Изменения агрегатных состояний вещества

Слово аг­ре­гат­ный про­изо­шло от ла­тин­ско­го слова aggrego (свя­зы­ваю, со­еди­няю). Рас­смат­ри­вать ос­нов­ные аг­ре­гат­ные со­сто­я­ния ве­ществ удоб­но на при­ме­ре воды, ко­то­рая в наших есте­ствен­ных зем­ных диа­па­зо­нах тем­пе­ра­тур может на­хо­дить­ся в трех со­сто­я­ни­ях (рис. 1): жид­ком (вода), твер­дом (лед или снег), га­зо­об­раз­ном (пар).

Рисунок. 1. Аг­ре­гат­ные со­сто­я­ния воды: лед, вода, пар

От­ли­чия между аг­ре­гат­ны­ми со­сто­я­ни­я­ми воды со­сто­ят в том, что ча­сти­цы (мо­ле­ку­лы) по-раз­но­му рас­по­ло­же­ны друг от­но­си­тель­но друга: на раз­лич­ных рас­сто­я­ни­ях и вза­и­мо­дей­ству­ют по-раз­но­му. Кроме того, они еще с раз­лич­ной ак­тив­но­стью дви­га­ют­ся: или сво­бод­но пе­ре­ме­ща­ют­ся, или ча­стич­но свя­за­ны, или на­хо­дят­ся в стро­го опре­де­лен­ных по­ло­же­ни­ях и ко­леб­лют­ся от­но­си­тель­но них.

1. Переходы между агрегатными состояниями

Важно знать и по­ни­мать, каким об­ра­зом осу­ществ­ля­ют­ся пе­ре­хо­ды между аг­ре­гат­ны­ми со­сто­я­ни­я­ми ве­ществ. Схему таких пе­ре­хо­дов изоб­ра­зим на рисун­ке 2.

Рисунок. 2.

1 – плав­ле­ние;

2 – отвер­де­ва­ние (кри­стал­ли­за­ция);

3 – па­ро­об­ра­зо­ва­ние: ис­па­ре­ние или ки­пе­ние;

4 – кон­ден­са­ция;

5 – суб­ли­ма­ция (воз­гон­ка) – пе­ре­ход из твер­до­го со­сто­я­ния в га­зо­об­раз­ное, минуя жид­кое;

6 – де­суб­ли­ма­ция – пе­ре­ход из га­зо­об­раз­но­го со­сто­я­ния в твер­дое, минуя жид­кое.

2. Плавление и отвердевание

Плав­ле­ние – про­цесс пе­ре­хо­да из твер­до­го со­сто­я­ния в жид­кое. Этот про­цесс про­ис­хо­дит при по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ре.

Тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой про­ис­хо­дит плав­ле­ние ве­ще­ства, на­зы­ва­ет­ся тем­пе­ра­ту­рой плав­ле­ния и яв­ля­ет­ся из­ме­рен­ной ве­ли­чи­ной для мно­гих твер­дых ве­ществ, а по­то­му таб­лич­ной ве­ли­чи­ной. На­при­мер, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда равна 0^oC, а тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния зо­ло­та 1100^oC.

Об­рат­ный плав­ле­нию про­цесс – про­цесс кри­стал­ли­за­ции.

Если опи­сан­ные про­цес­сы рас­смат­ри­вать с точки зре­ния внут­рен­ней энер­гии тела, то при плав­ле­нии вся по­лу­чен­ная телом энер­гия рас­хо­ду­ет­ся на раз­ру­ше­ние кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки и ослаб­ле­ние меж­мо­ле­ку­ляр­ных свя­зей, таким об­ра­зом, энер­гия рас­хо­ду­ет­ся не на из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры, а на из­ме­не­ние струк­ту­ры ве­ще­ства и вза­и­мо­дей­ствия его ча­стиц. В про­цес­се же кри­стал­ли­за­ции обмен энер­ги­я­ми про­ис­хо­дит в об­рат­ном на­прав­ле­нии: тело от­да­ет тепло окру­жа­ю­щей среде, а его внут­рен­няя энер­гия умень­ша­ет­ся, что при­во­дит к умень­ше­нию по­движ­но­сти ча­стиц, уве­ли­че­нию вза­и­мо­дей­ствия между ними и отвер­де­ва­нию тела.

График плавления и кристаллизации

По­лез­но уметь гра­фи­че­ски изоб­ра­зить про­цес­сы плав­ле­ния и кри­стал­ли­за­ции ве­ще­ства на гра­фи­ке (рис. 3).

Рисунок.3.График плавления и кристаллизации льда

Удель­ная теп­ло­та плав­ле­ния– ко­ли­че­ство теп­ло­ты, ко­то­рое необ­хо­ди­мо со­об­щить 1 кг ве­ще­ства, на­гре­то­му до тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния, чтобы пе­ре­ве­сти его из твёр­до­го со­сто­я­ния в жид­кое.

Такая же ве­ли­чи­на вы­де­ля­ет­ся и при кри­стал­ли­за­ции 1 кг ве­ще­ства.

Обо­зна­ча­ет­ся удель­ная теп­ло­та плав­ле­ния (гре­че­ская буква, чи­та­ет­ся как «лямб­да» или «ламбда»).

Еди­ни­цы из­ме­ре­ния:

.

В дан­ном слу­чае в раз­мер­но­сти от­сут­ству­ет тем­пе­ра­ту­ра, так как при плав­ле­нии (кри­стал­ли­за­ции) тем­пе­ра­ту­ра не ме­ня­ет­ся.