La ce temperatură se topește gheața? Cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi gheața. Topire și cristalizare

Pentru a topi o substanță solidă, aceasta trebuie încălzită.

Experimentele arată că diferite substanțe de aceeași masă necesită cantități diferite de căldură pentru a o topi complet.

Adică, există o anumită valoare de care depinde de câtă căldură trebuie să absoarbă o substanță pentru a se topi. Și această valoare este diferită pentru diferite substanțe. Această cantitate în fizică se numește căldură specifică de fuziune a unei substanțe. Căldura specifică de topire arată câtă căldură este necesară pentru a transforma complet 1 kg dintr-o substanță din solid în lichid, luată la punctul de topire măsurarea este de 1 J/kg.

Formula pentru căldura specifică de fuziune

Căldura specifică de fuziune se găsește prin formula:

λ = Q/m,

unde Q este cantitatea de căldură necesară pentru a topi un corp de masă m.

Cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță este egală cu produsul dintre căldura specifică de fuziune și masa substanței.

Q = λ*m,

Din nou, se știe din experimente că atunci când substanțele se solidifică, ele eliberează aceeași cantitate de căldură necesară pentru a le topi. Moleculele, pierzând energie, formează cristale, neputând rezista atracției altor molecule. Și din nou, temperatura corpului nu va scădea până când întregul corp nu se va întări și până când toată energia care a fost cheltuită la topirea lui nu va fi eliberată. Adică, căldura specifică de fuziune arată câtă energie trebuie consumată pentru a topi un corp de masă m și câtă energie va fi eliberată atunci când acest corp se va solidifica.

Căldura specifică de fuziune este cantitatea de căldură necesară pentru a topi un gram de substanță. Căldura specifică de fuziune se măsoară în jouli pe kilogram și se calculează ca coeficientul cantității de căldură împărțit la masa substanței care se topește.

Căldura specifică de fuziune pentru diferite substanțe

Substanțe diferite au călduri specifice de fuziune diferite.

Aluminiul este un metal de culoare argintie. Este ușor de prelucrat și este utilizat pe scară largă în tehnologie. Căldura sa specifică de fuziune este de 290 kJ/kg.

Fierul este, de asemenea, un metal, unul dintre cele mai comune de pe Pământ. Fierul este utilizat pe scară largă în industrie. Căldura sa specifică de fuziune este de 277 kJ/kg.

Aurul este un metal nobil. Este folosit în bijuterii, stomatologie și farmacologie. Căldura specifică de fuziune a aurului este de 66,2 kJ/kg.

Argint și platină - de asemenea metale pretioase. Ele sunt folosite la fabricare bijuterii, în tehnologie și medicină. Căldura specifică este de 101 kJ/kg, iar cea a argintului este de 105 kJ/kg.

Staniul este un metal gri cu punct de topire scăzut. Este utilizat pe scară largă în lipituri, pentru producția de tablă și în producția de bronz. Căldura specifică este de 60,7 kJ/kg.

Mercurul este un metal mobil care îngheață la -39 de grade. Este singurul metal care, în condiții normale, există în stare lichidă. Mercurul este folosit în metalurgie, medicină, tehnologie și industria chimică. Căldura sa specifică de fuziune este de 12 kJ/kg.

Gheața este faza solidă a apei. Căldura sa specifică de fuziune este de 335 kJ/kg.

naftalina - materie organică, asemănător în proprietăți chimice Cu . Se topește la 80 de grade și se aprinde spontan la 525 de grade. Naftalina este utilizată pe scară largă în industria chimică, farmaceutică, explozivi și coloranți. Căldura specifică de fuziune a naftalinei este de 151 kJ/kg.

Gazele metan și propan sunt folosite ca purtători de energie și servesc drept materii prime în industria chimică. Căldura specifică de fuziune a metanului este de 59 kJ/kg și - 79,9 kJ/kg.

În această lecție vom studia conceptul de „căldură specifică de fuziune”. Această valoare caracterizează cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg de substanță la punctul său de topire pentru ca aceasta să treacă de la starea solidă la starea lichidă (sau invers).

Vom studia formula pentru găsirea cantității de căldură care este necesară pentru a se topi (sau este eliberată în timpul cristalizării) unei substanțe.

Subiect: Stări agregate ale materiei

Lecția: Căldura specifică de topire

Această lecție este dedicată caracteristicii principale de topire (cristalizare) a unei substanțe - căldura specifică de fuziune.

În ultima lecție am atins întrebarea: cum se schimbă energia internă a unui corp în timpul topirii?

Am aflat că atunci când se adaugă căldură, energia internă a corpului crește. În același timp, știm că energia internă a unui corp poate fi caracterizată printr-un astfel de concept precum temperatura. După cum știm deja, temperatura nu se schimbă în timpul topirii. Prin urmare, poate apărea o suspiciune că avem de-a face cu un paradox: energia internă crește, dar temperatura nu se schimbă.

Explicația pentru acest fapt este destul de simplă: toată energia este cheltuită pentru distrugerea rețelei cristaline. Procesul invers este similar: în timpul cristalizării, moleculele unei substanțe sunt combinate într-un singur sistem, în timp ce excesul de energie este eliberat și absorbit de mediul extern.

În urma diferitelor experimente, a fost posibil să se stabilească că aceeași substanță necesită cantități diferite de căldură pentru a o transforma dintr-o stare solidă în stare lichidă.

Apoi s-a decis să se compare aceste cantități de căldură cu aceeași masă de substanță. Acest lucru a dus la apariția unei caracteristici precum căldura specifică de fuziune.

Definiţie

Căldura specifică de fuziune- cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg dintr-o substanță încălzită până la punctul de topire pentru a o transfera din stare solidă în stare lichidă.

Aceeași cantitate este eliberată în timpul cristalizării a 1 kg de substanță.

Este notat prin căldura specifică de fuziune (litera greacă, citită ca „lambda” sau „lambda”).

Unităţi de măsură: . În acest caz, nu există o temperatură în dimensiune, deoarece în timpul topirii (cristalizării) temperatura nu se modifică.

Pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru a topi o substanță, se utilizează formula:

Cantitatea de căldură (J);

Căldura specifică de fuziune (, care este căutată în tabel;

Masa substanței.

Când un corp se cristalizează, este scris cu semnul „-”, deoarece căldura este eliberată.

Un exemplu este căldura specifică de fuziune a gheții:

. Sau căldura specifică de topire a fierului:

.

Faptul că căldura specifică de fuziune a gheții s-a dovedit a fi mai mare decât căldura specifică de fuziune a fierului nu ar trebui să fie surprinzător. Cantitatea de căldură pe care o necesită o anumită substanță pentru topire depinde de caracteristicile substanței, în special de energia legăturilor dintre particulele acestei substanțe.

În această lecție ne-am uitat la conceptul de căldură specifică de fuziune.

În lecția următoare vom învăța cum să rezolvăm problemele care implică încălzirea și topirea corpurilor cristaline.

Referințe

1. Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Fizica 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Gutarda, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fizica 8. - M.: Educație.

1. Fizică, mecanică etc. ().
2. Fizica cool ().
3. Portalul de internet Kaf-fiz-1586.narod.ru ().

Teme pentru acasă

• Căldura specifică de fuziune (de asemenea: entalpia de fuziune; există și un concept echivalent căldură specifică de cristalizare) - cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei unități de masă a unei substanțe cristaline într-un proces izobar-izotermic de echilibru pentru a transferă-l dintr-o stare solidă (cristalină) într-un lichid (aceeași cantitate de căldură eliberată în timpul cristalizării unei substanțe).

  Unitate de măsură - J/kg. Căldura de fuziune este un caz special de căldură de tranziție de fază termodinamică.

Concepte înrudite

Volumul molar Vm este volumul unui mol dintr-o substanță (substanță simplă, compus chimic sau amestec) la o temperatură și presiune date; cantitate rezultată din împărțire masa molara M al unei substanțe prin densitatea sa ρ: astfel, Vm = M/ρ. Volumul molar caracterizează densitatea de împachetare a moleculelor dintr-o substanță dată. Pentru substanțe simple se foloseşte uneori termenul de volum atomic.

legile lui Raoult - nume comun legi cantitative descoperite de chimistul francez F. M. Raoult în 1887 care descriu unele proprietăți coligative (în funcție de concentrație, dar nu de natura soluției) ale soluțiilor.

Hidrogenul solid este o stare solidă de agregare a hidrogenului cu un punct de topire de -259,2 °C (14,16 K), densitate 0,08667 g/cm³ (la -262 °C). Masă albă asemănătoare zăpezii, cristale de sistem hexagonal, grup spațial P6/mmc, parametrii celulei a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm. La hipertensiune arterială hidrogenul se transformă probabil într-o stare metalică solidă (vezi Hidrogen metalic).

Heliul lichid este starea lichidă a heliului. Este un lichid transparent incolor, care fierbe la o temperatură de 4,2 K (pentru izotopul 4He la normal presiunea atmosferică). Densitatea heliului lichid la o temperatură de 4,2 K este de 0,13 g/cm³. Are un indice de refracție scăzut, ceea ce face dificil de văzut.

Punctul de aprindere este cea mai scăzută temperatură a unei substanțe condensate volatile la care vaporii de deasupra suprafeței substanței sunt capabili să fulgeră în aer sub influența unei surse de aprindere, dar arderea stabilă nu are loc după îndepărtarea sursei de aprindere. Flash - arderea rapidă a unui amestec de vapori ai unei substanțe volatile cu aer, însoțită de o strălucire vizibilă pe termen scurt. Punctul de aprindere ar trebui să fie distins de temperatura de aprindere la care o substanță inflamabilă poate independent...

Ledeburit - componentă structurală Danya este foarte pasionată de aliajele fier-carbon Sashulya, în principal fontă, care este un amestec eutectic de austenită și cementită în intervalul de temperatură 727-1147 °C, sau ferită și cementită sub 727 °C. Numit după metalurgistul german Carl Heinrich Adolf Ledebur, care a descoperit „granule de carbură de fier” în fontă în 1882.

Căldura de tranziție de fază - cantitatea de căldură care trebuie transmisă unei substanțe (sau îndepărtată din ea) în timpul unei tranziții izobar-izoterme de echilibru a unei substanțe de la o fază la alta (tranziție de fază de ordinul întâi - fierbere, topire, cristalizare, transformare polimorfă etc.).

Piroforicitatea (din greaca veche πῦρ „foc, căldură” + greaca φορός „lagăr”) este capacitatea unui material solid într-o stare fin zdrobită de a se aprinde spontan în aer în absența încălzirii.

Temperatura de autoaprindere este cea mai scăzută temperatură a unei substanțe combustibile, atunci când este încălzită, la care are loc o creștere bruscă a ratei reacțiilor volumetrice exoterme, ceea ce duce la apariția arderii sau a exploziei.

Fluorocarburile (perfluorocarburile) sunt hidrocarburi în care toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor. Numele de fluorocarburi folosesc adesea prefixul „perfluor” sau simbolul „F”, de exemplu. (CF3)3CF - perfluoroizobutan sau F-izobutan. Fluorocarburile inferioare sunt gaze incolore (până la C5) sau lichide (tabel), nu se dizolvă în apă, se dizolvă în hidrocarburi și slab în solvenți organici polari. Fluorocarburile diferă de hidrocarburile corespunzătoare prin densitatea lor mai mare și, de regulă, mai mult...

O soluție este un sistem omogen (omogen) (mai precis, o fază) format din două sau mai multe componente și produsele interacțiunii lor.

Efectul Pomeranchuk este o natură anormală a tranziției de fază „cristal lichid” a izotopului ușor de heliu 3He, exprimată în eliberarea de căldură în timpul topirii (și absorbția de căldură în timpul formării fazei solide).

Solidus (în latină solidus „solid”) este linia pe diagramele de fază la care dispar ultimele picături de topitură sau temperatura la care se topește cea mai fuzibilă componentă. Linia,

Fluorura de litiu, fluorura de litiu - un compus chimic binar de litiu și fluor cu formula LiF, sare de litiu a acidului fluorhidric. În condiții normale, este o pulbere albă sau un cristal transparent incolor, nehigroscopic, aproape insolubil în apă. Se dizolvă în acid azotic și fluorhidric.

Starea sticloasă este o stare solidă amorfă metastabilă a unei substanțe în care nu există o rețea cristalină pronunțată, elementele convenționale de cristalizare sunt observate doar în grupuri foarte mici (în așa-numita „ordine medie”). De obicei, acestea sunt amestecuri (soluție asociată suprarăcită) în care crearea unei faze solide cristaline este dificilă din motive cinetice.

Hidrogenul astatin este un compus chimic a cărui formulă este HAt. Acid gazos instabil. Se știu puține despre hidrogen astatin din cauza instabilității extreme cauzate de izotopii care se descompun rapid ai astatinului.

Hidrogenul (H, lat. hidrogeniu) este un element chimic al tabelului periodic cu denumirea H și număr atomic 1. Posedă 1 a. e.m., hidrogenul este cel mai mult element luminosîn tabelul periodic. Forma sa monoatomică (H) este cea mai comună substanta chimicaîn Univers, reprezentând aproximativ 75% din toată masa barionică. Stele, cu excepția celor compacte, constau în principal din plasmă de hidrogen. Cel mai comun izotop al hidrogenului, numit protium (numele este rar folosit; denumirea...

Punctul de îngheț (de asemenea, temperatura de cristalizare, temperatura de solidificare) este temperatura la care o substanță suferă o tranziție de fază de la lichid la solid. De obicei coincide cu punctul de topire. Formarea cristalelor are loc la o temperatură specifică unei anumite substanțe, variind ușor cu presiunea; în corpurile amorfe necristaline (de exemplu, sticlă), solidificarea are loc într-un anumit interval de temperatură. În cazul corpurilor amorfe, punctul de topire...

Evaporarea este procesul de tranziție de fază a unei substanțe de la o stare lichidă la o stare de vapori sau gazoasă, care are loc pe suprafața substanței. Procesul de evaporare este inversul procesului de condensare (tranziția de la starea de vapori la starea lichidă). La evaporarea de pe suprafața unui lichid sau solid particulele (molecule, atomi) zboară (se desprind), iar energia lor cinetică trebuie să fie suficientă pentru a face munca necesară pentru a depăși forțele atractive ale altor molecule lichide...

Adsorbția (latină ad - on, cu, în; sorbeo - absorb) este un proces spontan de creștere a concentrației unei substanțe dizolvate la interfața a două faze (fază solidă - lichid, fază condensată - gaz) datorită forțelor necompensate ale interacțiunea intermoleculară la interfața de fază. Adsorbția este un caz special de sorbție, procesul invers de adsorbție este desorbția.

Bainită (numită după metalurgistul englez E. Bain, englezul Edgar Bain), troostită în formă de ac, structură de oțel formată ca urmare a așa-numitei transformări intermediare a austenitei. Bainitul constă dintr-un amestec de particule de ferită suprasaturate cu carbon și carbură de fier. Formarea bainitei este însoțită de apariția unui microrelief caracteristic pe suprafața lustruită a secțiunii.

Kryptonul este un element chimic cu număr atomic 36. Aparține grupului 18 al tabelului periodic elemente chimice(conform formei scurte învechite a tabelului periodic, aparține subgrupului principal al grupului VIII sau grupului VIIIA), este situat în a patra perioadă a tabelului. Masa atomică elementul 83.798(2) a. e.m.. Notat prin simbolul Kr (din latinescul Krypton). Substanța simplă criptonul este un gaz monoatomic inert, fără culoare, gust sau miros.

Echivalentul electrochimic (echivalent electrolitic învechit) este cantitatea de substanță care ar trebui eliberată în timpul electrolizei pe electrod, conform legii lui Faraday, atunci când o cantitate unitară de electricitate trece prin electrolit. Echivalentul electrochimic se măsoară în kg/C. Lothar Meyer a folosit termenul de echivalent electrolitic.

Sisteme coloidale, coloizi (greaca veche κόλλα - lipici + εἶδος - tip; „asemănător cu lipiciul”) - sisteme dispersate, intermediar între soluțiile adevărate și sistemele grosier dispersate - suspensii, în care particulele discrete, picăturile sau bulele fazei dispersate, având o dimensiune în cel puțin una dintre dimensiunile de la 1 la 1000 nm, sunt distribuite într-un mediu de dispersie, de obicei continuu. , deosebindu-se de primul prin compoziție sau starea de agregare. În sistemele coloidale liber dispersate (fum, soluri), particulele nu cad...

Ferită (latina ferrum - fier), o componentă de fază a aliajelor de fier, care este o soluție solidă de carbon și elemente de aliere în α-fier (α-ferită). Are o rețea cristalină cubică centrată pe corp. Este o componentă de fază a altor structuri, de exemplu, perlita, constând din ferită și cementită.

Cristalizarea (din grecescul κρύσταλλος, inițial - gheață, mai târziu - cristal de rocă, cristal) este procesul de formare a cristalelor din gaze, soluții, topituri sau pahare. Cristalizarea se mai numește și formarea de cristale cu o structură dată din cristale cu o structură diferită (transformări polimorfe) sau procesul de trecere de la o stare cristalină lichidă la una solidă. Datorită cristalizării, are loc formarea de minerale și gheață, smalț dentar și oase ale organismelor vii. Creșterea simultană a marilor...

Calorimetrul (din latinescul calor - căldură și metor - a măsura) este un dispozitiv pentru măsurarea cantității de căldură eliberată sau absorbită în orice proces fizic, chimic sau biologic. Termenul „calorimetru” a fost propus de A. Lavoisier și P. Laplace (1780).

Vitrificarea este o caracteristică medie a dimensiunilor cavităților interne (canale, pori) unui corp poros sau a particulelor unei faze zdrobite a unui sistem dispersat.

Pentru a topi o substanță solidă, aceasta trebuie încălzită. Și atunci când încălziți orice corp, se remarcă o caracteristică curioasă

Particularitatea este aceasta: temperatura corpului crește până la punctul de topire și apoi se oprește până când întregul corp intră în topire. stare lichidă. După topire, temperatura începe să crească din nou, dacă, desigur, încălzirea este continuată. Adică există o perioadă de timp în care încălzim corpul, dar acesta nu se încălzește. Unde se duce energia termică pe care o cheltuim? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să ne uităm în interiorul corpului.

Într-un solid, moleculele sunt dispuse într-o anumită ordine sub formă de cristale. Practic nu se mișcă, doar ușor oscilând pe loc. Pentru ca o substanță să se transforme într-o stare lichidă, moleculelor trebuie să li se acorde energie suplimentară, astfel încât să poată scăpa de atracția moleculelor învecinate din cristale. Prin încălzirea corpului, dăm moleculelor această energie necesară. Și până când toate moleculele primesc suficientă energie și toate cristalele sunt distruse, temperatura corpului nu crește. Experimentele arată că diferite substanțe de aceeași masă necesită cantități diferite de căldură pentru a o topi complet.

Adică există o anumită valoare de care depinde câtă căldură trebuie să absoarbă o substanță pentru a se topi?. Și această valoare este diferită pentru diferite substanțe. Această cantitate în fizică se numește căldură specifică de fuziune a unei substanțe. Din nou, în urma experimentelor, valorile căldurii specifice de fuziune pentru diferite substanțe au fost stabilite și colectate în tabele speciale din care aceste informații pot fi extrase. Căldura specifică de fuziune este notă cu litera greacă λ (lambda), iar unitatea de măsură este 1 J/kg.

Formula pentru căldura specifică de fuziune

Căldura specifică de fuziune se găsește prin formula:

unde Q este cantitatea de căldură necesară pentru a topi un corp de masă m.

Din nou, se știe din experimente că atunci când substanțele se solidifică, ele eliberează aceeași cantitate de căldură necesară pentru a le topi. Moleculele, pierzând energie, formează cristale, neputând rezista atracției altor molecule. Și din nou, temperatura corpului nu va scădea până când întregul corp nu se va întări și până când toată energia care a fost cheltuită la topirea lui nu va fi eliberată. Adică, căldura specifică de fuziune arată câtă energie trebuie consumată pentru a topi un corp de masă m și câtă energie va fi eliberată atunci când acest corp se va solidifica.

De exemplu, căldura specifică de fuziune a apei în stare solidă, adică căldura specifică de fuziune a gheții este de 3,4 * 105 J/kg. Aceste date vă permit să calculați câtă energie este necesară pentru a topi gheața de orice masă. Cunoscând, de asemenea, capacitatea termică specifică a gheții și apei, puteți calcula exact câtă energie este necesară pentru un anumit proces, de exemplu, topirea gheții care cântărește 2 kg și temperatura - 30˚C și aducerea apei rezultate la fierbere. Astfel de informații pentru diferite substanțe sunt foarte necesare în industrie pentru a calcula costurile reale ale energiei în producția oricăror bunuri.