pagkatunaw ng yelo.
- Ang patuloy na pagdaragdag ng init sa kalaunan ay nagbibigay sa huling mga molekula ng tubig na nagyelo ng sapat na enerhiya upang madaig ang mga intermolecular na bono na humawak sa kanila bilang yelo. Ang lahat ng tubig ay naging likido na ngayon.
Yelo, tubig at temperatura
Kapag ang init ay ibinibigay sa yelo (larawan sa kaliwa), ang temperatura nito ay unang tumataas. Gayunpaman, sa 0°C (32°F), humihinto ang pagtaas ng temperatura at magkakaroon ng phase transition: nagsisimulang matunaw ang yelo. Tulad ng ipinapakita ng asul na curve sa graph, ang karagdagang init na input ay humahantong sa karagdagang pagtunaw ng yelo nang hindi tumataas ang temperatura ng tubig. Pagkatapos lamang na ang lahat ng yelo ay naging likidong estado (ang figure sa itaas ng teksto) ang karagdagang supply ng init ay humahantong sa isang pagtaas sa temperatura ng tubig.
Ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang solidong mala-kristal na estado sa isang likido ay tinatawag natutunaw. Upang matunaw ang isang solidong mala-kristal na katawan, dapat itong pinainit sa isang tiyak na temperatura, iyon ay, ang init ay dapat ibigay.Ang temperatura kung saan natutunaw ang isang sangkap ay tinatawagnatutunaw na punto ng sangkap.
Ang baligtad na proseso—ang paglipat mula sa isang likido patungo sa isang solidong estado—ay nagaganap kapag bumababa ang temperatura, ibig sabihin, ang init ay inalis. Ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang likido patungo sa isang solidong estado ay tinatawagpagpapatigas , o kristalliisasyon . Ang temperatura kung saan nag-kristal ang isang sangkap ay tinatawagtemperatura ng kristaltions .
Ipinapakita ng karanasan na ang anumang sangkap ay nag-crystallize at natutunaw sa parehong temperatura.
Ang figure ay nagpapakita ng isang graph ng temperatura ng isang mala-kristal na katawan (yelo) kumpara sa oras ng pag-init (mula sa punto A sa punto D) at oras ng paglamig (mula sa punto D sa punto K). Ipinapakita nito ang oras sa pahalang na axis, at temperatura sa kahabaan ng vertical axis.
Ipinapakita ng graph na ang pagmamasid sa proseso ay nagsimula mula sa sandaling ang temperatura ng yelo ay -40 °C, o, gaya ng sinasabi nila, ang temperatura sa unang sandali ng oras. tsimula= -40 ° С (punto A sa graph). Sa karagdagang pag-init, ang temperatura ng yelo ay tumataas (sa graph ito ang seksyon AB). Ang temperatura ay tumataas sa 0 °C - ang temperatura ng pagkatunaw ng yelo. Sa 0°C, nagsisimulang matunaw ang yelo at humihinto ang pagtaas ng temperatura nito. Sa buong panahon ng pagkatunaw (ibig sabihin, hanggang sa matunaw ang lahat ng yelo), ang temperatura ng yelo ay hindi nagbabago, kahit na ang burner ay patuloy na nasusunog at ang init ay, samakatuwid, ay ibinibigay. Ang proseso ng pagtunaw ay tumutugma sa pahalang na seksyon ng graph Araw . Pagkatapos lamang matunaw ang lahat ng yelo at maging tubig, magsisimulang tumaas muli ang temperatura (seksyon CD). Matapos ang temperatura ng tubig ay umabot sa +40 °C, ang burner ay pinapatay at ang tubig ay nagsisimulang lumamig, ibig sabihin, ang init ay inalis (upang gawin ito, maaari kang maglagay ng isang sisidlan na may tubig sa isa pa, mas malaking sisidlan na may yelo). Nagsisimulang bumaba ang temperatura ng tubig (seksyon DE). Kapag ang temperatura ay umabot sa 0 °C, ang temperatura ng tubig ay hihinto sa pagbaba, sa kabila ng katotohanan na ang init ay inalis pa rin. Ito ang proseso ng pagkikristal ng tubig - pagbuo ng yelo (pahalang na seksyon EF). Hanggang ang lahat ng tubig ay nagiging yelo, hindi magbabago ang temperatura. Pagkatapos lamang nito nagsisimulang bumaba ang temperatura ng yelo (seksyon FK).
Ang hitsura ng itinuturing na graph ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod. Naka-on ang lokasyon AB Dahil sa ibinibigay na init, tumataas ang average na kinetic energy ng mga molekula ng yelo, at tumataas ang temperatura nito. Naka-on ang lokasyon Araw ang lahat ng enerhiya na natanggap ng mga nilalaman ng prasko ay ginugol sa pagkasira ng ice crystal lattice: ang iniutos na spatial na pag-aayos ng mga molekula nito ay pinalitan ng isang hindi maayos, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay nagbabago, i.e. Ang mga molekula ay muling inayos sa paraang ang sangkap ay nagiging likido. Ang average na kinetic energy ng mga molekula ay hindi nagbabago, kaya ang temperatura ay nananatiling hindi nagbabago. Karagdagang pagtaas sa temperatura ng nilusaw na tubig na yelo (sa lugar CD) ay nangangahulugan ng pagtaas sa kinetic energy ng mga molekula ng tubig dahil sa init na ibinibigay ng burner.
Kapag nagpapalamig ng tubig (seksyon DE) bahagi ng enerhiya ay inalis mula dito, ang mga molekula ng tubig ay gumagalaw sa mas mababang bilis, ang kanilang average na kinetic energy ay bumababa - ang temperatura ay bumababa, ang tubig ay lumalamig. Sa 0°C (pahalang na seksyon EF) ang mga molekula ay nagsisimulang pumila sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod, na bumubuo ng isang kristal na sala-sala. Hanggang sa makumpleto ang prosesong ito, ang temperatura ng sangkap ay hindi magbabago, sa kabila ng pag-alis ng init, na nangangahulugan na kapag nagpapatigas, ang likido (tubig) ay naglalabas ng enerhiya. Ito ang eksaktong enerhiya na hinihigop ng yelo, na nagiging likido (seksyon Araw). Ang panloob na enerhiya ng isang likido ay mas malaki kaysa sa isang solid. Sa panahon ng pagkatunaw (at pagkikristal), ang panloob na enerhiya ng katawan ay biglang nagbabago.
Tinatawag ang mga metal na natutunaw sa temperaturang higit sa 1650 ºС matigas ang ulo(titanium, chromium, molibdenum, atbp.). Ang Tungsten ay may pinakamataas na punto ng pagkatunaw sa kanila - mga 3400 ° C. Ang mga refractory metal at ang kanilang mga compound ay ginagamit bilang mga materyales na lumalaban sa init sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid, rocketry at space technology, at nuclear energy.
Muli nating bigyang-diin na kapag natutunaw, ang isang sangkap ay sumisipsip ng enerhiya. Sa panahon ng pagkikristal, sa kabaligtaran, inilalabas ito sa kapaligiran. Ang pagtanggap ng isang tiyak na dami ng init na inilabas sa panahon ng pagkikristal, ang daluyan ay umiinit. Ito ay kilala sa maraming mga ibon. Hindi nakakagulat na makikita sila sa taglamig sa malamig na panahon na nakaupo sa yelo na sumasakop sa mga ilog at lawa. Dahil sa paglabas ng enerhiya kapag nabubuo ang yelo, ang hangin sa itaas nito ay ilang degree na mas mainit kaysa sa mga puno sa kagubatan, at sinasamantala ito ng mga ibon.
Pagtunaw ng mga amorphous na sangkap.
Availability ng isang tiyak mga punto ng pagkatunaw- Ito ay isang mahalagang katangian ng mga crystalline substance. Ito ay sa pamamagitan ng tampok na ito na madali silang makilala mula sa mga amorphous na katawan, na inuri din bilang mga solido. Kabilang dito, sa partikular, ang salamin, napakalapot na resin, at mga plastik.
Mga amorphous na sangkap(hindi tulad ng mga mala-kristal) ay walang tiyak na punto ng pagkatunaw - hindi sila natutunaw, ngunit lumalambot. Kapag pinainit, ang isang piraso ng salamin, halimbawa, ay unang nagiging malambot mula sa matigas, madali itong baluktot o maiunat; sa isang mas mataas na temperatura, ang piraso ay nagsisimulang baguhin ang hugis nito sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong gravity. Habang umiinit, ang makapal na malapot na masa ay kumukuha ng hugis ng sisidlan kung saan ito nakahiga. Ang masa na ito ay unang makapal, tulad ng pulot, pagkatapos ay tulad ng kulay-gatas, at sa wakas ay nagiging halos kaparehong mababang lagkit na likido gaya ng tubig. Gayunpaman, imposibleng ipahiwatig ang isang tiyak na temperatura ng paglipat ng isang solid sa isang likido dito, dahil wala ito.
Ang mga dahilan para dito ay nakasalalay sa pangunahing pagkakaiba sa istraktura ng mga amorphous na katawan mula sa istraktura ng mga mala-kristal. Ang mga atomo sa amorphous na katawan ay random na nakaayos. Ang mga amorphous na katawan ay kahawig ng mga likido sa kanilang istraktura. Nasa solidong salamin na, ang mga atomo ay random na nakaayos. Nangangahulugan ito na ang pagtaas ng temperatura ng salamin ay nagdaragdag lamang sa hanay ng mga vibrations ng mga molekula nito, na nagbibigay sa kanila ng unti-unting mas malaki at higit na kalayaan sa paggalaw. Samakatuwid, ang salamin ay unti-unting lumalambot at hindi nagpapakita ng isang matalim na "solid-liquid" na paglipat, na katangian ng paglipat mula sa pag-aayos ng mga molekula sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod sa isang hindi maayos.
Init ng pagsasanib.
Init ng Pagkatunaw- ito ang dami ng init na dapat ibigay sa isang sangkap sa pare-pareho ang presyon at pare-pareho ang temperatura na katumbas ng punto ng pagkatunaw upang ganap itong mabago mula sa isang solidong mala-kristal na estado tungo sa isang likido. Ang init ng pagsasanib ay katumbas ng dami ng init na inilabas sa panahon ng pagkikristal ng isang sangkap mula sa likidong estado. Sa panahon ng pagtunaw, ang lahat ng init na ibinibigay sa isang sangkap ay napupunta upang mapataas ang potensyal na enerhiya ng mga molekula nito. Ang kinetic energy ay hindi nagbabago dahil ang pagkatunaw ay nangyayari sa isang pare-parehong temperatura.
Sa pamamagitan ng eksperimento na pag-aaral sa pagtunaw ng iba't ibang mga sangkap ng parehong masa, mapapansin ng isa na ang iba't ibang halaga ng init ay kinakailangan upang mabago ang mga ito sa likido. Halimbawa, upang matunaw ang isang kilo ng yelo, kailangan mong gumastos ng 332 J ng enerhiya, at upang matunaw ang 1 kg ng tingga - 25 kJ.
Ang dami ng init na inilabas ng katawan ay itinuturing na negatibo. Samakatuwid, kapag kinakalkula ang dami ng init na inilabas sa panahon ng pagkikristal ng isang sangkap na may masa m, dapat mong gamitin ang parehong formula, ngunit may minus sign:
Init ng pagkasunog.
Init ng pagkasunog(o calorific value, nilalaman ng calorie) ay ang dami ng init na inilabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng gasolina.
Upang magpainit ng mga katawan, ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng gasolina ay kadalasang ginagamit. Ang maginoo na gasolina (karbon, langis, gasolina) ay naglalaman ng carbon. Sa panahon ng pagkasunog, ang mga atomo ng carbon ay pinagsama sa mga atomo ng oxygen sa hangin upang bumuo ng mga molekula ng carbon dioxide. Ang kinetic energy ng mga molekulang ito ay lumalabas na mas malaki kaysa sa orihinal na mga particle. Ang pagtaas ng kinetic energy ng mga molecule sa panahon ng combustion ay tinatawag na energy release. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng gasolina ay ang init ng pagkasunog ng gasolina na ito.
Ang init ng pagkasunog ng gasolina ay depende sa uri ng gasolina at masa nito. Kung mas malaki ang masa ng gasolina, mas malaki ang dami ng init na inilabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog nito.
Ang pisikal na dami na nagpapakita kung gaano karaming init ang inilalabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng gasolina na tumitimbang ng 1 kg ay tinatawag tiyak na init ng pagkasunog ng gasolina.Ang tiyak na init ng pagkasunog ay itinalaga ng titikqat sinusukat sa joules bawat kilo (J/kg).
Dami ng init Q inilabas sa panahon ng pagkasunog m Ang kg ng gasolina ay tinutukoy ng formula:
Upang mahanap ang dami ng init na inilabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng isang gasolina ng isang di-makatwirang masa, ang tiyak na init ng pagkasunog ng gasolina na ito ay dapat na i-multiply sa masa nito.
Independiyenteng gawain sa pisika Pinagsama-samang estado ng bagay Pagtunaw at pagpapatigas ng mga mala-kristal na katawan para sa mga mag-aaral sa ika-8 baitang. Ang independiyenteng gawain ay binubuo ng 2 opsyon, bawat isa ay may 5 gawain.
1 opsyon
1. Paano nagbabago ang bilis ng mga molekula at ang mga puwang sa pagitan ng mga ito sa panahon ng proseso ng pagtunaw at solidification? Aling proseso ang sinamahan ng pagtaas at alin sa pagbaba ng panloob na enerhiya?
2. Ano ang mangyayari sa yelo sa zero na temperatura kung ito ay inilagay sa tubig na may parehong temperatura?
3. Ano ang higit na magpapababa sa temperatura ng maligamgam na tubig: isang piraso ng yelo o ang parehong dami ng tubig sa zero na temperatura?
4. Sa taglagas, ang tubig ay naiwan sa mga tubo, at sa tagsibol ay lumabas na ang mga tubo ay sumabog. Bakit?
5. Minsan lumilitaw ang mga chip at bituin sa windshield ng isang kotse. Ang dahilan nito ay ang epekto ng mga bato mula sa mga sasakyan sa harap. Bakit kailangang alisin ang mga depekto sa salamin bago ang unang hamog na nagyelo?
Opsyon 2
1. Ang lata ay inililipat mula sa isang estado ng pagsasama-sama patungo sa isa pa. Ito ba ay naging solid o natunaw kung ito ay kilala na nadagdagan ang panloob na enerhiya nito?
2. Sa anong kaso ang tubig ay uminit sa isang mas mataas na temperatura: kung ang likidong lata ay ibinuhos dito sa temperatura ng solidification o solid na lata ay itinapon dito sa temperatura ng pagkatunaw?
3. Bakit ang isang malaking sisidlan na may tubig na inilagay sa cellar ay nagliligtas ng mga gulay mula sa unang hamog na nagyelo?
4. Minsan ang mga bote ng tubig ay naiwan sa crack ng freezer. Bakit?
5. Saan at kailan nabubuo ang mga icicle?
Mga sagot sa independiyenteng gawain sa pisika Pinagsama-samang estado ng bagay Pagtunaw at solidification ng mga mala-kristal na katawan
1 opsyon
1. Kapag natutunaw, ang bilis ng mga molekula ay tumataas kapag nagpapatigas, sa kabaligtaran, ito ay bumababa. Kapag natutunaw, tumataas ang panloob na enerhiya, at kapag nagpapatigas, bumababa ito.
2. Tiyak na lulutang ang yelo sa tubig, dahil mas mababa ang density ng yelo kaysa sa density ng tubig, ngunit tiyak na hindi matutunaw ang yelo, dahil hindi ito makakatanggap ng init para sa pagkatunaw mula sa tubig, dahil imposible ang pagpapalitan ng init sa parehong temperatura.
3. Isang piraso ng yelo, dahil, bilang karagdagan sa pag-init, ang ilang init ay gugugol sa pagtunaw ng yelo.
4. Kapag nag-freeze ang tubig, lumalawak ito.
5. Dahil ang tubig ay papasok sa mga chips na ito at kapag nagyeyelo, ang dami ng yelo ay magiging mas malaki kaysa sa dami ng tubig at ang yelo ay patuloy na sisira sa baso, na nagdaragdag ng maliit na tilad at pumutok sa laki.
Opsyon 2
1. Natunaw ito dahil nadagdagan ang panloob na enerhiya. At ang hardening ay nailalarawan sa pamamagitan ng ang katunayan na ito ay naglalabas ng enerhiya na ito.
2. Kung magbubuhos ka ng likidong lata sa temperatura ng solidification.
3. Kung may biglang malamig na snap, ang tubig ay magyeyelo. Kapag nag-freeze ang tubig, naglalabas ng kaunting init.
4. Kapag nagyeyelo, ang dami ng tubig ay tumataas.
5. Nabubuo ang mga icicle kapag ang tubig mula sa isang lugar kung saan ang temperatura ay higit sa pagyeyelo ay mabagal na dumadaloy patungo sa kung saan ang temperatura ay mas mababa sa zero. Halimbawa: pinainit ng araw ang bubong at natutunaw ang niyebe dito.
