Топљење и очвршћавање
Загревањем чврсте супстанце повећава се њена унутрашња енергија, када супстанца достигне одређену температуру она почне да се топи.
Под чврстим стањем супстанце подразумевамо само кристално стање. Аморфно чврсто тело се приликом загревања претвара у течност постепеним омекшавањем, без скоковитог прелаза. Зато аморфно чврсто стање не представља посебну фазу него специфичну међуфазу.
Прелаз супстанце из чврстог агрегатног стања у течно назива се топљење.
Да би нека супстанца почела да се топи, треба је загрејати до одређене температуре, односно повећати њену унутрашњу енергију. Ова температура односно унутрашња енергија је карактеристична за сваку супстанцу.
Температура на којој се одвија процес топљења неке супстанце назива се температура топљења.
На температурама нижим од температуре топљења супстанца се налази у чврстом, а на вишим температурама у течном агрегатном стању.
А-В – представља загревање супстанце која се налази у кристалном стању, температура се повећава док не достигне температуру топљења
B-C – температура остаје непромењена све док се не истопи комплетна количина супстанце
C-D – када се процес топљења заврши и комплетна супстанца пређе у течно агрегатно стање, температура почиње поново да расте
Када се течна супстанца хлади, односно када јој се унутрашња енергија смањује, она прелази у чврсто стање.
Прелаз из течног агрегатног стања у чврсто назива се очвршћавање.
Температура на којој се одвија процес очвршћавања неке супстанце назива се температура очвршћавања.
За сваку кристалну супстанцу температура топљења једнака је температури очвршћавања.
При очвршћавању одређене количине супстанце треба јој одузети онолику количину топлоте колика је утрошена на њено загревање.
E-F – представља хлађење супстанце која се налази у течном стању, температура се смањује док не достигне температуру очвршћавања
F-G – температура остаје непромењена све док се комплетна количина течности не преведе у чврсто агрегатно стање
G-H – када се процес очвршћавања заврши и комплетна супстанца пређе у чврсто агрегатно стање, наставља се равномерно снижавање температуре
За супстанце које су на обичној (собној) температури у течном стању (вода, алкохол, жива…) каже се да мрзну када прелазе из течног у чврсто агрегатно стање. Температура на којој се врши овај процес назива се темпeратура мржњења ( вода 00C; жива -38,90C; алкохол -1140C; етар -1240C).
Код већине супстанци запремина се повећава при топљењу, а при очвршћавању (кристализацији) се смањује. Код ових супстанци неистопљени део тоне у истопљеном, јер има већу густину.
Код извесног броја супстанци (лед, бизмут, антимон, ливено гвожђе) кристална структура је веће запремине (мање густине) од запремине у течном агрегатном стању (познато је да лед плива на води). Ово одступање од правила узроковано је посебном кристалном структуром.
При ливењу метала треба водити рачуна о промени запремине при очвршћавању. О томе треба водити рачуна и при мржњењу воде, јер може дође до пуцања посуде.
Температура топљења зависи, осим од врсте супстанце, и од притиска под којим се супстанца налази. То може да се потврди на примеру леда, који се топи и на нижим темепартурама од 00C када се налази под већим притиском од нормалног.
Код супстанци које се при загревању (топљењу) шире (олово, бакар…) повишење спољашњег притиска изазива повишење температуре топљења. Ово се објашњава тиме што молекули супстанце која се топи морају, осим привлачних међумолекулских сила да савладају и повишен спољашњи притисак.
Под вишим притиском температура топљења се снижава код оних супстанци које се при топљењу сакупљају, а повишава код оних које се при топљењу шире.
Процес топљења и очвршћавања објашњава молекуларна физика
Молекули у кристалу осцилују око својих равнотежних положаја. Када се кристалу предаје топлота, молекули осцилују интензивније. Том приликом се повећава растојање између молекула па слабе међумолекулске силе. На температури топљења осциловање је толико интензивно да се нарушава уређеност молекула и мења се структура – кристал прелази у течност. Док траје топљење комплетна топлота коју супстанца прима троши се разградњу кристалне решетке (коначно раскидање веза), зато се температура не мења.
При хлађењу, молекули се спорије крећу. Пошто су довољно близу, привлачне молекулске силе скоро заустављају њихово кретање, молекули остају у сталним положајима и супстанца прелази у кристално стање.
Под већим притисцима, молекули су на мањим међусобним растојањима и између њих делују јаке привлачен силе. Тада треба да имају већу кинетичку енергију да би се нарушила уређена кристална структура.
| Испаравање и кондензовање | Промена унутрашње енергије при фазним прелазима |