Влажность воздуха. Характеристика жидкого состояния вещества. Характеристика твердого состояния вещества. Плавление и кристаллизация, страница 25

Если жидкая фаза будет отдавать свою энергию окружающим телам, то все описанные процессы повторятся в обратном порядке

На рисунке 35 показаны графики изменения температуры вещества при плавлении и отвердевании. Отрезок Q_T (рисунок 35а) выражает количество   теплоты,   полученное  веществом   при   нагревании   в твердом состоянии (от T₁ до Т_пл), отрезок. Q_пл - при плавлении и отрезок Q_ж- при нагревании в жидком состоянии. Отрезок Q _ж ( рисунок 35,   (б)   выражает  количество   теплоты,   отданной   веществом   при охлаждении в жидком состоянии ( от T₁ до Т_отв), отрезок Q_отв - при отвердевании и отрезок Q _т - при охлаждении в твердом состоянии. Опыт  показывает,  что   плавление  и  отвердевание  определенного вещества     происходит     при     одинаковой     температуре,     не изменяющейся, пока совместно  существуют  твердая и жидкая фазы вещества. Эта температура называется температурой плавления.Отметим, что при плавлении и отвердевании вещества всегда существует резкая граница между твердой и жидкой фазами. 

Как показывает опыт, у аморфных веществ, процессов плавления и отвердевания не наблюдается. При нагревании они постепенно размягчаются, а при охлаждении постепенно густеют. Температура аморфных веществ в указанных случаях непрерывно изменяется, а границы между твердой и жидкой фазами не существует, так как вся их масса имеет однородный вид.

Итак, плавление и кристаллизацию можно наблюдать только у кристаллических тел.

Удельная теплота плавления.

Изучение процессов плавления и отвердевания показало, что изменение внутренней энергии вещества при этих процессах прямо пропорционально его массе т. Поскольку изменение энергии в таких случаях выражают количеством теплоты плавления, Q_пл имеем

Q_пл= λm                 (1)

Теплота плавления Q_пл зависит также от рода вещества и внешних условии. Эта зависимость выражается коэффициентом  пропорциональности λ. Величина λ, характеризующая зависимость изменения, внутренней энергии вещества в процессе его плавления или отвердевания от рода вещества и внешних условий, называется удельной теплотой плавления. Удельная теплота плавления вещества измеряется количеством теплоты, необходимым для плавления единицы массы этого вещества, взятого при температуре плавления:

λ = Q_пл/m(1а)

Определим единицу удельной теплоты плавления λ в СИ:
 λ = 1 Дж/1 кг = 1 Дж/кг,

В СИ за единицу λпринимают такую удельную теплоту плавления, при которой для плавления массы в 1 кг при неизменной температуре затрачивается 1 Дж энергии.

Удельную теплоту плавления определяют опытным путем и при расчетах берут из таблиц.

Изменение объема и плотности вещества при плавлении и отвердевании.

При плавлении происходит переход от упорядоченного расположения частиц в решетке твердого тела к их беспорядочному расположению) в жидкости; поэтому можно ожидать, что при плавлении и отвердевании вещества будет происходить заметное изменение его объема. Опыт подтверждает это предположение. Например, при: затвердевании расплавленного в пробирке нафталина в нем образуется углубление.

Оказывается, что у огромного большинства веществ объем при плавлении увеличивается, а при отвердевании уменьшается. Очевидно, при этом изменяется и плотность этих веществ: при плавлении плотность уменьшается, а при отвердевании увеличивается. Это легко подтвердить опытами. Например, кристаллики твердого нафталина тонут в расплавленном нафталине. Проделав такого рода опыт с висмутом, мы убедимся в том, что твердый висмут плавает в жидком висмуте. Лед также плавает в воде. Некоторые вещества, например висмут, лед, галлий, германий, кремний, чугун, при плавлении сжимаются, а при отвердевании расширяются. Эти отклонения от общих правил объясняются особенностями строения кристаллических решеток этих веществ. Так, кристаллическая решетка германия и кремния (решетка типа алмаза) отличается невысокой плотностью упаковки атомов, и при плавлении эти вещества уменьшаются в объеме.