APKURES LĪKNE: KAS TAS IR, KĀ TAS TIEK DARĪTS, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

Sildīšana līkne ir grafisks kā temperatūra no parauga atšķiras kā funkcija no laika, saglabājot spiediena konstante un pievienojot siltumu vienmērīgi, tas ir, ar konstantu ātrumu.

Lai izveidotu šāda veida grafiku, tiek ņemti temperatūras un laika vērtību pāri, kurus vēlāk sazīmē, novietojot temperatūru uz vertikālās ass (ordinātu) un laiku uz horizontālās ass (abscisas).

1. attēls. Vielas sildīšanas līkni iegūst, pievienojot siltumu un mērot temperatūru ar katru noteiktu laika intervālu. Avots: Pixabay.

Tad šiem eksperimentālajiem punktiem piestiprina vispiemērotāko līkni un visbeidzot iegūst temperatūras T grafiku kā laika t funkciju: T (t).

Kāda ir apkures līkne?

Karsējot, viela pēc kārtas iziet cauri dažādiem stāvokļiem: no cietas vielas tā var kļūt par tvaiku, gandrīz vienmēr caur šķidrumu. Šos procesus sauc par stāvokļa izmaiņām, kurās paraugs palielina tā iekšējo enerģiju, vienlaikus pievienojot siltumu, kā norāda molekulārā kinētiskā teorija.

Pievienojot paraugu siltumam, ir divas iespējas:

- viela paaugstina savu temperatūru, ņemot vērā, ka tās daļiņas tiek satricinātas ar lielāku intensitāti.

- Materiāls piedzīvo fāzes maiņu, kurā temperatūra paliek nemainīga. Siltuma pievienošana zināmā mērā vājina spēkus, kas satur daļiņas kopā, tāpēc ir viegli, piemēram, pāriet no ledus līdz šķidram ūdenim.

2. attēlā parādīti četri matērijas stāvokļi: cieta, šķidra, gāze un plazma, kā arī to procesu nosaukumi, kas ļauj veikt pāreju starp tiem. Bultiņas norāda procesa virzienu.

2. attēls. Vielas un procesu stāvokļi, kas nepieciešami, lai pārietu viens no otra. Avots: Wikimedia Commons.

-Statiskas izmaiņas vielā

Sākot ar cietā stāvoklī esošu paraugu, kad tas kūst, tas nonāk šķidrā stāvoklī, iztvaikojot, tas pārvēršas par gāzi un caur jonizāciju pārvēršas plazmā.

Cietu vielu var tieši pārveidot par gāzi, izmantojot procesu, ko sauc par sublimāciju. Ir vielas, kas istabas temperatūrā viegli sublimējas. Vispazīstamākie ir CO ₂ vai sausais ledus, kā arī naftalīns un jods.

Kamēr paraugs tiek mainīts stāvoklī, temperatūra paliek nemainīga, līdz tā sasniedz jauno stāvokli. Tas nozīmē, ka, piemēram, ja jums ir šķidrā ūdens daļa, kas ir sasniegusi vārīšanās temperatūru, tā temperatūra paliek nemainīga, līdz viss ūdens ir kļuvis tvaikā.

Šī iemesla dēļ ir sagaidāms, ka sasilšanas līkni veidos pieaugošu un horizontālu sekciju kombinācija, kur pēdējās atbilst fāzu izmaiņām. Viena no šīm līknēm dotajai vielai ir parādīta 3. attēlā.

3. attēls. Dotās vielas sildīšanas līkne ar parasto konfigurāciju, kas balstīta uz pakāpieniem un slīpumiem.

Apkures līknes interpretācija

Augšanas intervālos ab, cd un ef viela ir attiecīgi cieta, šķidra un gāze. Šajos reģionos palielinās kinētiskā enerģija un līdz ar to arī temperatūra.

Kaut arī bc, tas maina savu stāvokli no cietas uz šķidru, tāpēc abas fāzes pastāv līdzās. Tas notiek sadaļā, kurā paraugs mainās no šķidruma uz gāzi. Šeit mainās potenciālā enerģija, un temperatūra paliek nemainīga.

Ir iespējama arī apgrieztā procedūra, tas ir, paraugu var atdzesēt, lai secīgi pieņemtu citus stāvokļus. Šajā gadījumā mēs runājam par dzesēšanas līkni.

Sildīšanas līknēm ir vienāds vispārējs izskats visām vielām, lai gan, protams, tās nav vienādas skaitliskās vērtības. Dažām vielām stāvokļa maiņa prasa ilgāku laiku nekā citām, un dažādās temperatūrās tās kūst un iztvaiko.

Šie punkti ir attiecīgi zināmi kā kušanas temperatūra un viršanas temperatūra, un tie ir katras vielas raksturlielumi.

Tāpēc sildīšanas līknes ir ļoti noderīgas, jo tās norāda šo temperatūru skaitlisko vērtību miljoniem vielu, kas kā cietās un šķidrās vielas ir temperatūru diapazonā, ko uzskata par normālu, un atmosfēras spiedienā.

Kā jūs izveidojat iesildīšanās līkni?

Principā tas ir ļoti vienkārši: vienkārši ievietojiet vielas paraugu traukā, kas aprīkots ar maisītāju, ievietojiet termometru un vienmērīgi sildiet.

Vienlaicīgi, uzsākot procedūru, tiek aktivizēts hronometrs un laiku pa laikam tiek atzīmēti atbilstošie temperatūras un laika pāri.

Siltuma avots var būt gāzes deglis ar labu sildīšanas ātrumu vai elektriskā pretestība, kas karsējot izstaro siltumu, kuru var savienot ar mainīgu avotu, lai sasniegtu dažādas jaudas.

Lai panāktu lielāku precizitāti, ķīmijas laboratorijā plaši izmanto divus paņēmienus:

- Diferenciālā termiskā analīze.

- Diferenciālā skenēšanas kalorimetrija.

Viņi salīdzina temperatūras starpību starp pētāmo paraugu un citu standartparaugu ar augstu kušanas temperatūru, gandrīz vienmēr alumīnija oksīdu. Ar šīm metodēm ir viegli atrast kušanas un viršanas temperatūru.

Piemēri (ūdens, dzelzs …)

Apsveriet ūdens un dzelzs sildīšanas līknes, kas parādītas attēlā. Laika skala netiek parādīta, tomēr nekavējoties ir jānodala abu vielu kušanas temperatūra, kas atbilst katras diagrammas B punktam: ūdenim 0 ° C, dzelzei 1500 ° C.

4. attēls. Ūdens un dzelzs sildīšanas līknes.

Ūdens ir universāla viela, un laboratorijā ir viegli sasniegt temperatūru diapazonu, kas nepieciešams, lai redzētu tā stāvokļa izmaiņas. Dzelzei ir nepieciešama daudz augstāka temperatūra, bet, kā minēts iepriekš, grafika forma būtiski nemainās.

Kūst ledus

Sildot ledus paraugu, saskaņā ar grafiku, mēs atrodamies punktā A, temperatūrā zem 0º C. Tiek novērots, ka temperatūra paaugstinās ar nemainīgu ātrumu, līdz sasniedz 0ºC.

Ūdens molekulas ledus iekšpusē vibrē ar lielāku amplitūdu. Kad kušanas temperatūra (punkts B) ir sasniegta, molekulas jau var pārvietoties viena otras priekšā.

Ienākošā enerģija tiek ieguldīta, lai samazinātu pievilcīgo spēku starp molekulām, tāpēc temperatūra starp B un C paliek nemainīga, līdz viss ledus ir izkusis.

Ūdens pārvēršana tvaikā

Kad ūdens ir pilnīgi šķidrā stāvoklī, molekulu vibrācija atkal palielinās un temperatūra strauji palielinās starp C un D līdz viršanas temperatūrai 100 ° C. Starp D un E temperatūra paliek šajā vērtībā, kamēr ienākošā enerģija nodrošina visu tvertnē esošā ūdens iztvaikošanu.

Ja visus ūdens tvaikus var saturēt traukā, tas var turpināt karsēšanu no punkta E līdz punktam F, kura robeža nav parādīta diagrammā.

Dzelzs paraugā var iziet šīs pašas izmaiņas. Tomēr, ņemot vērā materiāla raksturu, temperatūras diapazoni ir ļoti atšķirīgi.

Atsauces

1. Atkins, P. Ķīmijas principi: atklāšanas ceļi. Redakcija Médica Panamericana. 219.-221.
2. Chung, P. Apkures līknes. Atgūts no: chem.libretexts.org.
3. Apkures līknes. Saplūšanas un iztvaikošanas siltums. Atgūts no: wikipremed.com.
4. Hevits, Pols. 2012. Konceptuālā fiziskā zinātne. 5. Ed Pearson. 174.-180.
5. Valjadolida universitāte. Ķīmijas grāds, atgūts no: lodging.uva.es.