4.8 Фазни прелази - топљење и очвршћавање

4.8 Фазни прелази- топљење и очвршћавање

da ponovimo:

očvršćavanje

Супстанце се у природи јављају у три основна агрегатна стања: чврстом, течном и гасовитом. Свако од ових стања карактерише одређен распоред атома, односно молекула, што условљава њихове особине. Привлачне силе између честица (молекула, атома или јона) у чврстом телу су веома јаке. Честице не могу да се крећу, већ само осцилују око својих равнотежних положаја. Кинетичка енергија честица је веома мала. Код течности, за разлику од чврстих тела, честице немају строго одређен положај равнотеже, већ се крећу једна у односу на другу. Привлачне силе између молекула гаса су веома слабе, тако да су молекули гаса практично слободни и крећу се у простору на великом растојању један од другог.

topljenje

resublimacija

kondenzacija

Повећањем унутрашње енергије тела, може да се промени агрегатно стање. Промену агрегатних стања обично запажамо при промени температуре, мада битну улогу при томе има и притисак

sublimacija

isparavanje

Прелазак супстанце из једног агрегатног стања у друго назива се фазни прелаз.

jonizacija

rekombinacija

Фазне прелазе прати промена запремине, односно густине и притиска. У току фазних прелаза долази до апсорбовања или ослобађања одређене количине топлоте.

Прелазак супстанце из једне фазе у другу, при сталном притиску, врши се увек на одређеној температури. У току фазног прелаза температура се не мења.

topljenje i očvršćavanje

za dodatni rad:

Загревањем чврсте супстанце повећава се њена унутрашња енергија, када супстанца достигне одређену температуру она почне да се топи.

Под чврстим стањем супстанце подразумевамо само кристално стање. Аморфно чврсто тело се приликом загревања претвара у течност постепеним омекшавањем, без скоковитог прелаза. Зато аморфно чврсто стање не представља посебну фазу него специфичну међуфазу.

Прелаз супстанце из чврстог агрегатног стања у течно назива се топљење.

Температура на којој се одвија процес топљења неке супстанце назива се температура топљења.

Да би нека супстанца почела да се топи, треба је загрејати до одређене температуре, односно повећати њену унутрашњу енергију. Ова температура односно унутрашња енергија је карактеристична за сваку супстанцу.

На температурама нижим од температуре топљења супстанца се налази у чврстом, а на вишим температурама у течном агрегатном стању.

F-G

– температура остаје непромењена све док се комплетна количина течности не преведе у чврсто агрегатно стање

B-C

– температура остаје непромењена све док се не истопи комплетна количина супстанце

E-F

– представља хлађење супстанце која се налази у течном стању, температура се смањује док не достигне температуру очвршћавања

G-H

– када се процес очвршћавања заврши и комплетна супстанца пређе у чврсто агрегатно стање, наставља се равномерно снижавање температуре

C-D

– када се процес топљења заврши и комплетна супстанца пређе у течно агрегатно стање, температура почиње поново да расте

А-В

– представља загревање супстанце која се налази у кристалном стању, температура се повећава док не достигне температуру топљења

obratite pažnju da ne napravite grešku:

Када се течна супстанца хлади, односно када јој се унутрашња енергија смањује, она прелази у чврсто стање.

Прелаз из течног агрегатног стања у чврсто назива се очвршћавање.

Температура на којој се одвија процес очвршћавања неке супстанце назива се температура очвршћавања.

За сваку кристалну супстанцу температура топљења једнака је температури очвршћавања.

При очвршћавању одређене количине супстанце треба јој одузети онолику количину топлоте колика је утрошена на њено загревање.

Код већине супстанци запремина се повећава при топљењу, а при очвршћавању (кристализацији) се смањује. Код ових супстанци неистопљени део тоне у истопљеном, јер има већу густину.

При ливењу метала треба водити рачуна о промени запремине при очвршћавању. О томе треба водити рачуна и при мржњењу воде, јер може дође до пуцања посуде.

Код извесног броја супстанци (лед, бизмут, антимон, ливено гвожђе) кристална структура је веће запремине (мање густине) од запремине у течном агрегатном стању (познато је да лед плива на води). Ово одступање од правила узроковано је посебном кристалном структуром.

Код супстанци које се при загревању (топљењу) шире (олово, бакар…) повишење спољашњег притиска изазива повишење температуре топљења. Ово се објашњава тиме што молекули супстанце која се топи морају, осим привлачних међумолекулских сила да савладају и повишен спољашњи притисак.

Под вишим притиском температура топљења се снижава код оних супстанци које се при топљењу сакупљају, а повишава код оних које се при топљењу шире.

Процес топљења и очвршћавања објашњава молекуларна физика

Молекули у кристалу осцилују око својих равнотежних положаја. Када се кристалу предаје топлота, молекули осцилују интензивније. Том приликом се повећава растојање између молекула па слабе међумолекулске силе. На температури топљења осциловање је толико интензивно да се нарушава уређеност молекула и мења се структура – кристал прелази у течност.

Док траје топљење комплетна топлота коју супстанца прима троши се разградњу кристалне решетке (коначно раскидање веза), зато се температура не мења.

При хлађењу, молекули се спорије крећу. Пошто су довољно близу, привлачне молекулске силе скоро заустављају њихово кретање, молекули остају у сталним положајима и супстанца прелази у кристално стање.

Под већим притисцима, молекули су на мањим међусобним растојањима и између њих делују јаке привлачен силе. Тада треба да имају већу кинетичку енергију да би се нарушила уређена кристална структура.