Плавлення та кристалізація

Чи замислювалися ви над тим, чому грудочка снігу в руці тане? Чому утворюються крижані бурульки і коли вони утворюються — у відлигу чи, навпаки, в мороз? Як охолодити трохи снігу без морозильної камери? Чому шматочок свинцю можна розплавити в сталевій ложці, а от шматочок сталі у свинцевій ложці — не можна? Вивчивши даний матеріал, ви зможете відповісти на ці запитання.

Процеси плавлення та кристалізації, температура плавлення

Якщо трохи снігу занести до теплої кімнати, через деякий час сніг розтане, або, як кажуть фізики, розплавиться.

Плавлення — це процес переходу речовини з твердого стану в рідкий.

• практично всі кристалічні речовини починають плавитися після досягнення ними певної (власної для кожної речовини) температури;
• у процесі плавлення температура речовини не змінюється.

Температура плавлення — це температура, за якої тверда кристалічна речовина плавиться, тобто переходить у рідкий стан.

Отже, тверда речовина в разі досягнення певної температури перетворюється на рідину. Так само за певних умов тверднуть (кристалізуються) рідини. Наприклад, якщо винести воду на мороз або поставити посудину з водою в морозильну камеру, то вода з часом закристалізується, перетворившись на лід.

Кристалізація — це процес переходу речовини з рідкого стану у твердий кристалічний.

Тверді тіла різняться кольором, формою тощо, вони складаються з різних речовин. Разом із тим вони мають спільні фізичні властивості, притаманні всім твердим тілам.

Вимірюючи температуру речовин під час їх охолодження та подальшої кристалізації, доходимо таких висновків:

• процес кристалізації починається тільки після охолодження рідини до певної для цієї рідини температури;
• під час кристалізації температура речовини не змінюється;
• температура кристалізації речовини дорівнює температурі її плавлення.

Температури плавлення (кристалізації) різних речовин досить сильно різняться. Так, температура плавлення спирту становить -115 °С, льоду — 0 °С; сталь плавиться за температури 1400 °С, свинець — за температури 327 °С, а щоб розплавити вольфрам, його слід нагріти до величезної температури 3387 °С.

Температура плавлення (кристалізації) — це характеристика речовини, тому її визначають експериментально й заносять у таблиці.

У таких таблицях немає аморфних речовин, адже вони, як ви вже знаєте, не мають певної температури плавлення: нагріваючись, аморфні речовини поступово м’якшають, а в ході охолодження поступово твердішають. Надалі, вивчаючи процеси плавлення та кристалізації, ми розглядатимемо тільки кристалічні речовини.

Побудова графіка і пояснення процесів плавлення та кристалізації

Графік матиме таку симетричність, якщо кількість теплоти, яку щохвилини отримує лід, а потім вода під час роботи нагрівника, дорівнюватиме кількості теплоти, яку щохвилини віддає та сама речовина під час роботи холодильника

§ 49. Зміни агрегатних станів речовини

Ви вже знаєте, що лід, вода та водяна пара складаються з однакових молекул — молекул води. Різниця лише в тому, що вода перебуває в різних станах: твердому, рідкому, газоподібному. Ці стани речовин називають агрегатними (мал. 49.1).

Мал. 49.1. Агрегатні стани речовин

Багато речовин за різних умов можуть перебувати в різних агрегатних станах. За звичайних умов повітря — це газ, а за низької температури — рідина. Залізо за звичайних умов тверде, а за високої температури — рідке.

Плавлення та твердіння

Із вашого досвіду ви знаєте, що речовини можуть змінювати свій агрегатний стан.

Восени калюжі вкриваються кригою, а влітку після дощу такі самі калюжі швидко висихають. Навесні тане сніг. У теплу погоду йде дощ, а в морозну — сніг.

Це приклади зміни агрегатних станів води. Так само можуть змінювати агрегатні стани й інші речовини.

Процес, за якого тверді тіла переходять у рідкий стан, називають плавленням (мал. 49.2). Прикладами плавлення є танення льоду, плавлення металів тощо.

Мал. 49.2. Танення бурульок — процес переходу води з твердого стану в рідкий

Випаровування та конденсація

Нагрівання рідин спричиняє пароутворення — випаровування з поверхні рідини (мал. 49.3). А за подальшого нагрівання відбувається процес кипіння.

Мал. 49.3. Випаровування води під час кип’ятіння

Якщо газ або пару охолоджувати, то, зазвичай, спочатку газ конденсується — перетворюється на рідину (мал. 49.4)

Мал. 49.4. Конденсація водяної пари на холодному склі вікна

Охолодження перетворює рідину на тверде тіло: відбувається твердіння, або кристалізація (мал. 49.5).

Мал. 49.5. Лід утворюється у процесі кристалізації

Агрегатний стан багатьох речовин залежить від температури.

Дізнайтеся більше

Іноді перехід із твердого стану в газоподібний може минати рідкий стан. Такий процес називають сублімацією. Наприклад, тверда вуглекислота (її ще називають «сухий лід») за температури -70 °С й атмосферного тиску випаровується без переходу в рідкий стан, тобто сублімується.

Перехід із газоподібного стану у твердий називають десублімацією.

Процеси переходу води у різні агрегатні стани

Проектна діяльність

Створіть лепбук про зміни агрегатних станів речовин у природі та побуті.

Ключова ідея

Багато речовин за різних умов можуть перебувати в різних агрегатних станах. Речовини змінюють агрегатний стан за певних умов: нагрівання, охолодження. За підвищення температури відбуваються процеси плавлення, пароутворення й кипіння. А за зниження температури – твердіння або кристалізація.

Запитання для повторення й засвоєння

• 1. Що необхідно зробити, щоб конденсувалася водяна пара?
• 2. Що потрібно зробити, щоб перетворити воду на лід?
• 3. Як потрібно змінити температуру, щоб розпочався процес випаровування?
• 4. У якому стані перебувають речовини в морозиві? Завдяки якому процесу воно утворюється під час приготування?
• 5*. Проведіть дослідження зміни агрегатних станів харчових продуктів і заморозьте фруктовий сік або молоко з допомогою дорослих. Опишіть або сфотографуйте зміни, які при цьому відбулися.