5. Zmiany stanu skupienia ciał

5. Zmiany stanu skupienia ciał:

Stan skupienia substancji zależy od temperatury i ciśnienia w jakiej się ta substancja znajduje. Substancja zmienia stan skupienia pod wpływem temperatury lub ciśnienia:

Topnienie - przejście ze stanu stałego w stan ciekły.

Krzepnięcie - przejście ze stanu ciekłego w stały.

Parowanie - przejście ze stanu ciekłego w gazowy.

Skraplanie - przejście ze stanu gazowego w ciekły.

Sublimacja - przejście ze stanu stałego w gazowy.

Resublimacja - przejście ze stanu gazowego w stały.

Topnienie i krzepnięcie:

Jeżeli podgrzejemy substancję w stanie stałym do odpowiedniej temperatury, to zacznie się ona topić, przechodzić w stan ciekły. Obniżając do odpowiedniej temperatury substancję w stanie ciekłym doprowadzamy do zmiany jej stanu skupienia w stan stały (krzepnięcie). Temperatura w której substancje topią się (krzepną) jest różna dla każdej substancji. Temperatura ta zależy też od ciśnienia w którym ta substancja się znajduje. Okazuje się, że temperatura topnienia jest taka sama jak temperatura krzepnięcia (woda zamienia się w lód w temperaturze 0 stopni Celsjusza i lód zamienia się w wodę w temperaturze 0 stopni Celsjusza.

Temperatura topnienia - temperatura w której substancja się topi.

Temperatura krzepnięcia - temperatura w której substancja krzepnie.

Temperatura topnienia jest równa temperaturze krzepnięcia dla tej samej substancji.

Jeżeli podgrzewamy substancję o temperaturze niższej niż temperatura topnienia, to na skutek dostarczanego ciepła temperatura substancji rośnie, aż osiągnie temperaturę topnienia. Teraz substancja zaczyna się topić. Temperatura substancji w czasie procesu topnienia nie zmienia pomimo dostarczanego cały czas ciepła z zewnątrz dopóki cała substancja nie zamieni się w ciecz. Z chwilą, gdy proces topnienia uległ zakończeniu temperatura substancji będzie znowu rosnąć jeżeli oczywiście ciągle będzie dostarczane ciepło z zewnątrz. Poniżej przykładowy wykres topienia substancji (lód):

Jeżeli schładzamy substancję o temperaturze wyższej niż temperatura krzepnięcia, to na skutek odbieranego ciepła temperatura substancji maleje, aż osiągnie temperaturę krzepnięcia. Teraz substancja zaczyna krzepnąć. Temperatura substancji w czasie procesu krzepnięcia nie zmienia pomimo odbieranego cały czas ciepła dopóki cała substancja nie zamieni się w ciało stałe. Z chwilą, gdy proces krzepnięcia zakończy się temperatura substancji będzie znowu maleć jeżeli oczywiście ciągle będzie odbierane ciepło. Poniżej przykładowy wykres krzepnięcia substancji (woda):

Topnienie i krzepnięcie zależy od masy substancji. Im większa masa substancji, tym więcej ciepła należy dostarczyć, by ją stopić. Zależność ta jest wprost proporcjonalna:

Stosunek wielkości wprost proporcjonalnych musi być liczbą stałą. Liczba ta określa zdolność albo podatność substancję do topienia (krzepnięcia). Niektóre substancje łatwiej stopić a niektóre trudniej. Liczbę tą nazwano ciepłem topnienia substancji. Każda substancja ma inne ciepło topnienia. Im większe ciepło topnienia tym substancję trudniej stopić. Ciepło topnienia jest równe ciepłu krzepnięcia dla tej samej substancji.

Ciepło topnienia (krzepnięcia) - jest to podatność substancji na topienie (krzepnięcie).

PRZYKŁAD 1. Ile ciepła należy dostarczyć by stopić 10kg lodu. Lód ma temperaturę 0 stopni Celsjusza ?

Dane: Rozwiązanie:

Korzystamy z wzoru na ciepło topnienia. Ciepło topnienia lodu odczytujemy z tabeli.

Odpowiedź: Musimy dostarczyć 3340000J ciepła do 10kg lodu by go całkowicie stopić.

Parowanie i skraplanie:

Gdy wylejemy taką samą ilość denaturatu i wody a kropla ma tą samą powierzchnię, to zauważymy, ze denaturat wyparował szybciej.

Gdy powierzchnia cieczy jest większa, to proces parowania zachodzi szybciej. Gdy suszymy ubranie staramy się, by miało jak największą powierzchnię (nie wieszamy ubrania w postaci zwiniętego kłębka materiału).

Parowanie zależy też od temperatury cieczy. Im wyższa temperatura, tym proces parowania zachodzi szybciej.

Gdy podgrzewamy ciecz (np. wodę), to zauważamy, ze w pewnej temperaturze ciecz paruje całą objętością (widać, jak pęcherzyki powietrza unoszą się z całej objętości cieczy).

Temperatura wrzenia - jest to temperatura w której dana substancja paruje w całej objętości.

Temperatura wrzenia jest taka sama jak temperatura skraplania. Każda substancja ma inną temperaturę wrzenia. Podobnie jak przy topnieniu, zanim cała substancja nie przejdzie z cieczy w stan gazowy (ze stanu gazowego w ciecz), to pomimo dostarczania (pobierania) ciepła, temperatura substancji nie ulega zmianie.

Niektóre substancje łatwiej wyparować jak inne. ciepło skraplania (w temperaturze wrzenia) określa podatność substancji na wyparowanie (skroplenie).

Parowanie i skraplanie zależy od masy substancji. Im większa masa substancji, tym więcej ciepła należy dostarczyć, by ją wyparować. Zależność ta jest wprost proporcjonalna:

Stosunek wielkości wprost proporcjonalnych musi być liczbą stałą. Liczba ta określa zdolność albo podatność substancji do parowania (skraplania) . Liczbę tą nazwano ciepłem parowania substancji. Im większe ciepło parowania tym substancję trudniej zamienić w gaz.

Ciepło parowania (skraplania) - jest to podatność substancji na wyparowanie (skraplanie).

Uwaga! - ciepło parowania (skraplania) jest stałą dla substancji w jej temperaturze wrzenia.

PRZYKŁAD 2. Ile ciepła należy dostarczyć by wyparować 10kg lodu. Lód ma temperaturę -10 stopni Celsjusza ?

Dane: Rozwiązanie:

Z tabel odczytujemy ciepło właściwe lodu, wody. Ciepło topnienia lodu i ciepło

parowania wody. Podgrzewamy lód do temperatury topnienia 0 stopni Celsjusza

o różnicę temperatur 10 Kelwinów:

Topimy całkowicie lód:

Podgrzewamy stopiony lód (wodę) do temperatury wrzenia (100 stopni C):

Wyparowujemy wodę:

Sumujemy dostarczone ciepło:

Odpowiedź: Musimy dostarczyć 30750000J ciepła.