Физика

за сваког по нешто

Топљење и очвршћавање

Загревањем чврсте супстанце повећава се њена унутрашња енергија, када супстанца достигне одређену температуру она почне да се топи.

 

Додатак: кристално – аморфно

Не улазећи дубље у структуру материје, обично се чврсто тело описује као стање у коме тело има одређени облик и запремину. Овакав опис није довољан. Код неких супстанци молекули су правилно распоређени (кристална решетка), док код неких нису. У зависности од структуре и основних особина, чврста тела могу бити кристална и аморфна.

Пример:

кристали – дијамант, графит, рубин, соли, шећер, лед, метали

аморфне супстанце – стакло, пластика, восак, смола, асфалт

Под чврстим стањем супстанце подразумевамо само кристално стање.

Аморфна тела немају одређену температуру топљења, при загревању омекшају и постепено прелазе у течност. При преласку из чврстог у течно стање положаји честица се практично не мењају, већ се само повећава њихово међусобно растојање.

 

Пример: Разлика између кристалних и аморфних материјала је у начину топљења.

Ако посматрамо комад леда, као пример кристалног тела, па га непрекидно загревамо – када се његова температура повећа на 00C, тада отпочиње топљење и можемо уочити да температура више не расте иако лед непрекидно загревамо. Температура ће поново почети да расте тек када се сав лед истопи. На овај начин је тачка топљења леда строго одређена, па лако може да се мери. Ово је особина свих кристалних материјала. Температура леда док се топи не расте због тога што количина топлоте коју он прима у том периоду не иде на повећање његове унутрашње енергије тј. температуре, већ на разграђивање његове кристалне решетке.

Ако посматрамо топљење неког аморфног материјала – рецимо једног комада пластике. Пластику загревамо под истим условима. Температура пластике непрекидно расте, а пре преласка у течност пластика ће проћи кроз размекшано стање. Због непрекидног пораста температуре, као и због различитог степена размекшаности, практично је немогуће одредити тачку топљења аморфног материјала.

 

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.

fazni prelazi 6

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.

fazni prelazi 7

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 привлачне силе. Тада треба да имају већу кинетичку енергију да би се нарушила уређена кристална структура.

 

Напомена:

Дрво, слама, вуна, месо и нека друга тела не могу прећи у течно стање, јер се при загревању хемијски мењају. Напротив, све течности могу да очврсну, јер се при хлађеу не распадају.

 

 

СУБЛИМАЦИЈА

Сублимација је прелазак супстанце из чврстог у гасовито агрегатно стање без течног међустања.

Пример: нафталин, камфор, вода

 

 

Испаравање и кондензовање Специфична топлота фазног прелаза