Плавлення і затвердіння кристалічних тіл-це процеси, при яких відбувається зміна стану речовини. Однак, незважаючи на цю зміну стану, температура кристалічних тіл залишається постійною під час плавлення або затвердіння. Чому так відбувається?
Причина полягає в тому, що при плавленні або затвердінні кристалічного тіла відбувається перерозподіл енергії між молекулами і атомами цього тіла. Так як температура є мірою середньої кінетичної енергії молекул, то при переході від твердого стану до рідкого, або навпаки, енергія, необхідна для зміни стану, витрачається на подолання сил взаємодії між молекулами і атомами.
Під час плавлення кристалічного тіла, енергія віддається випромінюванням всередині самого тіла, що викликає руйнування кристалічної решітки і збільшення енергії міжмолекулярних зв'язків. Це дозволяє молекулам вільно переміщатися одна відносно одної, при цьому поглинаючи всю енергію і збільшуючи свою середню кінетичну енергію. Це обумовлює сталість температури під час плавлення.
У разі рідини перехід в твердий стан відбувається при відбиранні енергії у молекул, що викликає виникнення молекулярної решітки і зменшення енергії міжмолекулярних зв'язків. Енергія, що виділяється в результаті віддачі енергії і виникнення сил взаємодії між молекулами, компенсує енергію, необхідну для відбору тепла, і підтримує сталість температури під час затвердіння.
Чому не змінюється температура
Коли кристалічне тіло переходить з твердого стану в рідкий при плавленні або назад при затвердінні, його температура залишається постійною. Це явище пов'язане з термодинамічними властивостями кристалічних речовин і змінами їх фазового стану.
У процесі плавлення кристалічного тіла, енергія, що підводиться ззовні, використовується для руйнування міцної сітки кристалів і переходу їх атомів або молекул в більш вільний стан рідини. При цьому, хоча додана енергія збільшує кінетичну енергію молекул і викликає підвищення температури, значна частина енергії плавлення йде на подолання сил утримання, що діють між атомами в кристалічній решітці.
Точно також при затвердінні рідини частина енергії, що виділяється при охолодженні, витрачається на освіту і зміцнення кристалічної структури. Це призводить до того, що температура залишилися речовин в рідкому стані не змінюється до тих пір, поки вся система повністю не солідіфіціруется.
Таким чином, незважаючи на надходження або виділення енергії в процесі плавлення і затвердіння, температура кристалічного тіла залишається незмінною через енергетичних втрат на подолання сил утримання і утворення кристалічної структури.
Кристалічні тіла
Кристалічні тіла - це однорідні структури, що складаються з атомів, розташованих у певному порядку. Ці атоми утворюють кристалічну решітку, яка має жорстку структуру і впорядковане розташування.
Однією з особливостей кристалічних тіл є те, що при плавленні або затвердінні температура залишається постійною. Це пояснюється наступним чином.
При плавленні, коли кристалічне тіло переходить з твердого стану в рідкий, відбувається руйнування кристалічної решітки. Атоми, які раніше були жорстко закріплені на своїх місцях в решітці, починають вільно рухатися, утворюючи більш хаотичну структуру в рідині. У цьому процесі потрібна енергія для подолання сил взаємодії атомів, але величина цієї енергії не залежить від температури.
При твердінні, коли рідина переходить назад в твердий стан, відбувається зворотний процес - атоми починають знову вибудовуватися в кристалічну решітку. Цей процес також вимагає енергії, щоб атоми зайняли свої місця в решітці. Але ця енергія також не залежить від температури, оскільки вона визначається лише силами взаємодії атомів.
Таким чином, температура плавлення і затвердіння кристалічних тіл залишається постійною, оскільки вона визначається енергією, що не залежить від температури. Це відрізняє кристалічні тіла від інших речовин, у яких температура плавлення може змінюватися в залежності від умов.
Плавлення
Процес плавлення супроводжується поглинанням тепла, яке компенсує зміну енергії зв'язку між атомами або молекулами. В результаті цієї зміни кутового положення і міжатомної відстані відбувається руйнування кристалічної решітки і переміщення частинок. Однак, незважаючи на супроводжується поглинання тепла, температура кристалічного тіла при плавленні залишається постійною.
Це пояснюється тим, що фазовий перехід, що відбувається під час плавлення, є рівноважним процесом. При досягненні фазової рівноваги температура залишається постійною, оскільки додавання додаткового тепла не призведе до подальшого руйнування кристалічної решітки або переміщення частинок. Замість цього, все додане тепло буде використовуватися для подолання сил тяжіння між атомами або молекулами і плавлення матеріалу.
| Термін | Опис |
|---|---|
| Плавлення | Фізичний процес переходу кристалічного тіла з твердого стану в рідкий стан під впливом підвищення температури. |
| Фізична властивість | Характеристики речовини, які обумовлені його будовою і взаємодією атомів або молекул. |
| Фазовий рівноважний процес | Процес, при якому система досягає рівноваги між двома різними фазами речовини. |
Тужавіння
При плавленні кристалічні тіла витрачають енергію на подолання міжатомних зв'язків, що викликає зміну їх фазового стану. Однак, під час затвердіння відбувається ослаблення атомних зв'язків і формування впорядкованої структури кристалічної решітки, що не вимагає витрат енергії на зміну температури.
У процесі затвердіння важливу роль відіграють явища кристалізації, при якій відбувається організація атомів або молекул в певний порядок. Після початку охолодження, молекули або атоми починають формувати ядра кристалізації, і потім поступово поширюються у всьому обсязі тіла, упорядковуючись і займаючи позиції в кристалічній решітці.
Вже після утворення ядер кристалізації, температура кристалічного тіла залишається постійною, так як при твердінні виділяється енергія, рівна енергії плавлення. Це пояснюється тим, що при затвердінні впорядкована структура кристалічної решітки володіє більш низькою енергією, ніж невпорядковане стан речовини в рідкому стані.
Таким чином, температура кристалічних тіл залишається постійною під час затвердіння, оскільки енергія, що виділяється при формуванні кристалічної структури, компенсує витрати енергії при плавленні.
Фізична властивість
В основі цього явища лежить особливе структурний пристрій атомної решітки кристалів. У решітці кристалів атоми або молекули займають певні позиції і утворюють регулярну і впорядковану структуру. Кожен атом або молекула має своє визначене місце в решітці і взаємодіє з сусідніми частинками.
Температура є мірою середньої кінетичної енергії атомів або молекул, тобто їх швидкості руху. При плавленні або затвердінні кристалів, температура залишається постійною, тому що енергія, необхідна для руйнування взаємодій між атомами або молекулами, неконсервативна і не впливає на температуру системи в цілому.