При плавлении вещество переходит из твердого состояния в жидкое при этом: Внимательно прочитайте текст задания и выберите верный ответ из списка

При плавлении вещество переходит из твердого состояния в жидкое. При этом

хелп срочный по физике, даю много баллов​

Диск вращается с угловой скоростью 2*2рад/мин чему равна линейная скорость точки диска находящиеся на расстоянии 3 мм от центра вращения?

ДОПОМОЖІТЬ БУДЬ ЛАСКА!!!!!!!!!!! Треба вирішити та розписати задачі, з дано,знайти та саме розв’язання. 5. Зварювальний апарат приєднують до мережі мі … дними дротами довжиною 100 м та площею поперечного перерізу 50 мм2. Знайдіть напругу на дротах, якщо сила струму дорівнює 125 А. Питомий опір міді 1,7∙10–8 Ом∙м. 6. За допомогою електролізу зробили нікелювання пластинки площею 200 см2. Електроліз робили за сили струму 2 А. Товщина шару нікелю 0,02 мм. Протягом якого часу відбувався електроліз? Електрохімічний еквівалент нікелю 0,3∙10–6 кг/Кл. Густина нікелю 8900 кг/м3.

1. Свободным падением называется…а) падение тела, на которое не действуют другие тела; б) движение тела по инерции;в) движение тела под действием силы … тяжести;г) движение тела, на которое не действует сила тяжести.2. Мяч брошен вертикально вверх. При движении мяча вверх…а) скорость и ускорение мяча направлены вверх;б) скорость мяча направлена вверх, ускорение вниз;в) скорость и ускорение мяча направлены вниз;г) скорость мяча направлена вверх, ускорение отсутствует.3.Какая из приведенных ниже величин отсутствует у тела при его свободном падении?а) от всего перечисленного; б) вес; в) масса; г) сила тяжести4.От чего зависит ускорение свободного падения?а) от массы падающего тела; б) от долготы местности;в) от залежей полезных ископаемы г) от широты местности;д) от высоты над поверхностью планеты.5.В трубке, из которой откачен воздух, на одной и той же высоте находятся дробинка, кусочек ваты и пробка. Какое из этих тел первым достигнет дна трубки при их свободном падении?а) дробинкаб) пробкав) кусочек ваты г) все три тела достигнут дна одновременно .6. Шар падает вертикально вниз без начальной скоро¬сти. Если пренебречь силой сопротивления воздуха, то скорость шара через 0,5 с будет равна… а) 0 м/с; б) 2 м/с; в) 5 м/с; г) 10 м/с.7. Мяч бросили вертикально вверх со скоростью 10 м/с. Если пренебречь силой сопротивления воздуха, то скорость мяча через 1 с будет равна…а) 0 м/с; б) 2 м/с; в) 5 м/с; г) 10 м/с.8. На рисунке показана зависимость проекции скорости брошенного вертикально вверх тела от времени. В высшей точке тра¬ектории тело окажется через…9. Камень падает вертикально вниз без начальной ско¬рости. Если пренебречь силой сопротивления воздуха, то за 2 с камень пролетит расстояние… а) 2 м; б) 5 м; в) 10 м; г) 20 м.10. Мяч, подброшенный вертикально вверх, упал на зем¬лю через 2 с после броска. Определите начальную скорость мяча и максимальную высоту, на которую он поднялся. Сопротивлением воздуха пренебречь.​

ДАЮ 100 БАЛОВВ ПОМОГИТЕ РЕШИТЬ СРОЧНООО

Очень срочно!!!!! Решить задачу 2 способами: Яка кількість теплоти потрібна, щоб розплавити 5 кг олова, взятого за температури 32 °С?

На тіло вздовж вертикалі діють дві сили 15Н та 20Н. Чому дорівнює рівнодійна цих сил, якщо напрям їх протилежний?​

Якого перевантаження зазнає людина в ту мить,коли літачок атракціону,який рівномірно обертається у вертикальній площині зі швидкістю 10 м/с,проходить … нижню точку мертвої петлі,радіус якої 5 м?

решите пожалуйста!!!! ​

Тело двигаясь с ускорением 200мм/с Из состояния покоя приобрело скорость 13км/ч сколько минут длится процесс?

Плавление и кристаллизация в физике

Содержание:

1. Плавление и кристаллизация
2. Плавление, кристаллизация и температура плавления
3. Удельная теплота плавления
4. Изменение объема и плотности вещества при плавлении и отвердевании
5. Зависимость температуры и теплоты плавления от давления. Точка плавления
6. Уравнение теплового баланса при плавлении и кристаллизации
7. Растворы и сплавы. Охлаждающие смеси
8. Испарение твердых тел (сублимация)
9. Диаграмма состоянии вещества. Тройная точка

Плавление — это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое, то есть переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Плавление происходит с поглощением теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода, которое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения — температурной точке превращения — температура плавления.

Кристаллизация — образование кристаллов из паров, р ров, расплавов, из в ва в тв. состоянии (аморфном или другом кристаллическом), из электролитов в процессе электролиза (электрокристаллизация), а также при хим. реакциях.

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Плавление и кристаллизация

Переход вещества из твёрдого состояние в жидкое называют

плавлением.

Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления.

Кристаллизация — это процесс выстраивания атомов и молекул в жесткую кристаллическую решетку с хорошо определенной энергетически устойчивой структурой.

Плавление, кристаллизация и температура плавления

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением, а переход из жидкого состояния в твердое — отвердеванием или кристаллизацией.

При плавлении твердого вещества увеличиваются расстояния между частицами, образующими кристаллическую решетку, и происходит разрушение самой решетки. Это означает, что в процессе плавления увеличивается молекулярно-потенциальная энергия вещества. Таким образом, плавление вещества самопроизвольно происходить не может, так как на этот процесс необходимо затрачивать энергию.

При кристаллизации происходит сближение частиц, которые образуют решетку, а их потенциальная энергия уменьшается. Следовательно, кристаллизация может происходить только тогда, когда жидкость отдает свою энергию каким-либо внешним телам.

Итак, единица массы жидкого вещества обладает большей внутренней энергией, чем единица массы того же вещества в твердом состоянии, даже если их температура одинакова.

Область, в которой вещество однородно по всем физическим и химическим свойствам, называется фазой состояния этого вещества. Отметим, что твердая и жидкая фазы вещества при одинаковой температуре могут оставаться в равновесии сколь угодно долго, если твердая фаза не сможет получить энергию, а жидкая — ее отдать. Например, лед может долго плавать в воде, если температура всех окружающих тел будет одинакова и равна 0°С.

Пусть имеется только твердая фаза вещества, которая получает энергию от других тел. Тогда сначала будет возрастать и молекулярно-потенциальная и молекулярно-кинетическая энергии этого вещества, так как и расстояния между частицами в кристаллической решетке и скорости их движения будут увеличиваться. Затем, при определенной температуре, начнется разрушение кристаллической решетки. Пока все вещество не расплавится, его температура остается неизменной, а вся получаемая веществом энергия идет только на работу по преодолению сил молекулярного сцепления. Когда останется только жидкая фаза, то, продолжая получать энергию, она будет уже нагреваться, т. е. начнет возрастать ее молекулярно-кинетическая энергия.

Если жидкая фаза будет отдавать свою энергию окружающим телам, то все описанные процессы повторятся в обратном порядке. 

На рис. 12.1 показаны графики изменения температуры вещества при плавлении и отвердевании.

Отрезок ((рис. 12.1, а) выражает количество теплоты, полученное веществом при нагревании в твердом состоянии (от до ), отрезок — при плавлении и отрезок — при нагревании в жидком состоянии. Отрезок  (рис. 12.1,6) выражает количество теплоты, отданной веществом при охлаждении в жидком состоянии (от  до ), отрезок — при отвердевании и отрезок  — при охлаждении в твердом состоянии. Опыт показывает, что

плавление и отвердевание определенного вещества происходит при одинаковой температуре, не изменяющейся, пока совместно существуют твердая и жидкая фазы вещества. Эта температура называется температурой плавления. Отметим, что при плавлении и отвердевании вещества всегда существует резкая граница между твердой и жидкой фазами.

Как показывает опыт, у аморфных веществ процессов плавления и отвердевания не наблюдается. При нагревании они постепенно размягчаются, а при охлаждении постепенно густеют. Температура аморфных веществ в указанных случаях непрерывно изменяется, а границы между твердой -и жидкой фазами не существует, так как вся их масса имеет однородный вид.

Итак, плавление и кристаллизацию можно наблюдать только у кристаллических тел.

Удельная теплота плавления

Изучение процессов плавления и отвердевания показало, что изменение внутренней энергии вещества при этих процессах прямо пропорционально его массе

т. Поскольку изменение энергии в таких случаях выражают количеством теплоты плавления , имеем

Теплота плавления зависит также от рода вещества и внешних условий. Эта зависимость выражается коэффициентом пропорциональности . Величина , характеризующая зависимость изменения внутренней энергии вещества в процессе его плавления или отвердевания от рода вещества и внешних условий, называется удельной теплотой плавления. Удельная теплота плавления вещества измеряется количеством теплоты, необходимым для плавления единицы массы этого вещества, взятого при температуре плавления:

Определим единицу удельной теплоты плавления , в СИ:

В СИ за единицу , принимают такую удельную теплоту плавления, при которой для плавления массы в 1 кг при неизменной температуре затрачивается 1 Дж энергии.

Удельную теплоту плавления определяют опытным путем и при расчетах берут из таблиц.

Изменение объема и плотности вещества при плавлении и отвердевании

При плавлении происходит переход от упорядоченного расположения частиц в решетке твердого тела к их беспорядочному расположению в жидкости; поэтому можно ожидать, что при плавлении и отвердевании вещества будет происходить заметное изменение его объема. Опыт подтверждает это предположение. Например, при затвердевании расплавленного в пробирке нафталина в нем образуется углубление.

Оказывается, что у огромного большинства веществ объем при плавлении увеличивается, а при отвердевании уменьшается. Очевидно, при этом изменяется и плотность этих веществ: при плавлении плотность уменьшается, а при отвердевании увеличивается. Это легко подтвердить опытами. Например, кристаллики твердого нафталина тонут в расплавленном нафталине.

Проделав такого рода опыт с висмутом, мы Рис. 12.2. убедимся в том, что твердый висмут плавает в жидком висмуте.

Лед также плавает в воде. Некоторые вещества, например висмут, лед, галлий, германий, кремний, чугун, при плавлении сжимаются, а при отвердевании расширяются. Эти отклонения от общего правила объясняются особенностями строения кристаллических решеток этих веществ. Так, кристаллическая решетка германия и кремния (решетка типа алмаза, см. рис. 11.8) отличается невысокой плотностью упаковки атомов, и при плавлении эти вещества уменьшаются в объеме.

На рис. 12.2 показано расположение молекул льда в пространственной решетке, где видно, что молекулы Н₂0 расположены вплотную друг к другу, но при этом образуют ажурную конструкцию, в которой имеются значительные внутренние пустоты. При плавлении расстояния между ближайшими молекулами Н₂0 увеличиваются, как и у других веществ, но ажурное строение кристалла ломается и за счет заполнения молекулам внутренних пустот общий объем вещества уменьшается. Поэтому вода оказывается плотнее льда.

Исследования показали, что после плавления в воде остаются отдельные части кристаллической решетки, в которых сохраняются пустоты. Они постепенно разрушаются лишь в процессе дальнейшего нагревания воды. Поэтому вода сжимается при нагревании до температуры 4°С. При 4°С процессы исчезновения пустот и увеличения расстояний между молекулами при нагревании компенсируются, и при дальнейшем нагревании вода начинает расширяться. При охлаждении воды все описанные процессы происходят в обратном порядке. Таким образом, вода имеет наибольшую плотность лишь при 4°С.

Это свойство воды имеет огромное значение в природе. Расширение воды при замерзании ведет к разрушению горных пород, предохраняет водоемы от промерзания и т. п. (Подумайте, почему на дне рек и озер зимой сохраняется температура 4°С.)

Изменение объема металлов при плавлении и отвердевании имеет существенное значение в литейном деле.

Зависимость температуры и теплоты плавления от давления. Точка плавления

Опыт показывает, что изменение внешнего давления на твердое вещество отражается на температуре плавления этого вещества. В тех случаях, когда объем вещества при плавлении возрастает, увеличение внешнего давления, которое затрудняет процесс плавления, приводит к повышению температуры плавления. Если же объем вещества при плавлении уменьшается, то увеличение внешнего давления ведет к понижению температуры плавления этого вещества, так как повышенное давление в этом случае помогает процессу плавления. Отметим, что только очень большое увеличение давления заметно изменяет температуру плавления вещества. Например, чтобы понизить температуру плавления льда на 1 кельвин, давление нужно повысить на 130 атмосфер.

Температуру плавления вещества при нормальном атмосферном давлении называют точкой плавания вещества.

Оказывается, что удельная теплота плавления , тоже зависит от давления. При больших внешних давлениях вещество в процессе расширения должно совершать заметную работу против сил внешнего давления. Поэтому у тех веществ, которые при плавлении расширяются, удельная теплота плавления при увеличении внешнего давления возрастает, а у льда, висмута и галлия — убывает. Например, если при нормальном давлении для ртути = 11,5 ^. 10³ Дж/кг и для висмута =54,5 ^. 10³ Дж/кг, то при давлении 12 ^. 10³ атм =13,2 ^. 103 Дж/кг и          = 38,1 ^. 10³ Дж/кг.

Уравнение теплового баланса при плавлении и кристаллизации

Многие расчеты процессов теплообмена, в которых происходят плавление и отвердевание, проводят с помощью уравнения теплового баланса. В качестве примера рассмотрим, как составляется такое уравнение при определении удельной теплоты плавления льда с помощью калориметра.

Возьмем калориметр массой , в котором находится некоторое количество воды при температуре . Чтобы определить льда, бросим в калориметр кусочек тающего льда массой  при температуре . Допустим, что, когда весь лед растаял, в калориметре установилась температура . Тогда можно считать, что лед получал теплоту, когда таял, а образовавшаяся из него вода — когда нагревалась до температуры , т. е.

Отдавали же теплоту калориметр и находившаяся в нем вода. Поэтому

Так как имеем

Из последнего уравнения по результатам, полученным из опыта, вычисляют удельную теплоту плавления льда. Она равна =3,3 ^. 10⁵ Дж/кг.

Растворы и сплавы. Охлаждающие смеси

Из практики известно, что в воде хорошо растворяются различные соли и многие другие вещества, например сахар. При этом оказывается, что такие вещества распадаются на отдельные молекулы, которые равномерно перемешиваются с молекулами воды. Таким образом, раствор представляет собой равномерную смесь молекул растворенного вещества и растворителя.

Поваренная соль хорошо растворяется в воде, но можно насыпать в воду столько соли, что она перестанет растворяться. Это относится и к большинству других растворов. Такой раствор, в котором какое-либо вещество больше растворяться уже не может, называется насыщенным. Но бывают растворы, в которых молекулы двух веществ при растворении могут перемешиваться в любой пропорции, например раствор этилового спирта в воде (или воды в спирте).

При растворении твердых веществ в жидкости необходимо затратить энергию, которая называется теплотой растворения. Поэтому при таком растворении часто наблюдается охлаждение раствора. Так, при растворении нашатыря в воде температура заметно понижается. Отметим, что, когда между растворяемым веществом и растворителем происходит химическая реакция, может произойти нагревание раствора.

На растворение многих веществ влияет температура. (Например, при повышении температуры растворимость сахара резко возрастает, а растворимость воздуха в воде уменьшается.) Растворимость многих газов при увеличении давления может резко возрастать. (Напомним, что в вине или в воде при повышенном давлении растворяется много углекислого газа. При быстром подъеме из глубоких слоев воды водолаз может погибнуть от «кессонной болезни», так как при резком падении давления из крови выделяются растворенные в ней газы и кровь как бы закипает.) Растворяться в жидком растворителе могут и твердые вещества, и жидкости, и газы. Но далеко не всякие вещества образуют растворы. Так, ртуть и керосин не дают растворов в воде.

При охлаждении или выпаривании насыщенного раствора твердого вещества можно наблюдать его кристаллизацию. Таким путем удобно выращивать большие монокристаллы. Для этого в насыщенном растворе подвешивают маленький кристаллик из растворенного вещества и очень медленно выпаривают раствор.

Растворенное вещество понижает температуру затвердевания растворителя и повышает температуру его кипения, Так, например, концентрированный раствор поваренной соли в воде замерзает при температуре —21°С, а раствор хлористого кальция — при —55°С. Поэтому смесь снега с солью иногда используют как охлаждающую смесь. Сначала в такой смеси образуется небольшое количество раствора соли в воде, затем происходит дальнейшее растворение в нем кристаллов смеси, что вызывает значительное понижение ее температуры.

Расплавив различные вещества и смешав их в определенной пропорции, можно получить разнообразные сплавы. Иногда при этом образуются твердые растворы. К ним относится сталь — она представляет собой раствор углерода в железе. Атомы углерода в стали располагаются в междоузлиях решетки железа, т. е. внедрены между атомами железа. В твердых растворах атомы одного металла в узлах решетки могут замещать атомы другого. Примером такого раствора могут служить сплавы меди и золота.

В технике часто бывают нужны материалы с такими свойствами, которые не встречаются у природных веществ. Тогда подбирают подходящий материал, создавая новые сплавы с нужными свойствами. Одни сплавы обладают большой, пластичностью, другие — большой механической прочностью и легкостью, третьи имеют очень низкую температуру плавления, четвертые обладают большой жаропрочностью и т. д. Поэтому создание новых сплавов и изучение их свойств является одной из важнейших задач современной науки и техники.

Испарение твердых тел (сублимация)

Многие твердые вещества обладают запахом. Примером таких веществ являются камфара и нафталин. Это доказывает, что при определенных условиях твердые вещества могут переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. Действительно, запах создается молекулами твердых веществ, которые попадают к нам в нос. Следовательно, в воздухе имеются пары этих веществ.

Процесс испарения твердых тел аналогичен испарению жидкостей (§ 7.2). Все твердые вещества испаряются, но чаще всего паров этих веществ бывает так мало, что их невозможно обнаружить.

Испарение твердых тел называется возгонкой или сублимацией (от латинского «сублимаре» — возносить). На опыте легко обнаружить возгонку льда и снега. Например, зимой можно заметить уменьшение инея на ветвях деревьев с течением времени.

В пищевой промышленности для понижения температуры часто пользуются «сухим льдом» (твердая двуокись углерода, С0₂), который переходит непосредственно в газообразное состояние. Сушка продуктов и других материалов с помощью сублимации широко используется в различных отраслях производства.

Часто можно наблюдать и обратный переход из газообразного состояния непосредственно в твердое, минуя жидкое состояние (десублимация). На окнах зимой иногда можно видеть быстрый рост кристалликов льда в виде красивых и разнообразных узоров на стеклах, которые образуются непосредственно из водяных паров, находящихся в воздухе.

Очевидно, что испарение твердого тела, как и испарение жидкости, происходит с поглощением теплоты. Количество теплоты, необходимое для превращения твердого тела в пар при неизменной температуре, называется теплотой сублимации.

Для одного и того же вещества теплота сублимации больше, чем теплота парообразования из жидкости, поскольку при испарении твердого тела происходит еще и разрушение его кристаллической решетки, что также требует затраты энергии (как и при плавлении). Ясно, что при десублимации выделяется такая же теплота, какая поглощается при сублимации (если внешние условия одинаковы).

Диаграмма состоянии вещества. Тройная точка

Выше говорилось, что состояние вещества зависит от внешних условий, и в первую очередь от давления и температуры. Поэтому для каждого вещества на основе экспериментальных данных можно составить диаграмму состояний в координатах р и Т, по которой легко определить, в каком состоянии будет находиться это вещество и что с ним будет происходить при изменении внешних условий.

На рис. 12.3 схематически изображена такая диаграмма для вещества, когда в рассматриваемом пространстве, кроме этого вещества, ничего нет.

Кривая КС есть уже известная нам зависимость давления насыщающего пара взятого вещества от температуры, где К — критическая точка (рис. 8.9), а точка С соответствует температуре затвердевания жидкости под давлением ее насыщающих паров (при потере энергии этим веществом). Кривая АС выражает зависимость от температуры давления насыщающих паров, находящихся над поверхностью твердого тела. Температура плавления вещества зависит от давления, на диаграмме линией ВС показана и эта зависимость.

Каждая точка на диаграмме соответствует равновесному состоянию вещества, т. е. такому, в котором оно может находиться неопределенно долгое время. Часть диаграммы слева от линии АСВ соответствует твердому состоянию вещества; область, ограниченная линией ВСК,— жидкому, а область справа от линии АСК — газообразному состоянию. Линия КС соответствует равновесию жидкой и газообразной фаз, линия ВС — равновесию жидкой и твердой фаз и АС—равновесию твердой и газообразной фаз.

При неизменных внешних условиях (р и Т), соответствующих какой-либо точке на линиях равновесия фаз АС, ВС или КС, две фазы вещества могут находиться в подвижном равновесии, при котором из одной фазы в другую переходит одинаковое число молекул. Это равновесие может сохраняться как угодно долго, если энергия не подводится к веществу и не отводится от него.

Точке С соответствуют единственные для данного вещества значения р и Т, при которых все три фазы этого вещества могут находиться в равновесии. Точку С на диаграмме состояний вещества, которая изображает равновесие между всеми тремя фазами этого вещества, называют тройной точкой. У воды, например, в тройной точке давление равно 610 Па, а температура равна 273,16 К (эта температура использована для определения кельвина; см. § 4.5).

Если внешние условия изменяются (р или Т, или р и Т одновременно), то точка, соответствующая этим условиям, перемещается на диаграмме (например, нагревание или охлаждение при постоянном давлении соответствует перемещению точки по горизонтальной прямой). Когда точка на диаграмме переходит из одной области в другую, происходит переход вещества из одного состояния в другое. Так, при переходе через линию ВС происходит плавление или кристаллизация, через КС — испарение или конденсация, через АС — сублимация или десублимация. Поэтому линии равновесия фаз ВС, КС и АС называют еще линиями фазовых переходов, а диаграмму состояний — диаграммой фазовых переходов.

Напомним, что фазовые превращения связаны с изменением внутренней энергии вещества и происходят с поглощением (или выделением) теплоты фазового превращения — теплоты плавления (кристаллизации), парообразования (конденсации), сублимации (десублимации).

На диаграмме состояний (рис. 12.3) видно, что сублимация и десублимация возможны при температурах и давлениях меньших, чем в тройной точке. Так, лед может возгоняться только при температуре ниже 273,16 К, когда давление водяных паров над поверхностью льда меньше давления насыщающего водяного пара.

Углекислота в тройной точке имеет температуру, равную —56,6°С, и давление 5,11 атм. Поэтому при атмосферном давлении углекислота может существовать только в твердом или газообразном состоянии и «сухой лед» превращается непосредственно в газ; при нормальном давлении температура его сублимации равна —78°С.

Температура и давление в тройной точке для различных веществ различны. Поэтому в большинстве случаев при обычных условиях сублимации не наблюдают.

Оказывается, что давление и температура в тройной точке для раствора всегда меньше, чем для чистого растворителя.

Линия СВ в большинстве случаев немного отклонена от вертикали вправо от точки С, а для льда, висмута, галлия, германия, кремния —влево (§ 12.4). У воды в точке С р=610 Па (4,58мм рт. ст.) и Т=273,16 К (т. е. 0,01°С), а при нормальном давлении (р=  1,013 ^. 105 Па, или 760 мм рт. ст.) температура плавления льда равна 273,15 К (0°С).

Заметим, что в неустойчивом состоянии жидкость может находиться в области пара (перегретая жидкость) или в области твердой фазы (переохлажденная жидкость). Пересыщенный пар тоже может оказаться в области жидкости или в области твердого состояния. Однако твердая фаза всегда переходит в жидкую или газообразную на кривой АСВ. Таким образом, перегретых кристаллов в природе не бывает.

Важные особенности имеет диаграмма состояний гелия (рис. 12.4). 

На этой диаграмме видно, что линии равновесия твердой фазы о жидкой и жидкой фазы с газообразной нигде не пересекаются, т. е. у гелия нет тройной точки. Другие вещества с такой особенностью неизвестны.

Критическая температура гелия равна 5,25 К. Следовательно, гелий можно перевести в жидкое состояние, только охладив его ниже этой температуры. Опыты, выполненные П. Л. Капицей, показали, что при небольших давлениях гелий остается в жидком состоянии даже при температуре, как угодно близкой к абсолютному нулю. Все другие вещества переходят в твердое состояние при значительно более высоких температурах. Гелий же переходит в твердое состояние лишь под давлением в несколько десятков атмосфер (рис. 12.4). Линия сублимации у гелия отсутствует, т. е. твердый гелий’ни при каких условиях не может быть в равновесии со своим паром.

Жидкий гелий обладает важной особенностью. При температурах выше 2,19 К он обладает обычными для сжиженных газов свойствами и называется гелий-I. Когда гелий, находящийся под давлением его насыщающих паров, охлаждают ниже температуры 2,19 К, происходит резкое изменение его свойств, и он (оставаясь жидким) переходит в новое состояние, в котором его называют гелий-II. В этом состоянии гелий является как бы смесью двух жидкостей, одна из которых — обычный гелий-I, а другая представляет собой сверхтекучую компоненту, абсолютно лишенную вязкости. Эти две компоненты могут свободно двигаться одна внутри другой без взаимодействия между собой. Сверхтекучая компонента без всякого трения протекает через самые узкие капилляры и щели.

На диаграмме (рис. 12.4) области существования гелия-I и гелия-II разделены штриховой линией. Сверхтекучая компонента, образующаяся при переходе гелий-I — гелий-II, увеличивается при дальнейшем понижении температуры, и при абсолютном нуле весь жидкий гелий должен перейти в сверхтекучее состояние.

Явление сверхтекучести гелия, открытое П. Л. Капицей, было объяснено на основе квантовой механики выдающимся советским ученым Л. Д. Ландау. Согласно квантовой теории энергия молекул при абсолютном нуле не равна нулю, как это следует из классической кинетической теории вещества (§ 4.5). Молекулы даже при абсолютном нуле обладают так называемой нулевой энергией — наименьшей возможной для них энергией. У гелия силы взаимодействия между атомами очень малы, и нулевая энергия гелия оказывается достаточной, чтобы воспрепятствовать атомам гелия образовать кристаллическую решетку. Только с помощью большого внешнего давления можно сблизить атомы гелия настолько, чтобы они образовали кристалл. Сверхтекучая компонента в гелий-II, появляющаяся при температурах, близких к абсолютному нулю, и состоит из атомов гелия с нулевой энергией.

Услуги по физике:

1. Заказать физику
2. Заказать контрольную работу по физике
3. Помощь по физике

Лекции по физике:

1. Физические величины и их измерение
2. Основные законы механики
3. Прямолинейное равномерное движение
4. Прямолинейное равнопеременное движение
5. Сила
6. Масса
7. Взаимодействия тел
8. Механическая энергия
9. Импульс
10. Вращение твердого тела
11. Криволинейное движение тел
12. Колебания
13. Колебания и волны
14. Механические колебания и волны
15. Бегущая волна
16. Стоячие волны
17. Акустика
18. Звук
19. Звук и ультразвук
20. Движение жидкости и газа
21. Молекулярно-кинетическая теория
22. Молекулярно-кинетическая теория строения вещества
23. Молекулярно — кинетическая теория газообразного состояния вещества
24. Теплота и работа
25. Температура и теплота
26. Термодинамические процессы
27. Идеальный газ
28. Уравнение состояния идеального газа
29. Изменение внутренней энергии
30. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно
31. Кипение, свойства паров, критическое состояние вещества
32. Водяной пар в атмосфере
33. Тепловое расширение тел
34. Энтропия
35. Процессы перехода из одного агрегатного состояния в другое
36. Тепловое расширение твердых и жидких тел
37. Свойства газов
38. Свойства жидкостей
39. Свойства твёрдых тел
40. Изменение агрегатного состояния вещества
41. Тепловые двигатели
42. Электрическое поле
43. Постоянный ток
44. Переменный ток
45. Магнитное поле
46. Электромагнитное поле
47. Электромагнитное излучение
48. Электрический заряд (Закон Кулона)
49. Электрический ток в металлах
50. Электрический ток в электролитах
51. Электрический ток в газах и в вакууме
52. Электрический ток в полупроводниках
53. Электромагнитная индукция
54. Работа, мощность и тепловое действие электрического тока
55. Термоэлектрические явления
56. Распространение электромагнитных волн
57. Интерференционные явления
58. Рассеяние
59. Дифракция рентгеновских лучей на кристалле
60. Двойное лучепреломление
61. Магнитное поле и электромагнитная индукция
62. Электромагнитные колебания и волны
63. Природа света
64. Распространение света
65. Отражение и преломление света
66. Оптические приборы и зрение
67. Волновые свойства света
68. Действия света
69. Линзы и получение изображений с помощью линз
70. Оптические приборы и глаз
71. Фотометрия
72. Излучение и спектры
73. Квантовые свойства излучения
74. Специальная теория относительности в физике
75. Теория относительности
76. Квантовая теория и природа поля
77. Строение и свойства вещества
78. Физика атомного ядра
79. Строение атома

Температура плавления — это… Что такое Температура плавления?

Температу́ра плавле́ния и отвердева́ния — температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдёт в жидкое состояние, а температура не будет меняться, пока всё вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в твёрдое состояние (застывать) и, пока оно не застынет полностью, температура не изменится.

Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества.

На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например, олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не меняется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.

Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе, и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления — точкой ликвидуса). Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определенной температурой плавления, как чистые вещества.

Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления, с ростом температуры снижается вязкость таких веществ, и чем ниже вязкость, тем более жидким становится материал.

К примеру, обычное оконное стекло — это переохлаждённая жидкость. За несколько столетий становится видно, что при комнатной температуре стекло на окне сползает вниз под действием гравитации и становится внизу толще. При температуре 500—600 этот же эффект можно наблюдать уже в течение нескольких суток.

Поскольку при плавлении объём тела меняется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы даётся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.

Температуры плавления некоторых важных веществ^[1]:

вещество	температура плавления (°C)
гелий (при 2,5 МПа)	−272,2
водород	−259,2
кислород	−218,8
азот	−210,0
метан	−182,5
этиловый спирт	−114,5
хлор	−101
аммиак	−77,7
ртуть	−38,87
водяной лёд	0
бензол	+5,53
цезий	+28,64
сахароза	+185
сахарин	+225
олово	+231,93
свинец	+327,5
алюминий	+660,1
серебро	+960,8
золото	+1063
кремний	+1415
железо	+1539
титан	+1668
платина	+1772
цирконий	+1852
корунд	+2050
рутений	+2334
молибден	+2622
карбид кремния	+2730
осмий	+3054
оксид тория	+3350
вольфрам	+3410
углерод	+3547
карбид гафния	+3960
карбид тантала-гафния	+4216

Примечания

1. ↑ Дрица М. Е., Будберг П. Б., Бурханов Г. С., Дриц А. М., Пановко В. М. Свойства элементов. — Металлургия, 1985. — С. 672 с.

Фазовые переходы • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

В обычных условиях любое вещество пребывает в одном из трех состояний — твердом, жидком или газообразном (см. Агрегатные состояния вещества). Каждому из этих условий соответствует своя структура связей между молекулами и/или атомами, характеризующаяся определенной энергией связи между ними. Для изменения этой структуры нужен либо приток тепловой энергии извне (например, при плавлении твердого вещества), либо отток энергии вовне (например, при кристаллизации).

Взяв, для начала, твердое вещество, мы понимаем умозрительно, что в нем молекулы/атомы связаны в некую жесткую кристаллическую или аморфную структуру, — при незначительном нагреве они лишь начинают «трястись» вокруг своей фиксированной позиции (чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний). При дальнейшем нагревании вещества молекулы расшатываются всё сильнее, пока, наконец, не срываются с «насиженного» места и не отправляются в «свободное плавание». Это и есть плавление или таяние твердого вещества в жидкость. Поступление же энергии, необходимой для таяния вещества, называют теплотой плавления.

График изменения температуры твердого вещества при переходе им точки плавления сам по себе весьма интересен. До точки плавления по мере нагревания атомы/молекулы раскачиваются вокруг своего фиксированного положения всё сильнее, и поступление каждой дополнительной порции тепловой энергии приводит к повышению температуры твердого тела. Однако по достижении твердым веществом температуры плавления, оно на какое-то время так и остается при этой температуре, несмотря на продолжающийся приток тепла, пока в нем не накопится достаточное количество тепловой энергии для разрыва жестких межмолекулярных связей. То есть, в процессе фазового перехода вещества из твердого состояния в жидкое энергия поглощается им без повышения температуры, поскольку вся она уходит на разрыв межмолекулярных связей. Вот почему кубик льда в коктейле даже в самую жару остается ледяным по температуре, пока не растает весь. При этом, тая, кубик льда отбирает тепло у окружающего его коктейля (и тем самым охлаждает его до приятной температуры), а сам набирается энергии, которая требуется ему для разрыва межмолекулярных связей и окончательного саморазрушения.

Количество теплоты, необходимое для плавления или испарения единицы объема твердого вещества или жидкости, называется, соответственно, скрытой теплотой плавления или скрытой теплотой испарения. И величины здесь фигурируют порой немалые. Например, для нагревания 1 кг воды от 0°С до 100°С требуется «всего» 420 000 джоулей (Дж) тепловой энергии, а для того, чтобы обратить этот килограмм воды в 1 кг пара с температурой, равной тем же 100°С, — целых 2 260 000 Дж энергии.

После того, как твердая масса полностью превратилась в жидкость, дальнейшее поступление тепла повлечет вновь за собой повышение температуры вещества. В жидком состоянии молекулы вещества по-прежнему находятся в близком контакте, но жесткие межмолекулярные связи между ними разорваны, и силы взаимодействия, удерживающие молекулы вместе, на несколько порядков слабее, чем в твердом теле, поэтому молекулы начинают достаточно свободно перемещаться друг относительно друга. Дальнейшее поступление тепловой энергии доводит жидкость до фазы кипения, и начинается активное испарение или парообразование.

И, опять же, как было описано в случае таяния или плавления, на какое-то время вся дополнительно поступающая энергия уходит на разрыв жидкостных связей между молекулами и высвобождение их в газообразное состояние (при неизменной температуре кипения). Энергия, затрачиваемая на разрыв этих, казалось бы, некрепких связей, — т. н. скрытая теплота парообразования — также требуется немалая (см. пример выше).

Все те же процессы при оттоке энергии (остужении) вещества происходят в обратном порядке. Сначала газ остывает с понижением температуры, и так происходит, пока он не достигнет точки конденсации — температуры, при которой начинается сжижение, — и она в точности равна температуре испарения (кипения) соответствующей жидкости. При конденсации, по мере того, как силы взаимного притяжения между молекулами начинают брать верх над энергией теплового движения, газ начинает превращаться в жидкость — «конденсироваться». При этом выделяется так называемая удельная теплота конденсации — она в точности равна скрытой удельной теплоте испарения, о которой уже говорилось. То есть, сколько энергии вы потратили на испарение определенной массы жидкости, ровно столько энергии пар и отдаст в виде тепла при конденсации обратно в жидкость.

То, что количество теплоты, выделяемое при конденсации, весьма высоко, — факт легко проверяемый: достаточно поднести ладонь к носику кипящего чайника. Помимо жара от пара, как такового, ваша кожа пострадает еще и от теплоты, выделившейся в результате его конденсации в жидкую воду.

При дальнейшем остывании жидкости до точки замерзания (температура которой равна точке таяния), еще раз начнется процесс отдачи тепловой энергии вовне без понижения температуры самого вещества. Этот процесс называется кристаллизацией, и при нем выделяется ровно столько же тепловой энергии, сколько отбирается из окружающей среды при плавлении (переходе вещества из твердой фазы в жидкую).

Есть и еще один тип фазового перехода — из твердого состояния вещества непосредственно в газообразное (минуя жидкость). Такое фазовое превращение называется возгонкой, или сублимацией. Самый бытовой пример: вывешенное сушиться на мороз сырое белье. Вода в нем сначала кристаллизуется в лед, а затем — под воздействием прямых солнечных лучей — микроскопические кристаллики льда попросту испаряются, минуя жидкую фазу. Другой пример: на рок-концертах «сухой лед» (замороженная двуокись углерода CO₂) используется для устройства дымовой завесы — она испаряется прямо в воздух, окутывая выступающих музыкантов и также минуя жидкую фазу. Соответственно, на преобразование твердого вещества непосредственно в газ затрачивается энергия сублимации.

См. также:

Урок на тему «Плавление и отвердевание кристаллических веществ». 8-й класс.

Смена времени года… Огромный и прекрасный макромир. А что же происходит в это время в микромире? Какой главный фактор создает неповторимую красоту каждого времени года и влияет на их смену? Интересные факты из жизни, наблюдения и опыты, которые могут провести сами ученики. Что же может быть занимательнее и интереснее, чем познание мира как его познавали великие ученые до тебя?

Образцы кристаллов и аморфных веществ. Модели кристаллических решеток алмаза, меди, графита, железа, поваренной соли. Лед, вода в пробирках, калориметры, спиртовки, спички, свеча, соль в пробирках, термометры. Магнитная доска, тексты выводов. лакаты: извержение вулкана, схемы образования месторождений кристаллов (минералов). Фотоснимки природы в разное время года, сталактитов и сталагмитов, поэтические тексты, магнитофонные записи. Конверты с заданиями, карточки-задания (качественные задачи). I Но энергия поглощается… => она расходуется на разрушение порядка, т.е. на преодоление сил молекулярного притяжения – молекулярных связей (демонстрация кристаллической решетки – разрушение связей) => опотенциальная энергия молекул увеличивается. Иллюстрация с сайта:  http://school.xvatit.com/index.php?

Приборы, оборудование и материалы:

Вступительное слово учителя:

Поет зима – аукает,

Мохнатый лес баюкает

Стозвоном сосняка.

Кругом с тоской глубокою

Плывут в страну далекую

Седые облака.

Смена времени года… Огромный и прекрасный макромир. А что же происходит в это время в микромире? Какой главный фактор создает неповторимую красоту каждого времени года и влияет на их смену? (Конверт с заданием № 1. Обсуждение в группе).

Задание №1 (актуализация знаний)

– Какой главный фактор влияет на смену времен года?

– Какое вещество, изменяя свое состояние, преображает окружающую природу?

– Как изменяется энергетическое состояние этого вещества?

– Какую энергию называют внутренней?

– В каких состояниях может находиться вещество?

При котором из этих состояний внутренняя энергия имеет наименьшее значение?

Вывод (помещается на магнитной доске): Вещество может находиться в трех состояниях. Из них твердому состоянию соответствует наименьшее значение внутренней энергии.

Итак, мир твердых тел – это мир кристаллов и аморфных тел, мир порядка и беспорядка. Они едины в том, что обладают прочностью, твердостью, хрупкостью. Однако аморфные вещества текучи, и с течением времени не сохраняют форму. Частицы у них расположены хоть и достаточно плотно, но с нарушением порядка. А отсутствие порядка в расположении молекул (или атомов) не рождает красоты, которая присуща кристаллическим веществам (на плакатах – изображения кристаллов).

Удивительный мир кристаллов привлекает красотой и совершенством геометрических форм многогранников. Свет, отражаясь от граней, вызывает блеск и сверкание при малейшем повороте. Но правильность внешней огранки – необязательное свойство кристаллов.

Главное – то, что их внутреннее строение подчиняется строгим законам симметрии: атомы (или молекулы) расположены в строго определенном порядке. Для каждого вещества этот порядок свой. (Демонстрация моделей различных кристаллических решеток). Изменение порядка влечет изменение свойств вещества (пример – кристаллические решетки графита и алмаза).

Кристаллы делятся на моно- и поликристаллы. В каждом кристаллике поликристалла молекулы соблюдают строгий порядок расположения. (Работа с раздаточным материалом: рассмотреть с помощью линз строение поликристалла, выделив зрительно монокристаллы). Мы убедились, что порядок рождает красоту. Вспомним строки (на фоне музыки):

На окне, серебряном от инея,

За ночь хризантемы расцвели…

Красота морозных узоров на стеклах, красота снежинок…

Серебро, огни и блестки,

Целый мир из серебра,

В жемчугах горят березки

Черно-голые вчера.

Это область чьей-то грезы

Это призраки и сны!

Все предметы старой прозы

Волшебством озарены…

(В. Брюсов).

Еще в 1611 году было высказано предположение о том, что красота формы снежинок – следствие правильного упорядоченного расположения молекул. Знание законов упорядочения дает ключ к пониманию тайн жизни.

Где и как образуются кристаллы в природе?

Вот одна удивительная история. Восемьсот лет назад в Германии случилась трагедия: огромные глыбы завалили рудную жилу. Шахту пришлось забросить. Вспомнили о ней спустя 200 лет. Разобрали древний завал и под пластами рухнувших горных пород нашли… окаменевшего человека! Это был рудокоп, погребенный обвалом: тело его теперь состояло из сверкающих золотистых кристалликов железного колчедана – пирита. (Демонстрация пирита). Лучшие ученые того времени лишь качали головами, не зная, как объяснить происхождение этого чуда. Человек превратился в тяжелый рудный минерал! «Железный рудокоп»! Значит, рудные минералы растут?! И к тому же довольно быстро. С чего начинается их жизнь? И вообще, может ли жить и расти холодный мертвый камень?

(Последующее изложение идет на фоне музыки).

В непроглядной темноте пещер из трещин в каменном своде тысячи лет падают капли. В каждой капельке воды растворены частицы различных химических элементов и их солей. И слой за слоем зарождается на потолке пещеры каменная сосулька… Вначале тоненькая и хрупкая, она растет, тяжелеет. Это сталактит. (Демонстрация плаката, объемной модели).

А навстречу с пола пещеры поднимается это отражение – сталагмит, натек из капель на дне пещеры. Постепенно они сливаются в единую колонну. Цвет их зависит от химического состава – канареечно-желтый, оранжевый, красный, зеленый, снежно-белый.

Возникает фантастическое царство! Колонны сталактитов – в бахроме ледяных кристаллов: свисают с потолка невиданные цветы и листья, длинные ледяные иглы. И все это вспыхивает, сверкает и переливается в лучах падающего света факелов. В глубинах земли из перегретых рассолов растут кристаллы горного хрусталя, отлагаются руды различных металлов.

Люди научились создавать драгоценные кристаллы в лабораторных установках. Пример – фианиты, искусственные алмазы, самоцветы, не уступающие по красоте природным.

Правда, для этого потребовалось создать особые условия – огромные температуры, колоссальное давление…

Да, кристаллы рождаются и в естественной, и в искусственной среде.

А как они умирают?

Тают снежинки у нас на ладонях, «плачут» и исчезают сосульки… Но ведь лед – это тоже минерал, кристаллическое вещество, только очень легкоплавкое.

Вы знаете, что при нормальном атмосферном давлении лед не может существовать при t0 выше 00С – тает. А физики говорят «плавится», т.е. переходит из твердого состояния в жидкое.

Определение (помещается на магнитной доске): Температура, при которой кристаллическое вещество переходит из твердого состояния в жидкое, называется точкой плавления, а сам процесс – плавлением.

А сейчас закроем глаза, прислушаемся и постараемся прочувствовать эти строки (на фоне музыки):

Здесь у яра, в еловой чаще,

В ослепительной пойме реки,

Воздух, так ощутимо пьянящий,

Ручейкам развязал языки.

Зародившись на склоне

прогретом,

Ручейки одолели сугроб,

И теперь, вероятно, об этом

Спящей речке лопочут взахлеб.

(В. Горшков).

Думаю, теперь вы готовы к эксперименту «Весна на столе».

Задание №2 (в конверте).

Самостоятельно исследуйте процесс плавления льда и сделайте выводы по поставленным в задании вопросам.

1. Какое главное условие необходимо для процесса плавления льда (и вообще любого вещества)? Почему лед не сразу начал плавиться?

2. Как ведет себя лед (кристаллическое вещество) в процессе плавления: размягчаясь постепенно или одновременно существуя в двух состояниях – твердом и жидком?

3. Изменяется ли температура окружающей среды при плавлении льда?

4. Плавает ли кусок льда в воде? О чем это говорит? Как изменяется объем воды при замерзании?

Выводы (размещаются на магнитной доске, после того как их сделают учащиеся): 1) Процесс плавления требует притока энергии к плавящемуся веществу. 2) Плавление кристаллического вещества происходит при неизменной температуре, называемой точкой плавления.

После второго вывода – работа с учебником: ознакомление с таблицей температур плавления различных кристаллических веществ. Используя таблицу, дети решают задачи, обращаясь при этом к выводам на доске.

1. Что произойдет с ртутью, если вылить ее в жидкий азот?

2. Что произойдет со свинцом, если его бросить в жидкое олово, находящееся при t0 плавления?

3. Какова t0 лужи, в которой плавает лед?

4. В каком агрегатном состоянии при нормальном давлении и t0 = 10000С находятся золото, медь, алюминий, платина?

Задание №3 (практическое).

1. Всыпать соль в сосуд со льдом.

2. Пробирку с водой опустить в смесь льда и соли и размешивать до тех пор, пока в пробирке не начнет замерзать.

3. Опустить термометр в замерзающую воду и измерить t0 воды, начинающей замерзать (кристаллизоваться).

Вывод: Кристаллические вещества кристаллизуются при той же температуре, при которой плавятся.

На основании сделанных выводов построим график процессов, происходящих в калориметре. (Каждый этап детально объясняется).

1-й этап

Какой процесс наблюдается в самом начале, когда t0 льда -100С? Как этот процесс изобразить графически?

2-й этап

1. Что вы наблюдаете при достижении t0 = 00С?

2. Изменялась ли температура смеси в процессе плавления льда?

3. Как это изобразить графически?

3-й этап

1. Что будет происходить с водой, когда весь лед растает?

2. Как это изобразить на графике?

3. Будет ли эта прямая параллельна первой? Почему?

Ход рассуждений при решении проблемы

I шаг. Температура в процессе плавления не меняется => скорость молекул не меняется => их критическая энергия остается неизменной.

II шаг. Но энергия поглощается… => она расходуется на разрушение порядка, т.е. на преодоление сил молекулярного притяжения – молекулярных связей (демонстрация кристаллической решетки – разрушение связей) => опотенциальная энергия молекул увеличивается.

Вывод: Внутренняя энергия кристалла возрастает.

А теперь мысленно повернем течение времени обратно – пройдем путь по графику с конца. Вместо нагревания жидкости – остывание, вместо плавления – отвердевание (кристаллизация), а затем остывание вещества в твердом состоянии. Получили зеркальное симметричное отражение процесса (разворачивается график 2). И вместо весны мы вернулись в позднюю осень, когда на стеклах замерзают капли дождя…

Она жила и по стеклу текла.

И вдруг ее морозом оковало.

И неподвижной льдинкой капля стала.

И в мире поубавилось тепла.

Прав ли поэт? Унесла ли капелька с собой тепло, замерзая?

Обратимся ко второй части графика, построенной по законам симметрии относительно первой: если в процессах 1, 2, 3 энергия поглощалась (причем во 2-м – на разрушение порядка), то в процессах 4, 5, 6 – энергия выделяется! В пятой части графика за счет выделяющейся энергии при восстановлении порядка температура в процессе кристаллизации оставалась постоянной, несмотря на огромные потери энергии, излучаемой в пространство!

Вывод учащихся:

Капелька, замерзая и кристаллизуясь, не унесла, а отдала свое тепло. (На магнитной доске, на плоскости графика помещаются выводы и иллюстрации).

Общий вывод: При кристаллизации энергия выделяется (пример со снегопадом, с микроклиматом вблизи больших замерзающих водоемов).

Обобщение:

Итак, в нашем сегодняшнем путешествии в микромир и окружающий нас мир природы мы установили следующее факты… (Дети обращаются к результатам экспериментов, используют построенный график.)

I. Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном.

II. Существует температура, выше которой вещество не может находиться в твердом состоянии. У каждого вещества эта температура своя собственная – температура плавления (таблицы).

III. Кристаллизация происходит при той же температуре, что и плавление.

IV. Процесс плавления требует притока энергии к плавящемуся веществу, при этом внутренняя энергия возрастает (разрушение порядка).

V. Кристаллизация происходит с выделением энергии, так как внутренняя энергия уменьшается (восстановление порядка).

А теперь откроем конверты с заданиями и обсудим их решение в группе после самостоятельной проработки (у каждого вариант свой).

(Выборочно разбирается 2-3 задачи. Остальные – на дом).

Домашнее задание определяют по учебнику. Желающие могут написать сказку про молекулу вещества, изменяющего свое агрегатное состояние: «Жила-была молекула…»

Дополнительные вопросы:

Что объединяет красоту кристаллического вещества (агата) и красоту зимнего пейзажа с точки зрения поведения молекул и энергетического состояния вещества? Указать условия, при которых это очарование существует, что может его нарушить.

Одинаковые ли жизненные истории расскажут молекулы сталактитов и сталагмитов из пещер и молекулы скал из заповедника «Столбы»? Что расскажут молекулы скал? У кого из них «биография» богаче событиями? (При составлении истории жизни этих молекул пользоваться терминами физики и выводами, сделанными на уроке о процессах изменения агрегатных состояний вещества).

Какие, очень похожие истории из своей жизни, могут рассказать друг другу молекулы ледяных сосулек? (При этом использовать терминологию физики и выводы, сделанные на уроке).

Галина Трегубова, учитель физики санаторной школы-интерната №1, Ачинск, Красноярский край

T плавления металлов. Температура плавления металлов

Температура плавления металла – это минимальная температура, при которой он переходит из твердого состояния в жидкое. При плавлении его объем практически не изменяется. Металлы классифицируют по температуре плавления в зависимости от степени нагревания.

Легкоплавкие металлы

Легкоплавкие металлы имеют температуру плавления ниже 600°C. Это цинк, олово, висмут. Такие металлы можно расплавить в , разогрев их на плите, или с помощью паяльника. Легкоплавкие металлы используются в электронике и технике для соединения металлических элементов и проводов для движения электрического тока. Температура составляет 232 градуса, а цинка – 419.

Среднеплавкие металлы

Среднеплавкие металлы начинают переходить из твердого в жидкое состояние при температуре от 600°C до 1600°C. Они используются для изготовления плит, арматур, блоков и других металлических конструкций, пригодных для строительства. К этой группе металлов относятся железо, медь, алюминий, они также входят в состав многих сплавов. Медь добавляют в сплавы драгоценных металлов, таких как золото, серебро, платина. Золото 750 пробы на 25% состоит из лигатурных металлов, в том числе и меди, которая придает ему красноватый оттенок. Температура плавления этого материала равна 1084 °C. А алюминий начинает плавиться при относительно низкой температуре, составляющей 660 градусов Цельсия. Это легкий пластичный и недорогой металл, который не окисляется и не ржавеет, поэтому широко используется при изготовлении посуды. Температура равна 1539 градусов. Это один из самых популярных и доступных металлов, его применение распространено в строительстве и автомобильной промышленности. Но ввиду того, что железо подвергается коррозии, его нужно дополнительно обрабатывать и покрывать защитным слоем краски, олифы или не допускать попадания влаги.

Тугоплавкие металлы

Температура тугоплавких металлов выше 1600°C. Это вольфрам, титан, платина, хром и другие. Их используют в качестве источников света, машинных деталей, смазочных материалов, а также в ядерной промышленности. Из них изготавливают проволоки, высоковольтные провода и используют для расплавки других металлов с более низкой температурой плавления. Платина начинает переходить из твердого в жидкое состояние при температуре 1769 градусов, а вольфрам – при температуре 3420°C.

Ртуть – единственный металл, находящийся в жидком состоянии при обычных условиях, а именно, нормальном атмосферном давлении и средней температуре окружающей среды. Температура плавления ртути составляет минус 39°C. Этот металл и его пары являются ядовитыми, поэтому он используется только в закрытых емкостях или в лабораториях. Распространенное применение ртути – градусник для измерения температуры тела.

В металлургической промышленности одним из основных направлений считается литье металлов и их сплавов по причине дешевизны и относительной простоты процесса. Отливаться могут формы с любыми очертаниями различных габаритов, от мелких до крупных; это подходит как для массового, так и для индивидуального производства.

Литье является одним из древнейших направлений работы с металлами, и начинается примерно с бронзового века: 7−3 тысячелетия до н. э. С тех пор было открыто множество материалов, что приводило к развитию технологии и повышению требований к литейной промышленности.

В наши дни существует много направлений и видов литья, различающихся по технологическому процессу. Одно остается неизменным — физическое свойство металлов переходить из твердого состояния в жидкое, и важно знать то, при какой температуре начинается плавление разных видов металлов и их сплавов.

Процесс плавления металла

Данный процесс обозначает собой переход вещества из твердого состояния в жидкое. При достижении точки плавления металл может находиться как в твердом, так и в жидком состоянии, дальнейшее возрастание приведет к полному переходу материала в жидкость.

То же самое происходит и при застывании — при достижении границы плавления вещество начнет переходить из жидкого состояния в твердое, и температура не изменится до полной кристаллизации.

При этом следует помнить, что данное правило применимо только для чистого металла. Сплавы не имеют четкой границы температур и совершают переход состояний в некотором диапазоне:

1. Солидус — линия температуры, при которой начинает плавиться самый легкоплавкий компонент сплава.
2. Ликвидус — окончательная точка плавления всех компонентов, ниже которой начинают появляться первые кристаллы сплава.

Точно измерить температуру плавления таких веществ невозможно, точкой перехода состояний указывается числовой промежуток.

В зависимости от температуры, при которой начинается плавление металлов, их принято разделять на:

• Легкоплавкие, до 600 °C. К ним относятся , цинк, свинец и другие.
• Среднеплавкие, до 1600 °C. Большинство распространенных сплавов, и такие металлы как золото, серебро, медь, железо, алюминий.
• Тугоплавкие, свыше 1600 °C. Титан, молибден, вольфрам, хром.

Также существует и температура кипения — точка, при достижении которой расплавленный металл начнет переход в газообразное состояние. Это очень высокая температура, как правило, в 2 раза превышающая точку расплава.

Влияние давления

Температура плавления и равная ей температура затвердевания зависят от давления, возрастая с его повышением. Это обусловлено тем, что при повышении давления атомы сближаются между собой, а для разрушения кристаллической решетки их нужно отдалить. При повышенном давлении требуется большая энергия теплового движения и соответствующая ей температура плавления увеличивается.

Существуют исключения, когда температура, необходимая для перехода в жидкое состояние, при повышенном давлении уменьшается. К таким веществам относят лёд, висмут, германий и сурьма.

Таблица температур плавления

Любому человеку, связанному с металлургической промышленностью, будь то сварщик, литейщик, плавильщик или ювелир, важно знать температуры, при которых происходит расплав материалов, с которыми он работает. В нижеприведенной таблице указаны точки плавления наиболее распространенных веществ.

Таблица температур плавления металлов и сплавов

Название	T пл, °C
Алюминий	660,4
Медь	1084,5
Олово	231,9
Цинк	419,5
Вольфрам	3420
Никель	1455
Серебро	960
Золото	1064,4
Платина	1768
Титан	1668
Дюралюминий	650
Углеродистая сталь	1100−1500
	1110−1400
Железо	1539
Ртуть	-38,9
Мельхиор	1170
Цирконий	3530
Кремний	1414
Нихром	1400
Висмут	271,4
Германий	938,2
Жесть	1300−1500
Бронза	930−1140
Кобальт	1494
Калий	63
Натрий	93,8
Латунь	1000
Магний	650
Марганец	1246
Хром	2130
Молибден	2890
Свинец	327,4
Бериллий	1287
Победит	3150
Фехраль	1460
Сурьма	630,6
карбид титана	3150
карбид циркония	3530
Галлий	29,76

Помимо таблицы плавления, существует много других вспомогательных материалов. Например, ответ на вопрос, какова температура кипения железа лежит в таблице кипения веществ. Помимо кипения, у металлов есть ряд других физических свойств, как прочность.

Помимо способности перехода из твердого в жидкое состояние, одним из важных свойств материала является его прочность — возможность твердого тела сопротивлению разрушению и необратимым изменениям формы. Основным показателем прочности считается сопротивление возникающее при разрыве заготовки, предварительно отожженной. Понятие прочности не применимо к ртути, поскольку она находится в жидком состоянии. Обозначение прочности принято в МПа — Мега Паскалях.

Существуют следующие группы прочности металлов:

• Непрочные. Их сопротивление не превышает 50МПа. К ним относят олово, свинец, мягкощелочные металлы
• Прочные, 50−500МПа. Медь, алюминий, железо, титан. Материалы этой группы являются основой многих конструкционных сплавов.
• Высокопрочные, свыше 500МПа. Например, молибден и .

Таблица прочности металлов

Наиболее распространенные в быту сплавы

Как видно из таблицы, точки плавления элементов сильно разнятся даже у часто встречающихся в быту материалов.

Так, минимальная температура плавления у ртути -38,9 °C, поэтому в условиях комнатной температуры она уже в жидком состоянии. Именно этим объясняется то, что бытовые термометры имеют нижнюю отметку в -39 градусов Цельсия: ниже этого показателя ртуть переходит в твердое состояние.

Припои, наиболее распространенные в бытовом применении, имеют в своем составе значительный процент содержания олова, имеющего точку плавления 231.9 °C, поэтому большая часть припоев плавится при рабочей температуре паяльника 250−400°C.

Помимо этого, существуют легкоплавкие припои с более низкой границей расплава, до 30 °C и применяются тогда, когда опасен перегрев спаиваемых материалов. Для этих целей существуют припои с висмутом, и плавка данных материалов лежит в интервале от 29,7 — 120 °C.

Расплавление высокоуглеродистых материалов в зависимости от легирующих компонентов лежит в границах от 1100 до 1500 °C.

Точки плавления металлов и их сплавов находятся в очень широком температурном диапазоне, от очень низких температур (ртуть) до границы в несколько тысяч градусов. Знание этих показателей, а так же других физических свойств очень важно для людей, которые работают в металлургической сфере. Например, знание того, при какой температуре плавится золото и другие металлы пригодятся ювелирам, литейщикам и плавильщикам.

Каждый металл или сплав обладает уникальными свойствами, в число которых входит температура плавления. При этом объект переходит из одного состояния в другое, в конкретном случае становится из твёрдого жидким. Чтобы его расплавить, необходимо подвести к нему тепло и нагревать до достижения нужной температуры. В момент, когда достигается нужная точка температуры данного сплава, он ещё может остаться в твёрдом состоянии. При продолжении воздействия начинает плавиться.

Вконтакте

Наиболее низкая температура плавления у ртути — она плавится даже при -39 °C, самая высокая у вольфрама — 3422 °C. Для сплавов (стали и других) определить точную цифру крайне сложно. Все зависит от соотношения компонентов в них. У сплавов она записывается как числовой промежуток.

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты . Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание , усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки , сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

1. легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
2. среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
3. тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Таблица характеристик

Металлы и сплавы — непременная основа для ковки , литейного производства, ювелирной продукции и многих других сфер производства. Чтобы не делал мастер (ювелирные украшения из золота , ограды из чугуна, ножи из стали или браслеты из меди) , для правильной работы ему необходимо знать температуры, при которых плавится тот или иной элемент.

Чтобы узнать этот параметр, нужно обратиться к таблице. В таблице также можно найти и градус кипения.

Среди наиболее часто применяемых в быту элементов показатели температуры плавления такие:

1. алюминий — 660 °C;
2. температура плавления меди — 1083 °C;
3. температура плавления золота — 1063 °C;
4. серебро — 960 °C;
5. олово — 232 °C. Олово часто используют при пайке, так как температура работающего паяльника составляет как раз 250–400 градусов;
6. свинец — 327 °C;
7. температура плавления железо — 1539 °C;
8. температура плавления стали (сплав железа и углерода) — от 1300 °C до 1500 °C. Она колеблется в зависимости от насыщенности стали компонентами;
9. температура плавления чугуна (также сплав железа и углерода) — от 1100 °C до 1300 °C;
10. ртуть — -38,9 °C.

Как понятно из этой части таблицы, самый легкоплавкий металл — ртуть, которая при плюсовых температурах уже находится в жидком состоянии.

Градус кипения всех этих элементов почти вдвое, а иногда и ещё выше градуса плавления. Например, у золота он 2660 °C, у алюминия — 2519 °C , у железа — 2900 °C, у меди — 2580 °C, у ртути — 356,73 °C.

У сплавов типа стали, чугуна и прочих металлов расчёт примерно такой же и зависит от соотношения компонентов в сплаве.

Максимальная температура кипения у металлов — у рения — 5596 °C . Наибольшая температура кипения — у наиболее тугоплавящихся материалов.

Бывают таблицы, в которых также указана плотность металлов . Самым лёгким металлом является литий, самым тяжёлым — осмий. У осмия плотность выше, чем у урана и плутония, если рассматривать её при комнатной температуре. К лёгким металлам относятся: магний, алюминий, титан. К тяжёлым относится большинство распространённых металлов: железо, медь, цинк, олово и многие другие. Последняя группа — очень тяжёлые металлы, к ним относятся: вольфрам, золото, свинец и другие.

Ещё один показатель, встречающийся в таблицах — это теплопроводность металлов . Хуже всего тепло проводит нептуний, а лучший по теплопроводности металл — серебро. Золото, сталь, железо, чугун и прочие элементы находится посередине между этими двумя крайностями. Чёткие характеристики для каждого можно найти в нужной таблице.

– первый по значимости и распространенности конструкционный материал. Известен он с глубокой древности, а свойства его таковы, что когда железо научились выплавлять в значимом количестве, металл вытеснил все остальные сплавы. Наступил век железа и, судя по , время это закончится нескоро. Данная статья расскажет вам, какова удельная плотность железа, какая у него температура плавления в чистом виде.

Железо – типичный металл, причем химически активный. Вещество вступает в реакцию при нормальной температуре, а нагрев или повышение влажности значительно увеличивают его реакционноспособность. Железо корродирует на воздухе, горит в атмосфере чистого кислорода, а в виде мелкой пыли способно воспламениться и на воздухе.

Чистому железу присуща ковкость, однако в таком виде металл встречается очень редко. На деле под железом подразумевают сплав с небольшими долями примесей – до 0,8%, которому присущи мягкость и ковкость чистого вещества. Значение для народного хозяйства имеет сплавы с углеродом – сталь, чугун, нержавеющая сталь.

Железу присущ полиморфизм: выделяют целых 4 модификации, отличающиеся структурой и параметрами решетки:

• α-Fe – существует от нуля до +769 С. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и является ферромагнетиком, то есть, сохраняет намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля. +769 С – точки Кюри для металла;
• от +769 до +917 С появляется β-Fe. От α-фазы она отличается лишь параметрами решетки. Практически все физические свойства при этом сохраняются за исключением магнитных: железо становится парамагнетиком, то есть, способность намагничиваться оно утрачивает и втягивается в магнитное поле. Металловедение β-фазу как отдельную модификацию не рассматривает. Поскольку переход не влияет на значимые физические характеристики;
• в диапазоне от 917 до 1394 С существует γ-модификация, которой присуща гранецентрированная кубическая решетка;
• при температуре выше +1394 С появляется δ-фаза, для которой характерна объемно-центрированная кубическая решетка.

При высоком давлении, а также при легировании металла некоторыми добавками образуется ε- фаза с гексагонической плотноупакованной решеткой.

Температура фазовых переходов заметно изменяется при легировании тем же углеродом. Собственно, сама способность железа образовать столько модификаций служит основой обработки стали в разных температурных режимах. Без таких переходов металл не получил бы столь широкого распространения.

Теперь настал черед свойств металла железа.

О структуре железа рассказывает этот видеосюжет:

Свойства и характеристики металла

Железо – достаточно легкий, умеренно тугоплавкий металл, серебристо-серого цвета. Легко реагирует с разбавленными кислотами и поэтому считается элементом средней активности. На воздухе – сухом, металл постепенно покрывается пленкой оксида, которая препятствует дальнейшей реакции.

Но при самой небольшой влажности вместо пленки появляется ржавчина – рыхлая и неоднородная по составу. Ржавчина дальнейшей коррозии железа не препятствует. Однако физические свойства металла, а, главное, его сплавов с углеродом таковы, что, несмотря на низкую коррозийную стойкость, использование железа более чем оправдано.

Масса и плотность

Молекулярная масса железа составляет 55,8, что указывает на относительную легкость вещества. А какая же у железа плотность? Такой показатель определяется фазовой модификацией:

• α-Fe – 7,87 г/куб. см при 20 С, и 7,67 г/куб. см при 600 С;
• γ-фаза отличается еще более низкой плотностью – 7,59 г/куб см при 1000С;
• плотность δ-фазы составляет 7,409 г/куб см.

С повышением температуры плотность железа закономерно падает.

А теперь давайте узнаем, какова температура плавления железа по Цельсию, сравнивая ее, например, с или чугуном.

Температурный диапазон

Металл относится к умеренно тугоплавким, что означает сравнительно невысокую температуру изменения агрегатного состояния:

• температура плавления – 1539 С;
• температура кипения – 2862 С;
• температура Кюри, то есть, утраты способности к намагничиванию – 719 С.

Стоит иметь в виду, что когда говорят о температуре плавления или кипения, имеют дело с δ-фазой вещества.

Данное видео поведает вам о физических и химических свойствах железа:

Механические характеристики

Железо и его сплавы настолько распространены, что хотя и стали использоваться позже чем, например, и , стали своеобразными эталонами. Когда сравнивают металлы, указывают на железо: крепче, чем сталь, мягче железа в 2 раза и так далее.

Характеристики приводятся для металла, включающего малые доли примесей:

• твердость по шкале Мооса – 4–5;
• твердость по Бринеллю – 350–450 Мн/кв. м. Причем у химически чистого железа твердость выше – 588–686;

Показатели прочности исключительно сильно зависят от количества и характера примесей. Эта величина регламентируется ГОСТом для каждой марки сплава или чистого метала. Так, предел прочности на сжатие для нелегированной стали составляет 400–550 МПа. При закалке этой марки предел прочности при растяжении увеличивается до 700 МПа.

• ударная вязкость металла составляет 300 Мн/кв м;
• предел текучести –100 Мн/кв. м.

О том, что надо для определения удельной теплоемкости железа, узнаем далее.

Теплоемкость и теплопроводность

Как и всякий металл, железо проводит тепло, хотя показатели его в этой области невысоки: по теплопроводности металл уступает алюминию – в 2 раза меньше, и – в 5 раз.

Теплопроводность при 25 С составляет 74,04 вт/(м·К). Величина зависит от температуры;

• при 100 к теплопроводность составляет 132 [Вт/(м.К)];
• при 300 К – 80,3 [Вт/(м.К)];
• при 400 – 69,4 [Вт/(м.К)];
• а при 1500 – 31,8 [Вт/(м.К)].

• Коэффициент температурного расширения при 20 С – 11,7·10-6.
• Теплоемкость металла определяется его фазовой структурой и довольно сложно зависит от температуры. С повышением до 250 С, теплоемкость медленно увеличивается, затем резко возрастает до достижения точки Кюри, а потом начинается снижаться.
• Удельная теплоемкость в температурном диапазоне от 0 до 1000С составляет 640,57 дж/(кг·К).

Электропроводность

Железо проводит ток, но далеко не так хорошо, как медь и серебро. Удельное электрическое сопротивление металла при нормальных условиях – 9,7·10-8 ом·м.

Поскольку железо является ферромагнетиком, его показатели в этой области более значимы:

• магнитная индукция насыщения составляет 2,18 Тл;
• магнитная проницаемость – 1,45.106.

Токсичность

Металл не представляет опасности для человеческого организма. стали и изготовления изделий из железа могут быть опасными, но только за счет высоких температур и тех добавок, которые используют при производстве различных сплавов. Отходы железа – металлолом, представляют опасность для окружающей среды, но вполне умеренную, поскольку металл ржавеет на воздухе.

Железо не обладает биологической инертностью, поэтому как материал для протезирования не используется. Однако в человеческом организме этот элемент играет одну из важнейших ролей: нарушение в усвоении железа или недостаточное количество последнего в рационе гарантирует в лучшем случае анемию.

Усваивается железо с большим трудом – 5–10% от всего количества, поступаемого в организм, или 10–20%, если наблюдается его недостаток.

• Обычная суточная потребность в железе составляет 10 мг для мужчин и 20 мг для женщин.
• Токсическая доза – 200 мг/сутки.
• Летальная – 7–35 г. Получить такое количество железа практически невозможно, поэтому отравление железом встречается крайне редко.

Железо – металл, чьи физические характеристики, в частности, прочность, можно существенно изменить, прибегая к механической обработке или добавке очень небольшого количества легирующих элементов. Эта особенность в сочетании с доступностью и легкостью добычи металла делает железо самым востребованным конструкционным материалом.

Еще больше о свойствах железа расскажет специалистка в видео ниже:

Почти все металлы при нормальных условиях представляют собой твердые вещества. Но при определенных температурах они могут изменять свое агрегатное состояние и становиться жидкими. Давайте узнаем, какая температура плавления металла самая высокая? Какая самая низкая?

Температура плавления металлов

Большая часть элементов периодической таблицы относится к металлам. В настоящее время их насчитывается примерно 96. Всем им необходимы разные условия, чтобы превратиться в жидкость.

Порог нагревания твердых кристаллических веществ, превысив который они становятся жидкими, называется температурой плавления. У металлов она колеблется в пределах нескольких тысяч градусов. Многие из них переходят в жидкость при относительно большом нагревании. Благодаря этому они являются распространенным материалом для производства кастрюль, сковородок и других кухонных приборов.

Средние температуры плавления имеют серебро (962 °С), алюминий (660,32 °С), золото (1064,18 °С), никель (1455 °С), платина (1772 °С) и т.д. Выделяют также группу тугоплавких и легкоплавких металлов. Первым, чтобы превратиться в жидкость, нужно больше 2000 градусов Цельсия, вторым — меньше 500 градусов.

К легкоплавким металлам обычно относят олово (232 °C), цинк (419 °C), свинец (327 °C). Однако у некоторых из них температуры могут быть еще ниже. Например, франций и галлий плавятся уже в руке, а цезий можно греть только в ампуле, ведь от кислорода он воспламеняется.

Самые низкие и высокие температуры плавления металлов представлены в таблице:

Вольфрам

Самая высокая температура плавления — у металла вольфрама. Выше него по этому показателю стоит только неметалл углерод. Вольфрам представляет собой светло-серое блестящее вещество, очень плотное и тяжелое. Он кипит при 5555 °C, что почти приравнивается к температуре фотосферы Солнца.

При комнатных условиях он слабо реагирует с кислородом и не подвергается коррозии. Несмотря на свою тугоплавкость, он довольно пластичен и поддается ковке уже при нагревании до 1600 °C. Эти свойства вольфрама используют для нитей накаливания в лампах и кинескопах электродов для сварки. Большую часть добытого металла сплавляют со сталью, чтобы повысить ее прочность и твердость.

Широкое применение вольфрам имеет в военной сфере и технике. Он незаменим для изготовления боеприпасов, брони, двигателей и наиболее важных частей военного транспорта и самолетов. Из него также делают хирургические инструменты, ящики для хранения радиоактивных веществ.

Ртуть

Ртуть — единственный металл, температура плавления которого имеет минусовое значение. К тому же это один из двух химических элементов, простые вещества которых при нормальных условиях, существуют в виде жидкостей. Интересно, что кипит металл при нагревании до 356,73 °C, а это намного выше температуры его плавления.

Имеет серебристо-белый цвет и ярко выраженный блеск. Она испаряется уже при комнатных условиях, конденсируясь в небольшие шарики. Металл очень токсичен. Он способен накапливается во внутренних органах человека, вызывая болезни головного мозга, селезенки, почек и печени.

Ртуть — один из семи первых металлов, о которых узнал человек. В Средние века она считалась главным алхимическим элементом. Несмотря на ядовитость, когда-то ее применяли в медицине в составе зубных пломб, а также как лекарство от сифилиса. Сейчас ртуть почти полностью исключили из медицинских препаратов, но широко используют ее в измерительных приборах (барометрах, манометрах), для изготовления ламп, переключателей, дверных звонков.

Сплавы

Чтобы изменить свойства того или иного металла, его сплавляют с другими веществами. Так, он может не только приобрести большую плотность, прочность, но и снизить или повысить температуру плавления.

Сплав может состоять из двух или больше химических элементов, но хотя бы один из них должен быть металлом. Такие «смеси» очень часто используют в промышленности, ведь они позволяют получить именно те качества материалов, которые необходимы.

Температура плавления металлов и сплавов зависит от чистоты первых, а также от пропорций и состава вторых. Для получения легкоплавких сплавов чаще всего используют свинец, ртуть, таллий, олово, кадмий, индий. Те, в составе которых находится ртуть, называются амальгамами. Соединение натрия, калия и цезия в соотношении 12%/47%/41% становится жидкостью уже при минус 78 °C , амальгама ртути и таллия — при минус 61°C. Самым тугоплавким материалом является сплав тантала и карбидов гафния в пропорциях 1:1 с температурой плавления 4115 °C.

Агрегатные состояния вещества. Переходы из одного состояния в другое

Агрегатное состояние — это состояние вещества, которое зависит от температуры и давления. В природе вещества встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

Вещество, находящееся при стандартных условиях в твёрдом состоянии, называется твёрдым веществом, в жидком состоянии — жидким веществом или жидкостью, в газообразном — газообразным веществом или газом.

При одинаковых условиях (температуре и давлении) различные вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях.

Пример. В стандартных условиях:

• железо, сера, алюминий — твёрдые вещества.
• вода, бензол, ртуть — жидкости.
• кислород, аргон, углекислый газ — газы.

Переходы между агрегатными состояниями

Многие вещества при изменении условий могут переходить из одного агрегатного состояния в другое.

Пример. При температуре ниже 0 °C вода превращается в лёд, т. е. переходит из жидкого состояния в твёрдое.

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется испарением.

При увеличении температуры вещества испарение становится интенсивнее. И, наконец, при определённой температуре испарение становится настолько интенсивным, что жидкость закипает. Такая температура называется температурой кипения вещества. Испарение и кипение — это два способа перехода жидкости в газообразное состояние.

Испарение происходит с поверхности жидкости, а при кипении жидкость переходит в газообразное состояние, как с поверхности, так и внутри неё.

Когда говорят о веществах в газообразном состоянии, иногда помимо термина газ используется и слово пар. Газ и пар очень похожи между собой. Они представляют собой разновидности газообразного состояния вещества.

Разница между газом и паром в том, что газ имеет температуру выше критической или равную ей, а пар — ниже.

Пример. Критическая температура воды равна примерно 374 °C. Вода в газообразном состоянии, которая имеет температуру ниже критической, например, 5 °C или 120 °С, будет именно паром, а не газом. А вот, например, кислород, гелий и азот – газы, так как они имеют температуру выше критической (у каждого из них критическая температура ниже -100 °C).

В быту под словом пар обычно подразумевают именно водяной пар.

Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называется кристаллизацией. Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называется плавлением.

Переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное называется возгонкой или сублимацией. Переход из газообразного состояния в твёрдое называется десублимацией.

При всех этих явлениях частицы вещества не разрушаются. Таким образом, вещество, изменяя агрегатное состояние, не превращается в другое вещество.

Одни вещества могут иметь любое из трёх агрегатных состояний, другие — нет.

Пример. Вода может находиться в твёрдом состоянии (лёд), жидком (вода) и газообразном (водяной пар). Для сахара известны только два агрегатных состояния: твёрдое и жидкое.

При нагревании сахар плавится, затем его расплав темнеет, и появляется неприятный запах. Это свидетельствует о превращении сахара в другие вещества. Значит, газообразного состояния для сахара не существует.

Взаимные переходы веществ из одного агрегатного состояния в другое в виде схемы:

12,5: плавление, замораживание и сублимация

Цели обучения

• Определите плавление, замораживание и сублимацию.

В зависимости от окружающих условий нормальное вещество обычно существует в виде одной из трех фаз : твердой, жидкой или газообразной.

Фазовое изменение — это физический процесс, в котором вещество переходит из одной фазы в другую. Обычно изменение происходит при добавлении или удалении тепла при определенной температуре, известной как точка плавления или точка кипения вещества.Точка плавления — это температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое (или из жидкости в твердое). Точка кипения — это температура, при которой вещество переходит из жидкости в газ (или из газа в жидкость). Характер фазового перехода зависит от направления теплопередачи. Тепло, переходя в , вещество превращает его из твердого тела в жидкость или из жидкости в газ. Удаляя тепло из , вещество превращает газ в жидкость или жидкость в твердое тело.

Следует подчеркнуть два ключевых момента. Во-первых, при температуре плавления или кипения вещества могут существовать две фазы одновременно. Возьмем, к примеру, воду (H ₂ O). По шкале Цельсия H ₂ O имеет точку плавления 0 ° C и точку кипения 100 ° C. При 0 ° C твердая и жидкая фазы H ₂ O могут сосуществовать. Однако, если добавить тепло, часть твердого H ₂ O расплавится и превратится в жидкость H ₂ O. Если отвести тепло, произойдет обратное: некоторая часть жидкого H ₂ O превратится в твердый H ₂ О.Аналогичный процесс может происходить при 100 ° C: добавление тепла увеличивает количество газообразного H ₂ O, а удаление тепла увеличивает количество жидкого H ₂ O (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Точка кипения воды. Ядерное кипячение воды над горелкой кухонной плиты. (Источник: Википедия). Вода — хорошее вещество, которое можно использовать в качестве примера, потому что многие люди уже знакомы с ней. Другие вещества также имеют точки плавления и кипения.

Во-вторых, температура вещества не меняется при переходе вещества из одной фазы в другую. Другими словами, фазовые переходы являются изотермическими (изотермический означает «постоянная температура»). Снова рассмотрим H ₂ O в качестве примера. Твердая вода (лед) может существовать при 0 ° C. Если к льду добавить тепло при 0 ° C, часть твердого вещества изменит фазу, превратившись в жидкость, которая также имеет температуру 0 ° C. Помните, что твердая и жидкая фазы H ₂ O могут сосуществовать при 0 ° C. Только после того, как все твердое вещество превратилось в жидкость, добавление тепла изменяет температуру вещества.

Для каждого фазового перехода вещества существует характерное количество тепла, необходимое для выполнения фазового перехода на грамм (или на моль) материала. Теплота плавления (Δ H _fus ) — это количество тепла на грамм (или на моль), необходимое для фазового превращения, которое происходит при температуре плавления. Теплота испарения (Δ H _vap ) — это количество тепла на грамм (или на моль), необходимое для фазового превращения, которое происходит при температуре кипения. Если вам известно общее количество граммов или молей материала, вы можете использовать Δ H _fus или Δ H _vap , чтобы определить общее тепло, передаваемое для плавления или затвердевания, используя следующие выражения:

\ [\ text {heat} = n \ times ΔH_ {fus} \ label {Eq1a} \]

, где \ (n \) — количество молей, а \ (ΔH_ {fus} \) выражается в энергии / моль или

\ [\ text {heat} = m \ times ΔH_ {fus} \ label {Eq1b} \]

где \ (m \) — масса в граммах, а \ (ΔH_ {fus} \) выражается в энергии на грамм.

Для кипения или конденсации используйте следующие выражения:

\ [\ text {heat} = n \ times ΔH_ {vap} \ label {Eq2a} \]

, где \ (n \) — количество моль), а \ (ΔH_ {vap} \) выражается в энергии / моль или

\ [\ text {heat} = m \ times ΔH_ {vap} \ label {Eq2b} \]

где \ (m \) — масса в граммах, а \ (ΔH_ {vap} \) выражается в энергии на грамм.

Помните, что фазовый переход зависит от направления теплопередачи. При передаче тепла твердые вещества становятся жидкими, а жидкости становятся твердыми при температурах плавления и кипения соответственно.Если тепло передается, жидкости затвердевают, а газы конденсируются в жидкости.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Сколько тепла необходимо, чтобы растопить 55,8 г льда (твердый H ₂ O) при 0 ° C? Теплота плавления H ₂ O составляет 79,9 кал / г.

Решение

Мы можем использовать соотношение между теплотой и теплотой плавления (уравнение \ (\ PageIndex {1} \) b), чтобы определить, сколько джоулей тепла необходимо, чтобы растопить этот лед:

\ [\ begin {align *} \ text {heat} & = m \ times ΔH_ {fus} \\ [4pt] & = (55.8 \: \ cancel {g}) \ left (\ dfrac {79.9 \: cal} {\ cancel {g}} \ right) = 4,460 \: cal} \ end {align *} \]

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Сколько тепла необходимо для испарения 685 г H ₂ O при 100 ° C? Теплота испарения H ₂ O составляет 540 кал / г.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \) перечисляет значения теплоты плавления и испарения некоторых распространенных веществ. Обратите внимание на единицы измерения этих величин; Когда вы используете эти значения при решении проблем, убедитесь, что другие переменные в вашем расчете выражены в единицах, соответствующих единицам для конкретных плавок или теплоты плавления и испарения.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Теплоты плавления и испарения для выбранных веществ

Вещество	ΔH фус (кал / г)	ΔH пар (кал / г)
алюминий (Al)	94,0	2 602
золото (Au)	15,3	409
железо (Fe)	63.2	1 504
вода (H 2 O)	79,9	540
хлорид натрия (NaCl)	123,5	691
этанол (C 2 H 5 OH)	45,2	200,3
бензол (C 6 H 6 )	30.4	94,1

Взгляд поближе: сублимация

Существует также фазовый переход, когда твердое вещество переходит непосредственно в газ:

\ [\ text {solid} \ rightarrow \ text {gas} \ label {Eq3} \]

Это изменение фазы называется сублимацией . Каждое вещество имеет характерную теплоту сублимации, связанную с этим процессом. Например, теплота сублимации (Δ H _sub ) H ₂ O составляет 620 кал / г.\ circ C} CO_2 (g)} \ label {Eq4} \]

Твердый диоксид углерода называется сухим льдом, потому что он не проходит через жидкую фазу. Вместо этого он идет прямо в газовую фазу. (Углекислый газ может существовать в виде жидкости, но только под высоким давлением.) Сухой лед имеет множество практических применений, включая долгосрочное хранение медицинских образцов.

Даже при температуре ниже 0 ° C твердый H ₂ O будет медленно возгоняться. Например, тонкий слой снега или инея на земле может медленно исчезнуть по мере возгонки твердого H ₂ O, даже если внешняя температура может быть ниже точки замерзания воды.Точно так же кубики льда в морозильной камере со временем могут стать меньше. Хотя твердая вода заморожена, она медленно сублимируется, оседая на более холодных охлаждающих элементах морозильной камеры, что требует периодического размораживания (морозильные камеры без обледенения минимизируют это повторное отложение). Снижение температуры в морозильной камере уменьшит потребность в частом размораживании.

При аналогичных обстоятельствах вода также выделяется из замороженных продуктов (например, мяса или овощей), придавая им непривлекательный вид с пятнами, который называется ожогом при заморозке.На самом деле это не «ожог», и еда не обязательно испортилась, хотя выглядит неаппетитно. Ожог при замораживании можно свести к минимуму, снизив температуру в морозильной камере и плотно обернув продукты, чтобы у воды не было места для сублимации.

Точка плавления

Твердые тела похожи на жидкости в том, что оба являются конденсированными состояниями с частицами, которые расположены гораздо ближе друг к другу, чем частицы газа. Однако, в то время как жидкости жидкие, твердые тела — нет. Частицы большинства твердых веществ плотно упакованы и упорядочены.Движение отдельных атомов, ионов или молекул в твердом теле ограничено колебательным движением вокруг фиксированной точки. Твердые тела почти полностью несжимаемы и являются наиболее плотными из трех состояний материи.

Когда твердое тело нагревается, его частицы вибрируют быстрее, поскольку твердое тело поглощает кинетическую энергию. В конце концов, организация частиц внутри твердой структуры начинает разрушаться, и твердое тело начинает плавиться. Точка плавления — это температура, при которой твердое вещество превращается в жидкость.\ text {o} \ text {C} \).

\ [\ ce {H_2O} \ left (s \ right) \ rightleftharpoons \ ce {H_2O} \ left (l \ right) \]

Мы склонны думать о твердых телах как о материалах, которые тверды при комнатной температуре. Однако все материалы имеют ту или иную температуру плавления. Газы становятся твердыми при очень низких температурах, а жидкости также становятся твердыми, если температура достаточно низкая. В таблице ниже приведены температуры плавления некоторых распространенных материалов.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Точки плавления обычных материалов

Материалы	Точка плавления (ºC)
Водород	-259
Кислород	-219
Диэтиловый эфир	-116
Этанол	-114
Вода	0
Чистое серебро	961
Чистое золото	1063
Утюг	1538

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

1. Объясните, что происходит, когда тепло течет внутрь вещества или выходит из него при его температуре плавления или кипения.
2. Как количество тепла, необходимое для фазового перехода, соотносится с массой вещества?

Ответьте на

На изменение фазы идет энергия, а не температура.

Ответ б

Количество тепла на грамм вещества постоянно.

Резюме

• Есть изменение энергии, связанное с любым изменением фазы.
• Сублимация — это изменение состояния с твердого на газ без перехода через жидкое состояние.
• Осаждение — это изменение состояния от газа к твердому.
• Двуокись углерода — это пример материала, который легко подвергается сублимации.
• Точка плавления — это температура, при которой твердое вещество превращается в жидкость.
• Межмолекулярные силы оказывают сильное влияние на температуру плавления.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или широко) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

• Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

Сублимация — обзор | Темы ScienceDirect

VII.C.2 Лазерная термография

При сублимационной печати с переносом красителя с помощью лазерного нагрева можно получить высокое разрешение и непрерывный тон, поскольку в качестве источника тепла используется модулированный и сфокусированный лазерный луч ближнего инфракрасного диапазона. Поскольку один и тот же лазер может использоваться в качестве источника тепла для передачи каждого основного цвета, только лист-донор, а не источник или приемник тепла, должен перемещаться во время последовательного нанесения цветов, поэтому проблема регистрации также устраняется.

Для средств формирования лазерных термографических изображений чувствительность обычно выражается в единицах энергии экспонирования, необходимой для полной модуляции среды, т. Е. Максимальной плотности изображения. Хорошим эталоном для требований к энергии типичных материалов для лазерной термографии является порядка 250 мДж / см ² , что примерно на шесть порядков больше, чем у типичных сред AgX. Для получения изображения размером 20 × 30 см за одну минуту на материале, требующем этой энергии экспонирования, мощность сканирующего лазера равна 2.Потребуется 5 Вт. В последние годы диодные лазеры, которые можно электронно модулировать со скоростью, необходимой для такой системы формирования изображения, стали экономически эффективными, но обычно эти устройства не предлагают мощность более 100 МВт. Поэтому на практике необходимо оптически объединить выход матрицы из нескольких диодов в одном пятне, чтобы отобразить эти материалы. С этой целью в коммерческих принтерах для лазерной термографии используется несколько различных схем, включая обычную и волоконную оптику, и их доступность стимулировала развитие и коммерциализацию этой технологии.

В лазерной термографии, однако, требуется немного более сложный лист донора, как показано на рис. 13. Помимо основы поддерживающей пленки и слоя краски, включающего летучий краситель, должен быть вставлен светопоглощающий слой. Лазерный свет, падающий на этот слой, поглощается и преобразуется в тепло, которое затем вызывает испарение красителя. Технический углерод является обычным компонентом светопоглощающего слоя, хотя также описаны красители, которые избирательно поглощают длину волны лазера, обычно между 750 и 900 нм, например.g., титанилфталоцианин для использования с лазером с длиной волны 825 нм. Типичные размеры лазерного пятна составляют порядка 3–20 мкм, а разрешающая способность этого метода превышает 8000 точек на дюйм. Для получения непрерывного тона, например, для фотопечати, обычно предпочтительно изменять входную энергию отдельного пикселя с помощью широтно-импульсной модуляции, то есть варьируя продолжительность времени, в течение которого лазер включен, при экспонировании этого пикселя. Попытка модулировать интенсивность лазера обычно приводит к перегреву донора; в этом случае не только переносится краситель, но и разлагается полимерное связующее, в котором растворен краситель.Перед началом разложения связующего, называемого абляцией, весь слой разрывается на части, и практически весь краситель в нем переносится в приемник с одновременной потерей контроля над плотностью изображения на рецепторе. Следует понимать, что если мы думаем об изображении на рецепторе как о позитиве, то лист донора несет соответствующее негативное изображение.

РИСУНОК 13. Схема термотрансферной печати с использованием лазерного красителя. [Из Kitamura, T. et al. (1999). Труды конференции IS&T 1999 PICs, IS&T, Спрингфилд, Вирджиния; с разрешения правообладателя, Общества науки и технологий в области обработки изображений].

Лазерные тепловизоры заняли важную нишу в графическом искусстве, хотя их применение в цифровой фотообработке также обсуждалось. Система цветопробы Kodak Approval основана на сублимационном переносе. По сути, он работает так, как показано на рис. 13, но имеет несколько уникальных особенностей. Прежде всего, четыре основных цвета последовательно передаются промежуточному рецептору. Изображение красителя переносится с промежуточной опоры на готовую бумагу для печати.Во-вторых, донор отделен от рецептора плотно упакованным слоем спейсерных шариков, обычно диаметром от 4 до 20 мкм, между каждым донором и рецептором. Эти шарики предотвращают прилипание донора и рецептора друг к другу, и они термически изолируют рецептор от донора, тем самым не позволяя рецептору действовать как поглотитель тепла и тратить энергию лазера.

Однако можно использовать лазерную абляцию донорного слоя для получения изображения. В пленке Kodak Professional Direct Image рецептор не используется.Интенсивное лазерное воздействие просто сдувает окрашенный полимерный слой, соответствующий донору на рис. 13. Как и в термографии с переносом воска, процесс визуализации является бинарным, и в результате получается высококонтрастное изображение красителя. Как отмечалось выше, в результате этого процесса создается изображение, которое является негативом по сравнению с тем, которое обычно создается при переносной термографии. Для этой технологии продемонстрировано разрешение до 1800 точек на дюйм. Для получения изображений с лазерной абляцией требуется очень высокая энергия лазера, чтобы обеспечить необходимую экспозицию в несколько сотен мДж / см ² .

Было разработано несколько стратегий использования тепловидения в приложениях «компьютер-пластина». Основная привлекательность технологии изготовления печатных форм для печати с точки зрения полиграфической промышленности — это упрощение рабочего процесса допечатной подготовки, которое является результатом возможности принимать поток цифровых данных, представляющих печатаемый материал, и создавать необходимые готовые к печати формы непосредственно из них. В одном подходе (Presstek) достигается усиление и снижается потребляемая мощность лазера за счет покрытия энергетическим полимером, например.например, нитроцеллюлоза в виде тонкой пленки под светопоглощающим слоем конструкции, которая в остальном похожа на лист донора на рис. 13. Идея этого подхода заключается в использовании химической энергии в таких материалах для помощи лазеру. Когда лазер нагревает пятно выше некоторой пороговой температуры, полимер взрывоопасно разлагается по механизму самоокисления, в результате чего образуются газообразные продукты. Быстрое расширение газового пузыря физически разрушает светопоглощающие и визуализирующие слои, что позволяет легко их удалить.Коэффициенты усиления, полученные с помощью этой стратегии, обычно составляют три или четыре по сравнению со стандартными материалами для лазерной абляции. Для печатных форм открытая опора восприимчива к чернилам. Слой формирования изображения (соответствующий слою чернил на фиг. 13) представляет собой силиконовый полимер, который является репеллентом чернил. Полученную конструкцию с изображением можно поместить на сухой офсетный пресс и использовать в качестве печатной формы.

Новая фаза материи твердая и жидкая одновременно

Твердое, жидкое, газообразное… и что-то еще? В то время как большинство из нас узнает всего о трех состояниях материи в начальной школе, физики открыли несколько экзотических разновидностей, которые могут существовать в условиях экстремальной температуры и давления.

Теперь команда использовала тип искусственного интеллекта, чтобы подтвердить существование причудливого нового состояния материи, в котором атомы калия проявляют свойства как твердого тела, так и жидкости одновременно. Если бы вам каким-то образом удалось вытащить кусок такого материала, он, вероятно, выглядел бы как твердый блок, из которого вытекает расплавленный калий, который в конечном итоге полностью растворился.

«Это все равно что держать губку, наполненную водой, которая начинает капать, но губка тоже сделана из воды», — говорит соавтор исследования Андреас Херманн, физик по конденсированным веществам из Эдинбургского университета, команда которого описывает работу на этой неделе. в труде Национальной академии наук .

Необычное состояние калия могло существовать в условиях мантии Земли, но этот элемент обычно не встречается в чистом виде и обычно связан с другим материалом. Подобное моделирование может помочь изучить поведение других минералов в таких экстремальных условиях.

Земля 101

Земля — ​​единственная известная планета, на которой существует жизнь. Узнайте происхождение нашей родной планеты и некоторые ключевые ингредиенты, которые помогают сделать это синее пятнышко в космосе уникальной глобальной экосистемой.

Дырявый кристалл

Металлы, такие как калий, довольно просты на микроскопическом уровне. В форме сплошного стержня атомы элемента соединяются в упорядоченные ряды, которые хорошо проводят тепло и электричество. Долгое время исследователи считали, что они могут легко предсказать, что может произойти с такими кристаллическими структурами под давлением.

Но около 15 лет назад ученые обнаружили, что натрий — металл со свойствами, подобными калию, — при сжатии делает что-то странное.При давлении в 20 000 раз превышающем давление на поверхности Земли, натрий превратился из серебристого блока в прозрачный материал, который не проводил электричество, а скорее препятствовал его течению. Изучив натрий рентгеновскими лучами, ученые смогли увидеть, что его атомы приняли сложное кристаллическое образование вместо простого.

Калий также подвергался тщательной экспериментальной проверке. При сжатии до аналогичных крайностей его атомы образуют сложную форму — пять цилиндрических трубок, образующих X-образную форму, с четырьмя длинными цепями, сидящими на изгибах этой сборки, почти как два отдельных и не переплетающихся материала.

«Каким-то образом эти атомы калия решают разделиться на две слабо связанные подрешетки», — говорит Германн. Но когда ученые увеличили температуру, рентгеновские снимки показали, что четыре цепи исчезают, и исследователи спорили о том, что именно происходит.

Германн и его коллеги обратились к моделированию, чтобы выяснить это, используя так называемую нейронную сеть — машину искусственного интеллекта, которая учится предсказывать поведение на основе предыдущих примеров. После обучения на небольших группах атомов калия нейронная сеть изучила квантовую механику достаточно хорошо, чтобы моделировать коллекции, содержащие десятки тысяч атомов.

Компьютерные модели подтвердили, что при давлении, превышающем атмосферное давление в 20 000-40 000 раз, и температуре от 400 до 800 Кельвинов (от 260 до 980 градусов по Фаренгейту) калий входит в так называемое цепочечно-расплавленное состояние, при котором цепи растворяются в жидкости, а оставшийся калий кристаллы остались твердыми.

Ученые впервые показали, что такое состояние термодинамически стабильно для любого элемента.

Метод машинного обучения, разработанный командой, может быть полезен при моделировании поведения других веществ, говорит Мариус Миллот, изучающий материалы в экстремальных условиях в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.

«Большая часть вещества во Вселенной находится под высоким давлением и температурой, например, внутри планет и звезд», — добавляет он.

Экзопланеты 101

Экзопланеты бросают вызов представлению о том, что мы одни во Вселенной. Узнайте, какие типы экзопланет существуют, методы, которые ученые используют для их поиска, и сколько миров может существовать в Галактике Млечный Путь.

Продюсер / ведущий: Анджели Габриэль Редактор: Дэн Стейнмец Ассоциированный продюсер: Мариелена Планас Менеджер по исследованиям: Марк Левенштейн Звукозаписывающий: Джей Ольшевски

Экзотические состояния

Теперь, когда фаза цепного плавления калия подтверждена, она присоединяется к известному массиву других необычных состояний вещества помимо газа, жидкости и твердого тела.

Плазма: Перегретая форма газа, в которой атомные ядра отделены от своих электронов, что означает, что они могут генерироваться и подвергаться воздействию электрических и магнитных полей.

Конденсат Бозе-Эйнштейна: Образовавшийся только при температурах, близких к абсолютному нулю, все атомы в этом материале начинают действовать как единая частица.

Сверхпроводник: Состояние, достигаемое, когда некоторые металлы охлаждают до низких температур, и электричество может проходить через них без сопротивления.

Superfluid: Жидкость, охлажденная почти до абсолютного нуля, так что она может течь без трения, даже взбираясь по стенкам контейнера и капая с внешней стороны.

Вырожденная материя: Обнаруживается только при чрезвычайно высоких давлениях, достигаемых в белых карликах и нейтронных звездах, двух типах мертвых звезд.

Кварк-глюонная плазма: Состояние, в котором протоны и нейтроны растворяются в составляющие их кварки, которые могут свободно перемещаться между частицами, называемыми глюонами, которые несут сильную силу.

Изменения фаз

Изменения фаз Между молекулами всех веществ существуют силы притяжения и отталкивания. Эти межмолекулярные силы позволяют молекулам упаковываться вместе в твердом и жидком состояниях. Когда кастрюлю с водой ставят на конфорку, она скоро закипит. Фазовый переход происходит; жидкая вода превращается в газообразную воду или пар. На молекулярном уровне межмолекулярных сил между молекулами воды уменьшаются.Жара дает достаточно энергия для молекул воды, чтобы преодолеть эти силы притяжения. Все фазовые изменения включают увеличение или уменьшение межмолекулярных силы. Для каждого из фазовых переходов, указанных ниже, выберите, будет ли межмолекулярный силы увеличиваются или уменьшаются. В это изменение фазы, увеличивает ли расстояние между молекулами или снижаться? При рассмотрении фазовых переходов более близкие молекулы друг к другу, тем сильнее межмолекулярный сил . Хорошо! Для любого данного вещества межмолекулярных сил будет наибольшим в твердом состоянии и самым слабым в газовом состоянии. точки кипения этилового эфира и этанола составляют 34,6 ° C и 78,5 ° C. соответственно. Какое вещество имеет более сильные межмолекулярные силы? Как жидкость закипает, она претерпевает переход от жидкой фазы к газовой. В для этого межмолекулярных сил присутствие в жидком состоянии необходимо преодолеть.Более сильный межмолекулярный силы потребует больше энергии для преодоления. Хорошо! Более высокая температура кипения означает, что требуется больше энергии для преодоления межмолекулярных сил , присутствующих в жидкости штат. точки плавления хлора и йода составляют -107ºC и 114ºC соответственно. Какое вещество имеет более сильные межмолекулярные силы? Как вещество плавится, некоторые из межмолекулярных силы , присутствующие в твердом состоянии, преодолеваются.Больше энергии требуется для преодоления более сильного межмолекулярного соединения сил . Хорошо! Более высокая температура плавления означает, что требуется больше энергии для преодоления некоторых межмолекулярных сил, присутствующих в твердом состоянии.

Движение частиц

Эта идея фокусировки исследуется через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Ежедневный опыт студентов

На этом уровне студенты должны «объяснять поведение и свойства материалов с точки зрения составляющих их частиц и сил, удерживающих их вместе» (стандарты VELS, уровень 6).Однако тот факт, что учащиеся могут рисовать обычное статическое расположение частиц в твердых телах, жидкостях и газах, не означает, что они придерживаются полного представления о материи. Исследования показывают, что многие студенты в этом возрасте и старше все еще придерживаются ряда альтернативных представлений о частицах, которые трудно погасить. Они часто не осознают очень маленький размер частиц, приписывают микроскопическим частицам макроскопические свойства, испытывают трудности с пониманием движения частиц во всех состояниях материи и имеют проблемы с пониманием сил между частицами.

Research: Driver (1987)

Многие студенты, которые понимают, что материя представляет собой твердые частицы, все еще сохраняют прежние взгляды и считают, что частицы могут изменять свою форму (от твердого до жидкого), взрываться, гореть, расширяться, изменять форму и цвет или сжиматься. Студенты визуализируют атомы, молекулы и ионы как маленькие шарообразные объекты (возможно, из-за способа представления информации), и это способствует тому, что они путают свойства частиц с макроскопической природой материалов, из которых они состоят.

Research: Happs (1980)

Эти идеи также рассматриваются в идее фокуса. Макроскопические и микроскопические свойства.

Студенты часто не понимают динамическую природу частиц; они склонны думать о них как о статичных. Студенты могут верить, что частицы газа движутся медленно, подобно тому, как они наблюдают, когда видят взвешенные частицы пыли в луче света. Случайное движение частиц в жидкостях и газах — трудная для понимания концепция.На вопрос: «Почему частицы газа не падают на дно сосуда?» только около 50% студентов думали, что частицы находятся в постоянном движении. Студенты заявили, что частицы раздвигались (под действием тепла как вещества) при нагревании газов. Когда газы конденсировались в жидкость, многие студенты объясняли это увеличением сил притяжения между частицами.

Исследования: Новик и Нуссбаум (1981)

Студентам часто трудно оценить движение частиц в твердых телах, и это приводит к различным представлениям о замораживании и плавлении.Вот несколько примеров того, как студенты думают о поведении частиц в тающей ледяной глыбе:

Студент 1: «Частицы начинают отламываться друг от друга из-за повышения температуры. Когда они отделяются друг от друга, они превращаются из кристаллической формы в форму раствора ».

Студент 2:« Когда кусок льда вынимается из морозильника, резкое изменение температуры реагирует на частицы, заставляющие их уменьшение в размерах ».

Scientific view

Атомы невероятно малы, и их невозможно увидеть даже с помощью самого мощного светового микроскопа.Мы используем несколько моделей атомов, чтобы помочь объяснить химические процессы и описать их поведение.

В газах частицы быстро движутся во всех направлениях, часто сталкиваясь друг с другом и стенками контейнера. С повышением температуры частицы приобретают кинетическую энергию и движутся быстрее. Фактическая средняя скорость частиц зависит от их массы, а также от температуры — более тяжелые частицы движутся медленнее, чем более легкие, при той же температуре. Молекулы кислорода и азота в воздухе при нормальной комнатной температуре быстро перемещаются со скоростью от 300 до 400 метров в секунду.В отличие от столкновений между макроскопическими объектами, столкновения между частицами являются совершенно упругими без потери кинетической энергии. Это сильно отличается от большинства других столкновений, когда некоторая кинетическая энергия преобразуется в другие формы, такие как тепло и звук. Совершенно эластичный характер столкновений позволяет частицам газа продолжать отскакивать после каждого столкновения без потери скорости. Частицы по-прежнему подвержены силе тяжести и ударяются о дно контейнера с большей силой, чем о его верх, что придает газу вес.Если бы вертикальное движение молекул газа не замедлялось под действием силы тяжести, атмосфера давно бы покинула Землю.

В жидкостях частицы расположены довольно близко друг к другу и беспорядочно перемещаются по контейнеру. Частицы быстро движутся во всех направлениях, но сталкиваются друг с другом чаще, чем в газах, из-за более коротких расстояний между частицами. С повышением температуры частицы движутся быстрее, поскольку они набирают кинетическую энергию, что приводит к увеличению частоты столкновений и увеличению скорости диффузии.

В твердом теле частицы упаковываются вместе настолько плотно, насколько это возможно, в аккуратном и упорядоченном расположении. Частицы удерживаются вместе слишком сильно, чтобы их можно было перемещать с места на место, но частицы действительно колеблются относительно своего положения в структуре. С повышением температуры частицы приобретают кинетическую энергию и вибрируют быстрее и сильнее.

Сила притяжения в твердых телах не обязательно должна быть сильнее, чем в жидкостях или газах. Например, силы между твердыми частицами гелия (при -270 ° C) все еще очень слабы.Для сравнения, силы между частицами паров железа (требующие очень высоких температур) очень велики. Если вы сравните разные вещества с одинаковой температурой, то средняя кинетическая энергия частиц будет одинаковой (т. Е. Если частицы имеют одинаковую массу, они будут двигаться с одинаковой скоростью), но силы притяжения в твердых телах будут быть больше, чем в жидкостях, которые будут больше, чем в газах. Силы притяжения не ослабевают, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное, скорее, кинетическая энергия частиц увеличивается (что подразумевает более быстрое движение), позволяя им преодолевать силы притяжения.

Критические идеи обучения

• Вся материя состоит из атомов, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже с помощью самых мощных световых микроскопов.
• Частицы во всех состояниях материи находятся в постоянном движении, и это очень быстро при комнатной температуре. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию и скорость частиц; это не ослабляет силы между ними.
• Частицы в твердых телах колеблются в фиксированных положениях; даже при очень низких температурах.
• Отдельные частицы в жидкостях и газах не имеют фиксированного положения и движутся хаотично.
• Столкновения между частицами отличаются от столкновений между макроскопическими объектами тем, что они совершенно упругие: то есть кинетическая энергия частиц остается постоянной, и во время столкновений энергия не преобразуется в другие формы.

Изучите взаимосвязь между идеями о движении частиц в Карты развития концепций — (химические реакции, состояния вещества)

Студенты этого уровня неоднократно сталкивались с идеями о частицах (включая атомы, ионы и молекулы), но многие из них сохраняют альтернативные или наивные взгляды на природа частиц, и они могут препятствовать их пониманию.Стремитесь принять стратегии обучения, которые вызывают у учащихся неудовлетворенность их существующими идеями, и продвигать научную концепцию, которая будет правдоподобной, последовательной и полезной в различных ситуациях.

Преподавательская деятельность

Выявите существующие идеи студентов

Важно выяснить предыдущие взгляды большинства студентов в начале обучения, чтобы установить их существующее понимание модели частиц материи.

Спросите студентов, что они думают о размере атомов по сравнению с другими мелкими объектами, такими как клетки, бактерии и вирусы.Это можно сделать, попросив их нарисовать их относительный размер в одном масштабе (шкале, где человеческая клетка равна размеру страницы или плаката). Выразите идею о том, что атомы снова стали намного меньше. Поищите другие действия, которые помогут укрепить идею о том, что частицы очень и очень маленькие.

Покажите студентам обычные рисунки частиц в твердых телах, жидкостях и газах и спросите их, движутся ли они и с какой скоростью.

Бросьте вызов существующим идеям

Здесь актуален ряд вопросов, поднятых в фокусе идеи «Сохранение массы», и взвешивание колбы, содержащей небольшое количество ацетона до и после испарения, может быть использовано для проверки идей студентов. о том, что вещество легче в газовом состоянии, и о проблемах со статическими изображениями частиц газа в текстах.Для получения дополнительной информации см .: Сохранение массы.

Помогите студентам выработать для себя некоторые «научные» объяснения

При небольшом поощрении класс обычно может решить путем обсуждения, что частицы в газах должны падать на дно колбы сильнее, чем на верх, и, следовательно, на них действует сила тяжести. Это может быть расширено до объяснения того, почему атмосфера Земли истончается и в конечном итоге прекращается — вертикальное движение частиц вверх прекращается.

Содействовать осмыслению и прояснению существующих идей и поощрять студентов к выявлению явлений, не объясненных (в настоящее время представленной) научной моделью или идеей

Поскольку частицы нельзя наблюдать напрямую, большая часть обучения включает поиск очевидных проблем или несоответствий с своего рода статические изображения частиц, данные в более ранние годы.Предложите студентам определить их и обсудить возможные объяснения. Некоторые подсказки:

• Что задерживает частицы воздуха?
• Частицы воздуха движутся быстрее в ветреный день?
• Откуда у газов может быть вес?
• Почему молекулы воздуха не улетают в космос?

Если необходимо, поднимите подобные вопросы, которые откроют дискуссию, но лучше, если учащиеся предложат некоторые из них сами. Обратите внимание, что многие проблемы связаны с газами — для объяснения именно их свойств нам больше всего нужна модель твердых частиц.

Чтобы усилить понятие упругих столкновений, спросите, что произошло бы, если бы столкновения между частицами газа не были упругими. Какие практические последствия были бы для людей? Это можно представить, бросая различные типы мячей (например, футбольный мяч, мяч для настольного тенниса и надувной мяч (из магазинов игрушек)) и объясняя, что надувной мяч ведет себя больше как частицы газа.

Начать обсуждение через общий опыт

Использование таких упражнений, как POE (Predict-Observe-Explain), может помочь учащимся задуматься, а затем подвергнуть сомнению свои существующие идеи.Следующее задание поможет учащимся обдумать свои представления о движении частиц.

Установите две пары колб, каждая из которых соединена клапаном (см. Схемы ниже). Обе пары содержат коричневый диоксид азота в левой колбе.

Эксперименты POE (прогнозировать-наблюдать-объяснять)
	У первой пары также есть воздух в правой колбе. Студентов просят предсказать, что произойдет, когда клапан между двумя колбами откроется.Коричневый цвет будет очень медленно распространяться от одной колбы к другой, потому что частицы часто сталкиваются с частицами воздуха.
	Вторая пара колб имеет коричневый газ в левой колбе, но правая колба полностью откачана. Студентов снова просят предсказать, что произойдет, когда клапан откроется. Очень высокая скорость молекул означает, что они очень быстро наполняют откачанную колбу.

Эксперименты по диффузии могут укрепить идею движения частиц.Их также можно использовать как POE.

Например:

• кристалл сульфата меди помещают в агаровый гель; синий цвет медленно распространяется через гель
• , кристаллы перманганата калия помещают в стакан и медленно добавляют воду. Смотрите изображение. В качестве альтернативы к раствору перманганата калия в бюретке очень медленно добавляют воду.

Броуновское движение также можно наблюдать с помощью стереомикроскопов, когда порошок серы или камфора разбрызгивается на поверхность воды или этанола.

Практикуйтесь в использовании и создайте воспринимаемую полезность научной модели или идеи

Кусок ваты, пропитанный аммиаком, помещается на один конец длинной стеклянной трубки, а другой, пропитанный соляной кислотой (HCl), помещается на другой конец . В конце концов, на стыке двух газов образуется белое кольцо. Два газа имеют одинаковую температуру и, следовательно, частицы имеют одинаковую кинетическую энергию; кольцо образуется ближе к источнику более тяжелой и, следовательно, более медленно движущейся HCl.Это предсказывается сравнением относительных молекулярных масс. Наличие в трубке полоски универсальной индикаторной бумаги позволяет отслеживать диффузию газа. Это пример POE, где полезно привлечь внимание студентов к соответствующему разделу науки, прежде чем они сделают свой прогноз, поскольку он создает полезность для концепции относительной молекулярной массы (значений Mr).

Студентам должна быть предоставлена ​​возможность использовать научные концепции теории частиц в других условиях.Попросите учащихся понаблюдать, а затем объяснить изменения с точки зрения движения частиц в таких сценариях, как плавление воска или пластика, исчезновение нафталина (нафталина) в шкафу и запах духов, распространяющийся по комнате.

Свойства вещества: твердые тела | Живая наука

Твердое тело — одно из трех основных состояний вещества, наряду с жидкостью и газом. Материя — это «вещество» Вселенной, атомы, молекулы и ионы, из которых состоят все физические вещества. В твердом теле эти частицы плотно упакованы вместе и не могут свободно перемещаться внутри вещества.Молекулярное движение частиц в твердом теле ограничивается очень небольшими колебаниями атомов вокруг их фиксированных положений; поэтому твердые тела имеют фиксированную форму, которую трудно изменить. Твердые тела тоже имеют определенный объем; то есть они сохраняют свой размер, как бы вы их ни пытались изменить.

Твердые вещества делятся на две основные категории, кристаллические твердые вещества и аморфные твердые вещества, в зависимости от того, как расположены частицы.

Кристаллические твердые тела

Кристаллические твердые тела или кристаллы считаются «истинными твердыми телами».«Минералы представляют собой кристаллические твердые вещества. Поваренная соль является одним из примеров такого твердого вещества. В кристаллических твердых телах атомы, ионы или молекулы расположены в упорядоченном и симметричном узоре, который повторяется по всему кристаллу. Наименьшая повторяющаяся структура твердое тело называется элементарной ячейкой, которая подобна кирпичу в стене. Элементарные ячейки объединяются, образуя сеть, называемую кристаллической решеткой. Существует 14 типов решеток, называемых решетками Браве (названных в честь Огюста Браве, французского физика XIX века. ), и они подразделяются на семь кристаллических систем в зависимости от расположения атомов.На странице ChemWiki Калифорнийского университета в Дэвисе эти системы перечислены как кубические, гексагональные, тетрагональные, ромбоэдрические, орторомбические, моноклинные и триклинические.

Помимо регулярного расположения частиц, кристаллические твердые вещества обладают рядом других характерных свойств. Как правило, они несжимаемы, то есть их нельзя сжать до более мелких форм. Из-за повторяющейся геометрической структуры кристалла все связи между частицами имеют одинаковую прочность. Это означает, что кристаллическое твердое вещество будет иметь определенную температуру плавления, потому что нагревание разорвет все связи одновременно.

Кристаллические твердые тела также обладают анизотропией . Это означает, что такие свойства, как показатель преломления (насколько свет изгибается при прохождении через вещество), проводимость (насколько хорошо он проводит электричество) и прочность на разрыв (сила, необходимая для его разрыва), будут варьироваться в зависимости от направления, с которого действует сила. применяется. Кристаллические твердые вещества также демонстрируют расщепление ; в случае разрушения части будут иметь строганную поверхность или прямые края.

Типы кристаллических твердых веществ

Существуют четыре типа кристаллических твердых веществ: ионные твердые вещества, молекулярные твердые вещества, сетчатые ковалентные твердые тела и металлические твердые тела.

Ионные твердые вещества

Ионные соединения образуют кристаллы, состоящие из противоположно заряженных ионов: положительно заряженного катиона и отрицательно заряженного аниона . Из-за сильного притяжения между противоположными зарядами для преодоления ионных связей требуется много энергии. Это означает, что ионные соединения имеют очень высокие температуры плавления, часто от 300 до 1000 градусов по Цельсию (от 572 до 1832 градусов по Фаренгейту).

Хотя сами кристаллы твердые, хрупкие и непроводящие, большинство ионных соединений могут растворяться в воде, образуя раствор свободных ионов, который будет проводить электричество.Это могут быть простые бинарные соли, такие как хлорид натрия (NaCl) или поваренная соль, где один атом металлического элемента (натрия) связан с одним атомом неметаллического элемента (хлора). Они также могут состоять из многоатомных ионов, таких как NH ₄ NO ₃ (нитрат аммония). Многоатомные ионы — это группы атомов, которые имеют общие электроны (называемые ковалентными , связывающими ) и функционируют в соединении, как если бы они составляли один заряженный ион.

Молекулярные твердые вещества

Молекулярные твердые тела состоят из ковалентно связанных молекул, притягиваемых друг к другу электростатическими силами (называемыми силами Ван-дер-Ваальса, согласно веб-сайту HyperPhysics).Поскольку ковалентная связь предполагает совместное использование электронов, а не прямой перенос этих частиц, общие электроны могут проводить больше времени в электронном облаке более крупного атома, вызывая слабую или смещающуюся полярность. Это электростатическое притяжение между двумя полюсами (диполями) намного слабее, чем ионная или ковалентная связь, поэтому молекулярные твердые частицы, как правило, мягче, чем ионные кристаллы, и имеют более низкие температуры плавления (многие будут плавиться при температуре менее 100 C или 212 F). Большинство твердых веществ неполярны. Эти неполярные молекулярные твердые вещества не растворяются в воде, но растворяются в неполярном растворителе, таком как бензол и октан.Полярные молекулярные твердые вещества, такие как сахар, легко растворяются в воде. Молекулярные твердые вещества не проводят ток.

Примеры молекулярных твердых веществ включают лед, сахар, галогены, такие как твердый хлор (Cl ₂ ), и соединения, состоящие из галогена и водорода, такие как хлористый водород (HCl). «Бакиболлы» фуллерена также являются твердыми молекулярными телами.

Сетчатые ковалентные твердые тела

В сетчатых твердых телах нет отдельных молекул. Атомы ковалентно связаны в непрерывную сеть, в результате чего образуются огромные кристаллы.В сетчатом твердом теле каждый атом ковалентно связан со всеми окружающими атомами. Сетевые твердые тела имеют аналогичные свойства с ионными твердыми телами. Это очень твердые, несколько хрупкие твердые вещества с чрезвычайно высокими температурами плавления (выше 1000 C или 1800 F). В отличие от ионных соединений они не растворяются в воде и не проводят электричество.

Примеры твердых тел с сеткой включают алмазы, аметисты и рубины.

Металлы представляют собой непрозрачные блестящие твердые вещества, которые являются ковкими и пластичными.Под податливостью подразумевается, что они мягкие, и их можно формовать или прессовать в тонкие листы, а под податливостью — их можно вытягивать в проволоку. В металлической связи валентные электроны не передаются и не разделяются, как при ионной и ковалентной связи. Скорее, электронные облака соседних атомов перекрываются, так что электроны становятся делокализованными. Электроны перемещаются относительно свободно от одного атома к другому по всему кристаллу.

Металл можно описать как решетку положительных катионов в «море» отрицательных электронов.Эта подвижность электронов означает, что металлы обладают высокой проводимостью тепла и электричества. Металлы, как правило, имеют высокие температуры плавления, хотя заметным исключением являются ртуть с температурой плавления минус 37,84 градусов по Фаренгейту (минус 38,8 по Цельсию) и фосфор с температурой плавления 111,2 F (44 ° C).

Сплав — это твердая смесь металлического элемента с другим веществом. В то время как чистые металлы могут быть слишком ковкими и тяжелыми, сплавы более податливы. Бронза — это сплав меди и олова, а сталь — это сплав железа, углерода и других добавок.

Аморфные твердые тела

В аморфных твердых телах (буквально «твердые тела без формы») частицы не имеют повторяющегося узора решетки. Их также называют «псевдотвердыми телами». Примеры аморфных твердых веществ включают стекло, резину, гели и большинство пластиков. Аморфное твердое вещество не имеет определенной температуры плавления; вместо этого он плавится постепенно в диапазоне температур, потому что связи не разрываются сразу. Это означает, что аморфное твердое вещество будет плавиться в мягкое, податливое состояние (например, воск свечи или расплавленное стекло), прежде чем полностью превратиться в жидкость.

Аморфные твердые тела не обладают характерной симметрией, поэтому они не имеют правильных плоскостей спайности при разрезании; края могут быть изогнутыми. Их называют изотропными , потому что такие свойства, как показатель преломления, проводимость и прочность на разрыв, равны независимо от направления приложения силы.

Дополнительные ресурсы

Влияние температуры и давления на государственные научные игры

В этой серии игр ваши ученики узнают, как и почему вещества претерпевают фазовые изменения.Влияние температуры и давления на цель обучения штата — основанная на NGSS и государственных стандартах — обеспечивает повышение вовлеченности учащихся и академической успеваемости в вашем классе, как показали исследования.

Прокрутите вниз, чтобы ознакомиться с играми с данной обучающей целью и концепциями, которые они воплощают в жизнь.

Охваченные концепции

Атомы и молекулы — это частицы, из которых состоит материя. Состояние вещества — твердого, жидкого, газообразного или плазменного — зависит от того, как его молекулы движутся и сохраняют свой объем и форму.

Частицы находятся в постоянном движении, но они по-разному взаимодействуют в зависимости от состояния вещества.

• Твердое тело — частицы остаются в контакте друг с другом, колеблются на месте, но не перемещаются друг относительно друга, сохраняя форму и объем твердого тела.
• Жидкость — частицы остаются в контакте, но могут двигаться относительно друг друга. Жидкости меняют форму в зависимости от емкости, но сохраняют свой объем.
• Газ — частицы не контактируют, но могут сталкиваться.Они быстро перемещаются относительно друг друга. Газы расширяются или сжимаются, заполняя доступное пространство, то есть они не сохраняют свою форму или объем.

Состояние вещества вещества — это внешнее свойство, то есть оно может быть изменено окружающей средой. Физические условия, такие как температура и давление, влияют на состояние вещества. Можно измерить как температуру, так и давление, и можно наблюдать изменения состояния.

Когда к веществу добавляется тепловая энергия, его температура повышается, что может изменить его состояние с твердого на жидкое (плавление), с жидкого на газ (испарение) или твердое на газ (сублимация).Когда энергия удаляется, происходит обратное: температура вещества понижается и оно превращается из жидкости в твердое (замерзание), из газа в твердое (осаждение) или из газа в жидкость (конденсация).

Когда давление, оказываемое на вещество, увеличивается, оно может вызвать конденсацию вещества. Снижение давления может вызвать его испарение. Для некоторых типов горных пород снижение давления также может привести к их плавлению.

Предварительный просмотр каждой игры в обучающей задаче приведен ниже.

Вы можете получить доступ ко всем играм Legends of Learning бесплатно, навсегда, с учетной записью учителя.