Плавление и кристаллизация Плавление — это процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое. Кристаллизация — обратный процесс, при котором вещество переходит из жидкого состояния в твёрдое. Эти два процесса являются фазовыми переходами первого рода и происходят при определённых условиях. Плавление Для того чтобы твёрдое тело начало плавиться, ему необходимо передать определённое количество теплоты. Это количество теплоты называется теплотой плавления. Она зависит от массы тела и вещества, из которого оно состоит. Теплота плавления показывает, какое количество энергии нужно затратить, чтобы перевести вещество из твёрдого состояния в жидкое при температуре плавления. Процесс плавления происходит постепенно: сначала у вещества увеличивается температура, затем оно начинает переходить в жидкое состояние. Плавление происходит при определённой температуре, которая называется температурой плавления. Для разных веществ она различна. Например, температура плавления льда составляет 0 °C, а температура плавления железа — около 1539 °C. При плавлении вещество поглощает теплоту, но его температура не изменяется, пока всё вещество не перейдёт в жидкое состояние. Это связано с тем, что вся энергия, которую получает вещество, идёт на разрушение кристаллической решётки. Когда вещество полностью расплавится, его температура начнёт повышаться. Примеры плавления: таяние льда; плавление металлов; превращение снега в воду. Решение задач на плавление: 1. Задача: кусок свинца массой 2 кг нагрели до температуры плавления и полностью расплавили. Какое количество теплоты было затрачено? Дано: m = 2 кг, λ = 25 кДж/кг. Найти: Q — ? Решение: Q = λ m, где λ — удельная теплота плавления свинца, m — масса свинца. Подставляя значения, получаем: Q = 2 25 = 50 кДж. Ответ: для полного расплавления свинца было затрачено 50 килоджоулей теплоты. 2. Задача: какое количество теплоты потребуется для плавления куска олова массой 400 г, взятого при температуре 232 °С? Температура плавления олова равна 232 °C, удельная теплоёмкость олова — 230 Дж/(кг °С), удельная теплота плавления олова — 60,7 кДж/кг. Дано: t1 = 232 °C, m = 400 г = 0,4 кг, tпл = 232 °C, c = 230 Дж/(кг °С), λ = 60,7 кДж/кг = 60 700 Дж/кг. Найти: Q — ? Решение: Найдём количество теплоты, необходимое для нагревания олова до температуры плавления. Q1 = c m (tпл – t1). Q1 = 230 0,4 (232 – 23) = 18 948 Дж. Теперь найдём количество теплоты, которое потребуется для плавления олова. Q2 = λ m. Q2 = 60 700 0,4 = 24 280 Дж. Общее количество теплоты равно сумме Q1 и Q2: Q = Q1 + Q2. Q = 18 948 + 24 280 = 43 228 Дж ≈ 43,2 кДж. Ответ: потребуется 43,2 килоджоуля теплоты. Кристаллизация Кристаллизацией называют процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое. Этот процесс происходит при охлаждении жидкости ниже температуры кристаллизации. При этом выделяется определённое количество теплоты, называемое теплотой кристаллизации. Оно равно по величине теплоте плавления, но противоположно по знаку. Температура, при которой начинается кристаллизация, называется температурой кристаллизации. Для каждого вещества она своя. Например, вода кристаллизуется при 0 °C, железо — при 1535 °C. В процессе кристаллизации температура вещества остаётся постоянной, пока оно полностью не затвердеет. Это объясняется тем, что выделяющаяся при кристаллизации теплота компенсирует охлаждение вещества. После завершения кристаллизации температура снова начинает понижаться. Примеры кристаллизации: замерзание воды; образование льда на поверхности водоёмов; кристаллизация сахара при остывании сиропа. Вопросы для закрепления материала: 1. Что такое плавление? 2. Что такое кристаллизация? 3. Какие процессы происходят при плавлении и кристаллизации? 4. От чего зависит теплота плавления? 5. Как происходит процесс плавления?