ИЗУЧЕНИЕ ПЕРЕХОДА: ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО - ЖИДКОСТЬ, ЖИДКОСТЬ – ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО

Все твердые тела можно разделить на кристаллические и аморфные. Одной из их важных отличительных особенностей, является наличие определенной температуры плавления и отвердевания, что связано с различным внутренним строением этих тел.

Поместим кусок твердого тела (например, металл) в пробирку и будем нагревать ее. Температуру тела измерим термопарой (рис. 1). С течением времени температура твердого тела непрерывно растет, как показано на рис. 2. По достижении некоторой характерной для данного вещества температуры, называемой температурой плавления, тело начинает плавиться и при дальнейшем нагревании температура его остается постоянной. Все подводимое при этом тепло тратится на плавление твердого тела. Температура смеси твердого тела с его расплавом остается постоянной, равной температуре плавления до тех пор, пока все твердое тело не превратится в жидкость. При дальнейшем нагревании температура жидкости начнет расти (рис. 2).

Если нагревание прекратить, жидкость начнет охлаждаться и температура ее с течением времени начнет уменьшаться, как показано на рис. 3. При достижении температуры плавления жидкость должна начать кристаллизоваться. Но если в жидкости нет центров кристаллизации, то кристаллизация затруднена и вещество, оставаясь в жидком состоянии, остынет до температуры меньше, чем температура плавления. Такое состояние называется переохлаждением. Величина переохлаждения для металла незначительна и составляет обычно доли градусов. Для гипосульфита переохлаждение может достигнуть и десятка градусов. Если в переохлажденной жидкости создать центр кристаллизации (например, бросив туда кристаллы этого же вещества), то часть жидкости начнет кристаллизоваться. Температура смеси начнет при этом повышаться. Причина повышения температуры смеси следующая: внутренняя энергия кристаллического состояния всегда меньше, чем внутренняя энергия жидкости. Следовательно, при переходе из жидкого состояния в твердое – внутренняя энергия уменьшается, и освобожденная энергия распределяется по всей массе смеси, повышая температуру. При дальнейшем охлаждении температура закристаллизовавшегося вещества будет уменьшаться.

В противоположность кристаллическим телам, аморфные тела не имеют определенной температуры плавления (отвердевания). Они переходят в жидкое состояние плавно, без скачков, постепенно размягчаясь. Таким образом, принципиальной разницы между жидким и твердым состоянием аморфного вещества нет.

Выполнение работы

Необходимо провести наблюдение за температурой при переходе из твердого состояния в жидкое и из жидкого состояния в твердое для двух веществ: аморфного и кристаллического.

Имеются две колбы, в левой колбе помещено кристаллическое вещество – гипосульфит, а в правой – аморфное вещество – парафин. В каждой колбе находится термометр для регистрации изменения температуры при нагревании и охлаждении. Время фиксируется с помощью секундомера.

1. Поместить колбы в сосуд с водой и поставить на электроплитку.

2. Электроплитку включить в сеть.

3. С помощью секундомера через каждые две минуты фиксировать показания термометров.

4. Данные записать в таблицу:

5. После того как оба вещества перейдут в жидкое состояние, электроплитку отключить из сети. Убрать сосуд с водой.

6. Фиксировать показания термометров и секундомера при охлаждении. Когда температура гипосульфита опустится на 2–3 градуса ниже температуры плавления (Т_пл = 48 ⁰С), в колбу необходимо бросить кристаллики гипосульфита, через отверстие в пробке. Затем продолжить наблюдение за температурой, пока температура не пройдет через максимум (Т_пл = 48 ⁰С) и не опустится на несколько градусов ниже этого максимума.

7. Построить график зависимости температуры от времени для двух веществ по полученным данным, затем сравнить с теоретическим.