Температура плавления: от чего зависит, как характеризуется и другое

От чего зависит температура плавления?

Вещества начинают плавиться при разной температуре. Температура перехода металлов в жидкость зависит от двух факторов:

1. чистоты вещества (примеси придают системе большую и меньшую устойчивость);
2. химического строения, состава (некоторые сплавы переходят в жидкое состояние при температуре выше 200°С, а другие при 2500°С).

Особенности различных температур плавления применяют в металлургической промышленности. Устойчивость к нагреванию повышает легирование стали, т. е. изменение химического состава.

Разница между температурой кипения и температурой плавления

Главное отличие

Точка кипения и точка плавления — это термины, связанные с изменением состояния вещества, поскольку оба они являются температурами, при которых межмолекулярные силы ослабевают и с увеличением кинетической энергии молекулы должны изменять свое состояние вещества. Точка плавления — это температура, при которой твердое вещество начинает превращаться в жидкость. Например, температура плавления льда составляет 0 ° C или 273K, поэтому при этой температуре лед начнет распадаться как жидкость. Точка кипения — это температура, при которой жидкость начинает переходить в форму пара. Например, при комнатной температуре температура кипения воды составляет 100 ° C, при этой температуре молекулы воды начинают испаряться в виде паров.

Сравнительная таблица

Что такое точка кипения?

Точка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению, окружающему жидкость. Обычно это высокая температура, когда межмолекулярные силы ослаблены и все молекулы настроены на разрыв связи и испарение в виде пара. Внешнее давление является одним из наиболее заметных факторов, влияющих на процесс кипения, поскольку чем выше внешнее давление, тем выше будет точка кипения, а при понижении внешнего давления — температура кипения ниже. Температура кипения воды не остается прежней, она изменяется в зависимости от внешнего давления. Например, при комнатной температуре вода имеет точку кипения 100 ° C, хотя на горе Эверест, где давление составляет около 34 кПа, кипящая вода составляет 71 ° C.

Что такое точка плавления?

Точка плавления — это температура, при которой твердая и жидкая фазы находятся в состоянии теплового равновесия. Температура плавления обычно является свойством твердых веществ. Это определенная температура, при которой твердые тела превращаются в жидкости. Как мы знаем, в твердых телах молекулы прочно удерживаются межмолекулярными силами, поэтому, когда речь идет о температуре плавления, кинетическая энергия достаточно высока, чтобы освободить молекулы, чтобы они могли изменить состояние вещества. Многие люди , вытекающие из этого думать , что плавление и точки замерзания вещества такие же, хотя это не является обязательным , как и в случае агара, который плавится при температуре 85 0 С , но получает обратно в твердой форме при 31 0 С до 40 0 C .

Точка кипения и точка плавления

• Точка кипения — это температура, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению, окружающему жидкость, а точка плавления — это температура, при которой твердая и жидкая фазы находятся в состоянии теплового равновесия.
• Точка плавления — это температура, при которой твердое вещество начинает превращаться в жидкость, а точка кипения — это температура, при которой жидкость начинает превращаться в форму пара.
• Температура кипения не остается прежней, она изменяется в зависимости от внешнего давления, тогда как точка плавления не имеет ничего общего с внешним давлением.
• Варочные точки замерзания вещества не являются такими же , как и в случае агар, который плавится при 85 0 С , но получает обратно в твердой форме при температуре 31 0 С до 40 0 C.
• Температура кипения воды не остается прежней, она изменяется в зависимости от внешнего давления. Например, при комнатной температуре вода имеет точку кипения 100 ° C, хотя на горе Эверест, где давление составляет около 34 кПа, кипящая вода составляет 71 ° C.

Как определить температуру плавления?

Существует несколько методов экспериментального определения температуры плавления.

1. Капиллярный способ Измельченное твердое вещество необходимо поместить в капилляр с открытым концом. Капилляр нагревают в таких условиях, чтобы тонкое стекло не лопнуло. Когда все вещество переходит в жидкую фазу, температуру фиксируют.
2. Открытый капиллярный метод Этот способ схож с предыдущим, но вместо закрытого капилляра используют открытый.
3. Мгновенное плавление На металлический блок, нагретый до температуры на 10°С ниже справочной температуры плавления, кладут измельченные порции сухого вещества. Регулируют нагревание так, чтобы градус повышался на 1°С в минуту. Затем записывают изначальную температуру t1, при которой вещество приобретает свойства жидкости сразу после контакта с блоком. После нахождения данной величины нагревание приостанавливают и очищают место соприкосновения блока и вещества. При постепенном охлаждении продолжают класть на блок порции вещества. Таким образом устанавливают конечную температуру t2, при которой вещество перестает плавиться.

Формула определения температуры плавления по методу «мгновенного плавления»:

Тпл = (t1 + t2) / 2

Для определения температуры плавления твердых веществ, которые быстро превращаются в порошок, используют методы №1 и №3, а для аморфных веществ, плавящихся при температуре ниже 100°С, — метод №2.

Температуру плавления нельзя определить теоретическим путем с помощью формул. Ознакомиться с ней можно в специальном химическом справочнике.

Проект «Как сделать термометр»

Такой измеритель температуры как термометр играет большую роль в нашей жизни. Он сообщает нам важную информацию, благодаря которой мы понимаем, что лучше надеть на выходные. Есть две самые известные разновидности температурной шкалы: Фаренгейт (F сокращённо) и Цельсий (C сокращённо). В России используют шкалу измерения температуры в градусах Цельсия, а например, в США многие люди используют измерение температуры в градусах по Фаренгейту. Одно и то же число в двух разных термометрах означает совершенное разные температурные показатели. Например, комфортная комнатная температура в градусах Цельсия – 22. Но если тот же показатель относится к шкале Фаренгейта, это значит, что температура воздуха очень низкая (приблизительно -5 градусов Цельсия).

Температурная шкала очень интересна сама по себе. Однако гораздо интереснее изучить, как работает термометр при изменении температуры. Ключевой компонент – это жидкость, которая движется внутри тонкой трубки и показывает смену температуры. Что заставляет её двигаться вверх или вниз? Как учёные поняли, какую именно жидкость следует поместить внутрь?

Благодаря этому проекту вы сможете понять, как сделать термометр. Вы также изучите, какие разновидности жидкости подходят для термометра больше всего. Во время эксперимента будет использоваться три разновидности жидкости.

Цель – исследовать, каким образом термометр измеряет температуру.

Что нам понадобится:

• холодильник;
• хотя бы 3 маленьких, одинаковых по размеру стеклянных бутылки или банки с металлическими крышками (хорошо подойдут баночки для детского питания);
• взрослый помощник;
• маленький гвоздь;
• молоток;
• соломинки для питья – чем более узкие трубочки, тем лучше (хорошо подойдут короткие трубочки для коктейлей, лучше всего выбирать прозрачные соломинки – вы сможете рассмотреть цветную жидкость внутри);
• клейкая лента;
• водостойкий маркер;
• формовочная глина или клеевой пистолет;
• вода;
• медицинский (изопропиловый) спирт;
• пищевой краситель;
• ложка;
• горячая вода – немного более горячая, чем вода для душа (по желанию);
• термостойкая ёмкость или мерный стакан (по желанию).

Ход эксперимента:

1. Поместите ёмкости с медицинским спиртом и водой в холодильник.
2. Используя клейкую ленту и водостойкий маркер промаркируйте три контейнера. В первом должна быть вода, во втором – медицинский спирт, а в третьем – спирт и вода. Виды жидкости для термометра – это ваши переменные. Как вы считаете, почему всё остальное в термометрах должно быть одинаковым?
3. Уберите крышку с каждой стеклянной банки.
4. Попросите кого-то из взрослых сделать маленькие отверстия в каждой крышке (при помощи гвоздя и молотка). Диаметр отверстий должен соответствовать диаметру трубочки.
5. Осторожно вставьте трубочки через отверстия. Они должны плотно прилегать, но не сдавливаться. Трубочки должны выступать над крышкой хотя бы на 2 см. Длина трубочки над крышкой может отличаться в зависимости от длины самой трубочки и размера контейнера.
6. Используйте формовочную глину или клеевой пистолет, чтобы герметично запечатать отверстие в крышке вокруг трубочки. Если через отверстие будет поступать воздух, вам термометр не будет работать. Как вы думаете, почему?
7. В контейнер с ярлыком «вода» налейте охлаждённой воды.
8. Добавьте пару капель пищевого красителя. Размешайте.
9. Отрегулируйте крышку таким образом, чтобы нижняя часть трубочки погрузилась в воду хотя бы на 1 см. Низ трубочки не должен касаться дна банки.
10. Плотно закрутите крышку. Убедитесь, что глина по-прежнему прочно запечатывает отверстие. Банка должна быть плотно закрыта и не пропускать воздух. Как вы думаете, почему это имеет такое значение?
11. Запишите, насколько высоко поднялась жидкость внутри трубочки. Поместите термометр назад в холодильник.
12. Повторите шаги 6-11, используя охлаждённый спирт вместо воды.
13. Запишите, на какой линии остановилась жидкость внутри соломинки. Поместите термометр в холодильник.
14. Смешайте воду и спирт в равных количествах. Количество будет зависеть от размера контейнера.
15. Повторите шаги 6-11, используя смесь воды и спирта.
16. Запишите результаты. Снова поместите термометр в холодильник.
17. Теперь поместите термометры в тёплое место. Каждую минуту на протяжении 10 минут наблюдайте за уровнем жидкости внутри трубочки (если вы не замечаете никаких изменений, проверьте, насколько качественно запечатаны отверстия в крышках вокруг трубочек). Если вы не замечаете движения жидкости, попробуйте создать более значительные температурные перепады, поместив термометр в контейнер с горячей водой.

Вывод:

Измеритель температуры, изготовленный на основе спирта, будет показывать самые быстрые результаты, а движение жидкости внутри трубочки будет более заметным. Измеритель температуры, изготовленный на основе воды, покажет самые медленные результаты, а движение жидкости будет едва заметным. Термометр, сделанный на основе сочетания воды со спиртом, покажет средние результаты. Ваши результаты могут отличаться, поскольку сохранить герметичность довольно сложно. Почему? Как работают термометры? По мере того, как воздух вокруг термометра становится теплее, жидкость внутри термометра расширяется и начинает двигаться по трубке. Если же воздух охлаждается, жидкость в термометре сжимается и опускается вниз по трубке. При расширении жидкость идёт вверх по трубке, потому что это единственный путь, куда она может продвинуться. Она не может вытеснить воздух из банки, поскольку все отверстия тщательно запечатаны.

Так почему же спирт работает лучше всего? Когда происходит нагревание воды, она очень медленно расширяется или сжимается по сравнению со спиртом. То же самое наблюдается при охлаждении. Вода может поглощать или терять много энергии, не очень меняясь при этом. Именно поэтому вода является замечательной средой обитания множества организмов. Но по этой же причине она не подходит для термометра.

Теперь вы знаете, как сделать термометр своими руками в домашних условиях. Вы можете расширить исследование и попробовать другие жидкости, например, масло или жидкое мыло. Также выясните, почему раньше для градусников использовалась ртуть, но со временем во многих странах её применение запретили.