Чому дорівнює питома теплота плавлення
Як відомо, існують три агрегатних стани речовин: тверде, рідке і газоподібне. Тверді тіла при певній температурі стають рідинами. Для кожної речовини характерна своя температура, при якій воно переходить у рідкий стан. Ця температура називається температурою плавлення речовини, а сам процес називається плавленням.
Так, лід плавиться при 0 ° C, кисень – при -218 ° C, залізо – при 1539 ° C.
Коли речовина знаходиться нижче температури свого плавлення, то воно залишається твердим. При цьому якщо воно поглинає тепло, то його температура збільшується. Однак до температури плавлення агрегатний стан речовини мінятися не буде. Коли температура речовини стає рівною його температури плавлення, то воно починає переходити в рідкий стан. Це не одномоментний процес, речовина плавиться протягом якогось часу (швидкість плавлення залежить від кількості сполучається речовині тепла в одиницю часу). Під час плавлення тепло продовжує поглинатися, але температура речовини не збільшується. Коли речовина повністю перейде в рідкий стан, то поглинене їм тепло вже знову буде збільшувати його температуру.
Куди ж йде енергія (тепло) при плавленні речовини, якщо його температура не збільшується? Як відомо, температура визначається кінетичної енергією молекул речовини. Тобто чим швидше рухаються молекули, тим вище температура. У твердих речовинах молекули (або атоми) складають кристалічну решітку, а, отже, можуть коливатися тільки біля своїх місць. Коли досягається температура плавлення, то сила їх коливань стає більше сили міжмолекулярної (міжатомної) взаємодії, який утримує частинки в кристалічній решітці. У цей час енергія витрачається вже не на збільшення кінетичної енергії частинок, а на розрив зв’язків, на збільшення потенційної енергії взаємодії частинок. А оскільки кінетична енергія при цьому не збільшується, то не збільшується і температура.
Різні речовини мають різну енергію хімічних зв’язків, а, отже, їм потрібна різна кількість тепла для руйнування кристалічної решітки. Тому у фізиці вводиться така величина, як питома теплота плавлення, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яке поглинає 1 кг речовини, щоб повністю перейти з твердого стану в рідкий. Зрозуміло, що це відбувається при температурі плавлення речовини.
Питома теплота плавлення позначається грецькою буквою лямбда – λ. Її одиницею виміру є Дж / кг.
Не слід плутати такі поняття, як температура плавлення речовини і його питома теплота плавлення. Так, наприклад, температура плавлення льоду 0 ° C, а його питома теплота плавлення 3,4 – 105 Дж / кг. Це означає, що лід починає плавитися, коли його температура досягає 0 ° C. При цьому на кожен його кілограм буде поглинена 3,4 – 105 Дж тепла до повного переходу в воду.
Існує зворотний плавлению процес – кристалізація. При цьому речовина переходить з рідкого стану в твердий. Відбувається це при зниженні температури, коли температура самого речовини стає рівною температурі його плавлення. Тобто температура плавлення одночасно є і температурою кристалізації.
Під час кристалізації енергія не поглинається, а виділяється. Це відбувається через те, що формується кристалічна решітка, а, як відомо, при утворенні хімічних зв’язків енергія виділяється. При цьому кількість енергії таке ж, яке поглинається при руйнуванні цієї решітки, тобто при плавленні речовини. Таким чином питома теплота плавлення і питома теплота кристалізації рівні один одному за значенням. Однак при плавленні внутрішня енергія тіла збільшується на це значення (за рахунок поглинання тепла), а при кристалізації зменшується (за рахунок виділення тепла).
Щоб знайти теплоту, яка поглинається при плавленні речовини або виділяється при його кристалізації, треба помножити питому теплоту плавлення цієї речовини на його масу:
Q = λm.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)