Стану речовини

Замерзання (Затвердіння) - це перехід рідкого або розплавленого речовини у твердий стан. Кипіння це перехід рідини в газоподібний стан або пар. Це стосується всіх речовин, а не тільки води.

Розплавлений чавун затвердевает, або застигає, при температурі близько 1535 В° С, а його стан при більш низьких температурах правильно називають застиглим. Тому термін "застигання" не обов'язково пов'язаний з поняттям "Холод".

Точки замерзання (затвердіння) і кипіння речовини залежать від тиску. Навіть коли мова йде про воду, терміни "замерзання" і "кипіння" не завжди вживаються в своєму звичайному значенні. Наприклад, вода закипить при кімнатній температурі, якщо різко знизити тиск повітря. Тому "Киплячий" не завжди означає "гарячий".

Навіть при нормальному тиску повітря багато речовин киплять при дуже низьких температурах. Їх ми зазвичай називаємо газами. Так, повітря складається в основному з двох газів - азоту і кисню. Їх звичайний газоподібний стан пояснюється тим, що вони закипають при температурах набагато нижче нуля: - 196 В° С (азот) і - 183 В° С (Кисень). Тому навіть у самих холодних куточках Землі температура вище їх точок кипіння, і, отже, вони залишаються газами.

Стани речовини

Щоб зрозуміти, що таке затвердіння й кипіння, потрібно знати, чому речовини приймають форму твердого тіла, рідини чи газу. Ці форми відомі як стани речовини. В цілому, при постійній температурі розміри і форма твердого тіла не змінюються. Рідина, розтікаючись, міняє форму, але її обсяг залишається незмінним. А в газу постійними не є ні обсяг, ні форма. Газ розширюється або стискується, щоб заповнити обсяг або форму займаного ним посудини.

Майже вся матерія складається з атомів, які групуються в молекули. Молекули знаходяться в постійному русі, і саме енергія їх руху (кінетична енергія) визначає стан речовини - тверде, рідке або газоподібне. В твердому тілі в молекул мало кінетичної енергії, вони коливаються навколо фіксованих точок. Тому тверде тіло зберігає свою форму. Молекули рідини мають достатню енергію, щоб подолати силу взаємного тяжіння. Вони можуть переміщатися і, таким чином, змінювати форму рідини. Молекули газу мають велику кінетичної енергією і практично вільні у своєму русі.

Перехід рідина - газ

Не всі молекули рідини рухаються з однаковою швидкістю. Деякі з них рухаються так швидко, що здатні проникнути через поверхню в повітря і перетворитися на газ, або пара. Якщо, наприклад, ви залишите відкритий склянку з водою в теплому приміщенні на кілька днів, рівень води буде поступово знижуватися, поки склянка повністю не спорожніє. Цей процес випаровування, що відбувається на поверхні рідини, не потрібно плутати з кипінням, при якому перетворення в пар відбувається у всій масі рідини. Оскільки стан речовини залежить від інтенсивності руху його молекул, воно може мінятися при зміні кінетичної енергії молекул. Ми, часто змінюємо стан речовини, піддаючи його впливу тепла (однієї з форм енергії). Коли, наприклад, ми кип'ятимо воду; вона перетворюється в газ - пар, - так як тепло змушує всі молекули рухатися настільки швидко, що сили їх взаємного притягання вже недостатньо, щоб утримувати їх разом. У підсумку молекули випаровуються у вигляді пари, вода "Кипить". Зазвичай це відбувається при температурі 100 В° С.

Перехід газ - рідина

Пара знову перетворюється на воду при певній втраті тепла. Це явище можна спостерігати при тривалому кипінні води в чайнику. Холодні поверхні в приміщенні покриваються вологою, тому що частина утворився пара віддає їм тепло при контакті. У результаті молекули пари сповільнюють рух, і він перетворюється на воду. Кажуть, що пара конденсувався в рідкий стан, а явище називають "конденсацією".

Ми помилково вважаємо паром білі клуби в носика чайника, але справжній пар не можна побачити. Видимі клуби складаються з малюсіньких крапельок води, що утворюються при конденсації пари, коли на виході із чайника він стикається з щодо холодним навколишнім повітрям.

Перехід рідина - тверда речовина

Можна змусити рідину перейти у твердий стан, забравши у неї тепло. Для цього досить помістити її в більш холодне середовище. При втраті тепла молекули рідини сповільнюють свій рух і, врешті-решт, вже не можуть переміщатися, а просто коливаються навколо фіксованих точок. З настанням цієї фази рідина твердне, тобто перетворюється в тверду речовину. Наприклад, вода замерзає при температурі 0 В° С.

Більшість речовин кристалізуються при переході з рідкого стану в твердий. Так, NaCl (Кухонна сіль) утворює кристали кубічної форми.

Нагріваючись, тверді речовини можуть знову перейти в рідкий стан, так як при цьому збільшується швидкість руху їх молекул.

При нагріванні твердої речовини з метою перетворення в рідину його температура росте за рахунок поглинання тепла. Але, досягнувши точки плавлення, температура речовини залишається постійною, хоча процес поглинання тепла триває. Тепло, використовуване для перетворення твердої речовини в рідину, не збільшується після досягнення точки плавлення і називається прихованою теплотою плавлення. Лише після того, як всі тверда речовина перейде в рідкий стан, його температура знову починає зростати.

Пароутворення

Якщо продовжувати нагрівати рідина, її температура буде рости до досягнення точки кипіння, після чого залишається незмінною, так як перетворення рідини в газ потребує великої кількості тепла. Тепло, використовуване для переходу рідини в газоподібний стан, називається теплотою паротворення. Як тільки всі речовина перетвориться в пару, його температура буде знову рости.

При охолодженні газу його температура спочатку падає. Потім, після досягнення точки кипіння речовини, газ віддає свою теплоту пароутворення і переходить у рідкий стан при тій же температурі. Тільки коли весь газ перетвориться в рідину, температура речовини починає падати.

При подальшому охолодженні температура знижується до точки замерзання рідини, після чого вона віддає свою сховану теплоту плавлення і переходить у твердий стан при тій же температурі. Коли твердне вся рідина, температура речовини знову починає падати.

Тиск

Хоча вважається, що вода замерзає при 0 В° С, а закипає при 100 В° С, це вірно лише в умовах нормального атмосферного тиску. Зі зміною тиску міняється і температура переходу речовини з одного агрегатного стану в інший. Наприклад, при підвищенні тиску зменшується температура танення льоду або замерзання води. Ось чому так легко ковзати на ковзанах по льоду ковзанки або замерзлого озера. Вага тіла людини через вузькі леза ковзанів з величезною силою тисне на лід. В результаті знижується точка танення льоду, а його температура стає недостатньо низькою, щоб він залишався у твердому стані, і лід під ковзанами миттєво перетворюється на воду. Коли припиняється тиск на воду, вона знову швидко перетворюється на лід.

тонка настройка avaya

З зміною тиску також змінюється і температура кипіння води. Наприклад, при низькому тиску молекулам легше випаровуватися в повітря, і вода закипає при температурі нижче звичайної.

Іноді альпіністи скаржаться, що не можуть заварити хороший чай високо в горах. Це відбувається тому, що чим вище ви піднімаєтеся в гори, тим менше товщина шару повітря над вами. При цьому тиск падає, і вода закипає при температурі, занадто низькою для витягання всіх смакових речовин з листів чаю. Подальше нагрівання прискорить процес кипіння, але не підвищить температуру води.

мобільні телефони

Зворотний ефект спостерігається при кип'ятінні води в скороварці. Пара, що утворюється при кипінні води, не має виходу з цього герметичного с...удини, і тиск усередині нього збільшується. При цьому температура кипіння води підвищується, і вода залишається в рідкому стані, поки не нагріється до температури вище її звичайної точки кипіння.

Принцип впливу тиску на рідини і гази використовується в холодильниках. У деяких з них рідина з низькою температурою кипіння спочатку перетворюється в пару за рахунок зменшення тиску. Це відбувається в трубах, що проходять через морозильну камеру. Перетворюючись на пару, холодоагент поглинає сховане тепло внутрішньої частини холодильника і його вмісту, тим самим, охолоджуючи їх. Потім пара стискується і перетворюється назад у рідину. При цьому холодоагент віддає своє сховане тепло, виведене назовні через трубки, розташовані на задній стінці холодильника.

Домішки

Іноді для визначення невідомих продуктів хімічних реакцій і досвідів використовуються їх точки замерзання та кипіння. Але такий метод застосуємо тільки для чистих речовин, тому що присутність домішок знижує температуру замерзання і підвищує температуру кипіння. Так, додавання повареної солі до води знижує точку її замерзання. Ось чому взимку дороги посипають сіллю. Солона вода замерзає при температурі - 8 В° С і нижче, тому поки температура не впаде як мінімум до цієї точки, замерзання не відбувається.

Льодосоляне суміш деколи застосовується в якості "охолодної суміші" для низькотемпературних досвідів. Коли лід тане, він поглинає сховане тепло, необхідне для перетворення, з навколишнього його середовища, тим самим, охолоджуючи її. При цьому поглинається стільки тепла, що температура може впасти нижче - 15 В° С.

Більшість речовин розширюються при нагріванні і стискаються при охолоджуванні. Наприклад, ртуть у градуснику піднімається по вузькій трубці й показує підвищення температури. Оскільки ртуть замерзає при - 39 В° С, вона не годиться для термометрів, використовуваних в суворих температурних умовах.

Вода також розширюється при нагріванні і стискується при охолодженні. Однак в діапазоні охолодження від приблизно 4 В° С до 0 В° С вона розширюється. Взимку можуть лопнути водопровідні труби, якщо вода в них замерзла, і утворилися великі маси льоду. Тиску льоду на стінки труби буває досить для їх розриву.

Розширення води

Так як вода розширюється при охолодженні, щільність льоду (твердої форми води) менше, ніж у води в рідкому стані. Іншими словами, даний обсяг льоду важить менше, ніж той же об'єм води. Тому лід формується на поверхні ставків і озер.

В районі Північного і Південного полюсів Землі вода замерзає й утворює айсберги. Деякі з цих плаваючих крижаних гір мають значні розміри. У 1956 р. в південній частині Тихого океану був виявлений найбільший з відомих людині айсбергів. Площа його поверхні перевищувала 31 000 км2.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту .sciencetechnics.com/