Плавление и кристаллизация

Плавление и кристаллизация

Одно и то же вещество при определённых условиях может находиться в различных агрегатных состояниях - твёрдом, жидком или газообразном. При переходе из одного состояния в другое состав молекул этого вещества не меняется. Изменяется только их расположение, характер теплового движения и силы межмолекулярного воздействия.

Из твёрдого состояния вещество переходит в жидкое, а из жидкого в газообразное. Такой переход называют фазовым переходом.

Плавление

Плавление и кристаллизация 

При низких температурах все вещества замерзают и превращаются в твёрдые тела, атомы и молекулы в которых упакованы так плотно, что силы их взаимного притяжения позволяют им совершать только колебательные движения около положения равновесия. Поэтому при обычных условиях твёрдые тела сохраняют объём и форму.

Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением. Это процесс происходит при повышении температуры.

Весной, когда пригревает солнышко, начинают таять снежные сугробы. Мельчайшие кристаллики льда, из которых состоит снег, превращаются в воду. Но, несмотря на то, что воздух прогревается, и его температура становится выше нуля, температура тающего снега, и температура талой воды остаются равными 00С до тех пор, пока снег не растает совсем. Всё дело в том, что плавление происходит постепенно. Вещество при плавлении поглощает тепло, которое получает извне, и некоторое время одновременно находится и в твёрдом, и в жидком состоянии. И его температура не меняется, пока всё оно не расплавится и не станет жидким.

Что происходит при нагревании твёрдого вещества? При повышении температуры скорость колебаний частиц внутри вещества увеличивается. Следовательно, увеличивается и его внутренняя энергия. При определённой температуре, которую называют температурой плавления, кристаллическая решётка твёрдого тела начинает разрушаться. Молекулы получают большую свободу. Они могут перескакивать и занимать другие положения. Вещество превращается в жидкость.

Чтобы твёрдое вещество начало плавиться, его необходимо нагреть до температуры плавления. Когда оно начинает получать тепло извне, некоторое время его температура будет расти прямо пропорционально времени нагревания. Так будет до тех пор, пока оно не начнёт плавиться. Но как только его температура станет равной температуре плавления, она перестанет изменяться и будет постоянной, пока всё вещество не превратится в жидкость. После этого температура жидкости снова начнёт повышаться.

Но если жидкость перестанет получать тепло, она начнёт остывать. И как только её температура снизится до значения, равного температуре плавления, начинается процесс кристаллизации.

Каждое вещество имеет свою температуру плавления. При нормальном давлении (760 мм рт.ст.) лёд начинает плавиться при 0оС. Самую высокую температуру плавления среди металлов имеет вольфрам - 3422 °C. Простое вещество углерод плавится при температуре 3500 — 4500 °C. А температура плавления спирта - минус 114оС.

Кристаллизация

Плавление и кристаллизация 

Когда температура жидкости понижается, её молекулы становятся менее подвижными. А силы притяжения, которые удерживают молекулы в определённом строгом порядке, характерном для твёрдого тела, увеличиваются.

Если жидкое вещество охладить до определённой температуры, то оно затвердеет. Процесс фазового перехода из жидкого состояния к твёрдому называется кристаллизацией. В отличие от плавления, когда вещество получает тепло, при кристаллизации оно его отдаёт, а его температура снижается.

Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой кристаллизации. Для чистого вещества температура плавления равна температуре кристаллизации.

Как и плавление, кристаллизация также происходит постепенно. Точно так же жидкость и твёрдое вещество будут иметь одинаковую температуру до тех пор, пока не затвердеет всё вещество.

Расплавленное паяльником жидкое олово застывает и становится твёрдым, кода мы убираем паяльник. Расплавленный жидкий металл, разлитый в формы, отвердевает при снижении температуры.

Кристаллизацию в природе мы наблюдаем ежегодно, когда при низкой температуре замерзает вода в водоёмах, на землю вместо капелек дождя падают снежинки.

График изменения агрегатного состояния вещества

Плавление и кристаллизация 

Процессы плавления и кристаллизации хорошо видны на графике, показывающем, как меняется агрегатное состояние вещества в зависимости от температуры.

Измерим температуру куска льда. Термометр показывает -20оС. Положим лёд в ведро и занесём в помещение. Постепенно он начнёт таять, а его температура - повышаться. Когда на термометре будет 0оС, дальнейшего повышения температуры не произойдёт, пока не растает весь лёд. Когда же он весь превратится в воду, вода в ведре начнёт нагреваться, пока не достигнет комнатной температуры.

Вынесем ведро с водой на мороз. Вода продолжит остывать. Когда её температура опустится до 0оС, она начнёт превращаться в лёд. А температура не будет изменяться, пока не затвердеет вся вода. И только после этого она снова начнёт постепенно понижаться до значения, равного температуре воздуха.

С помощью подобного графика можно отобразить изменения агрегатного состояния любого вещества.