§ 12. Плавлення і кристалізація твердих тіл. Температура плавлення

Дослідження процесів плавлення і кристалізації розглянемо на прикладі нафталіну. Для цього можна заповнити пробірку нафталіном і вставити в неї термометр. Закріпити пробірку з нафталіном і термометром у штативі. У хімічній склянці нагріти воду до 90 C — 100 °С і занурити у неї пробірку

(мал. 25). Спостерігають як будуть змінюватися з часом покази термометра. Значення показів термометра записують кожної хвилини. На їх основі будується графік (мал. 26). З нього видно, що спочатку температура зростає (ділянка графіка АВ), що свідчить про нагрівання нафталіну. При подальшому нагріванні температура змінюється повільніше і десь біля 80" C деякий час залишається сталою (ділянка графіка ВС). У цей час нафталін плавиться. Після того, як весь нафталін розплавився, температура знову почала зростати, що свідчить про подальше нагрівання рідкого нафталіну (ділянка графіка CD).

Виймають пробірку з гарячої води і дають змогу їй охолоджуватися повітрям. При цьому покази термометра фіксують і далі через кожну хвилину. Отримують ділянки графіка DiC₁, C₁B₁, B₁A₁. Спостерігаючи охолодження нафталіну, відмічають, що при тій же температурі, при якій нафталін плавиться, він і твердне. Графік охолодження нафталіну в повітрі буде дещо відрізнятися від графіка його нагрівання. Провівши аналогічні досліди з іншими твердими тілами, дослідники дійшли висновку, що характер зміни температури під час

агрегатних перетворень відповідає зміні температури при плавленні і твердненні нафталіну.

Основні ознаки цих перетворень: а) сталість температури у процесі плавлення і тверднення; б) лінійний характер змін температури до і після процесів плавлення та тверднення.

Таким чином, при нагріванні твердого тіла при певній температурі (температурі плавлення) спостерігатиметься перехід тіла з твердого стану в рідкий (плавлення). Якщо охолоджувати розплавлене тверде тіло, то при певній температурі воно буде тверднути — кристалізуватися. Ця температура називається температурою кристалізації.

Застосуємо до пояснення плавлення і тверднення знання атомно-молекулярної теорії будови речовини кристалічних тіл. У кристалах молекули (або атоми чи йони) розміщені в певному порядку. Частинки в кристалах коливаються навколо положення рівноваги. На відміну, наприклад, від газів, де частинки рухаються незалежно одна від одної, у кристалі кожна частинка впливає на рух інших. Від швидкості руху частинок залежить температура тіла.

Під час нагрівання тіла середня швидкість руху частинок зростає, отже, зростає і їхня середня кінетична енергія. Внаслідок цього розмах коливань частинок кристала збільшується. Коли тіло нагріється до температури плавлення, розмах коливань настільки збільшиться, що порушиться порядок у розміщенні частинок у кристалах. Кристали втрачають свою форму — речовина плавиться, переходячи з твердого стану в рідкий.

Коли речовина твердне, все відбувається в зворотному напрямку: середня кінетична енергія і швидкість частинок в розплавленій речовині зменшуються. Сили притягання здатні утримати одну біля одної частинки, що рухаються повільніше. Внаслідок цього розміщення частинок стає впорядкованим. В цьому полягає процес кристалізації.

Тверді кристалічні тіла плавляться і тверднуть (кристалізуються) при однаковій температурі — температурі плавлення (кристалізації). Поглинута тілом кількість теплоти у процесі плавлення рівна кількості теплоти, яку воно віддає при твердненні (умови плавлення і тверднення вважаються однаковими).

1. Що називають плавленням тіла? 2. На що витрачається енергія у процесі плавлення? 3. Як змінюється температура кристалічного тіла у процесі надання йому теплоти? 4. Як пов’язані між собою температура плавлення і температура кристалізації? 5. Яка кількість теплоти буде виділена при кристалізації тіла, якщо при його плавленні було поглинуто 760 кДж теплоти? ? 1. На мал. 26 показано графік залежності температури нафталіну при наданні йому кількості теплоти та при охолодженні. Опишіть: а) що відбувалося на ділянці АВ? б) що відбувалося на ділянці ВС7в) який процес описує ділянка CD? 2. Чому різні речовини плавляться при різних температурах?

1.    Ви головні конструктори апарата для польотів у космос. З яких матеріалів запропонуєте зробити його корпус?

2.    Чи буде плавитися лід, якщо його занести у приміщення, де температура CT С? 3. Папір гарно горить. Коли ж зробити з паперу стаканчик, то у ньому можна кип’ятити воду. Поясніть це явище.

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз