Як відрізняється температура плавлення речовин із різними. Немолекулярна будова речовин

У хімічні взаємодіївступають не окремі атомичи молекули, а речовини. За типом зв'язку розрізняють речовини молекулярного та немолекулярного будови.

Це речовини, що складаються з молекул. Зв'язки між молекулами в таких речовинах дуже слабкі, набагато слабші, ніж між атомами всередині молекули, і вже при порівняно низьких температурахвони розриваються - речовина перетворюється на рідину і далі на газ (ліхтар йоду). Температури плавлення та кипіння речовин, що складаються з молекул, підвищуються зі збільшенням молекулярної маси. До молекулярним речовинамвідносяться речовини з атомною структурою (С, Si, Li, Na, К, Сі, Fe, W), серед них є метали та неметали.

Немолекулярна будова речовин

До речовин немолекулярногобудови відносяться іонні сполуки. Така будова має більшість сполук металів з неметалами: всі солі (NaCl, K 2 S0 4), деякі гідриди (LiH) і оксиди (CaO, MgO, FeO), основи (NaOH, КОН). Іонні (немолекулярні) речовини мають високі температури плавлення та кипіння.

Тверді речовини: кристалічні та аморфні

Аморфні речовинине мають чіткої температури плавлення – при нагріванні вони поступово розм'якшуються та переходять у плинний стан. В аморфному стані, наприклад, знаходяться пластилін та різні смоли.

Кристалічні речовинихарактеризуються правильним розташуваннямтих частинок, з яких вони складаються: атомів, молекул та іонів – у строго визначених точках простору. При з'єднанні цих точок прямими лініями утворюється просторовий каркас, що називається кристалічною решіткою. Точки, в яких розміщені частинки кристала, називають вузлами решітки.

Залежно від типу частинок, розташованих у вузлах кристалічних ґрат, і характеру зв'язку між ними, розрізняють чотири типи кристалічних ґрат: іонні, атомні, молекулярні та металеві .

Іонні кристалічні грати

Іонниминазивають кристалічні грати, у вузлах яких є іони. Їх утворюють речовини з іонним зв'язком, яким можуть бути пов'язані як прості іони Na ​​+ , Сl — , так і складні S0 4 2-, ВІН — . Отже, іонні кристалічні грати мають солі, деякі оксиди і гідроксиди металів. Наприклад, кристал хлориду натрію побудований з чергуються позитивних іонів Na + і негативних Сl - , Що утворюють ґрати у формі куба.

Іонні кристалічні грати кухонної солі

Зв'язки між іонами у такому кристалі дуже стійкі. Тому речовини з іонною решіткою відрізняються порівняно високою твердістю та міцністю, вони тугоплавкі та нелеткі.

Атомні кристалічні грати

Атомниминазивають кристалічні грати, у вузлах яких є окремі атоми. У таких ґратах атоми з'єднані між собою дуже міцними ковалентними зв'язками. Прикладом речовин з таким типом кристалічних решіток може бути алмаз - одна з алотропних видозмін вуглецю.

Атомні кристалічні грати алмазу

Більшість речовин з атомними кристалічними гратами мають дуже високі температури плавлення (наприклад, у алмазу вона понад 3500 ° С), вони міцні і тверді, практично нерозчинні.

Молекулярні кристалічні грати

Молекулярниминазивають кристалічні ґрати, у вузлах яких розташовуються молекули.

Молекулярні кристалічні грати йоду

Хімічні зв'язкиу цих молекулах можуть бути і полярними (НСl, Н 2 O), і неполярними (N 2 О 2). Незважаючи на те, що атоми всередині молекул пов'язані дуже міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діють слабкі силиміжмолекулярного тяжіння Тому речовини з молекулярними кристалічними ґратами мають малу твердість, низькі температури плавлення, летючі. Більшість твердих органічних сполукмають молекулярні кристалічні ґрати (нафталін, глюкоза, цукор).

Металеві кристалічні грати

Речовини з металевим зв'язком мають металевікристалічні ґрати.

У вузлах таких ґрат знаходяться атоми та іони (то атоми, то іони, в які легко перетворюються атоми металу, віддаючи свої зовнішні електрони«в загальне користування»). Така внутрішня будова металів визначає їх характерні Фізичні властивості: ковкість, пластичність, електро- та теплопровідність, характерний металевий блиск.

Будова речовини визначається як взаємним розташуванням атомів у хімічних частинках, а й розташуванням цих хімічних частинок у просторі. Найбільш упорядковано розміщення атомів, молекул та іонів у кристалах(від грецької " кристаллос- лід), де хімічні частинки (атоми, молекули, іони) розташовані в певному порядку, утворюючи в просторі кристалічні ґрати. При певних умовосвіти вони можуть мати природну формуправильних симетричних багатогранників Кристалічний стан характеризується наявністю далекого порядку розташування частинок і симетрією кристалічної решітки.

Для аморфного стану характерна наявність лише близького порядку. Структури аморфних речовиннагадують рідини, проте мають набагато меншу плинність. Аморфний стан зазвичай нестійкий. Під дією механічних навантажень або за зміни температури аморфні тіла можуть закристалізуватися. Реакційна здатність речовин в аморфному стані значно вища, ніж у кристалічному.

Аморфні речовини

Головна ознака аморфного(від грецької " аморфос- безформний) стан речовини - відсутність атомної або молекулярних граттобто тривимірної періодичності структури, характерної для кристалічного стану.

При охолодженні рідкої речовинине завжди відбувається його кристалізація. за певних умов може утворитися нерівноважний твердий аморфний (склоподібний) стан. У склоподібному стані можуть бути прості речовини(Вуглець, фосфор миш'як, сірка, селен), оксиди (наприклад, бору, кремнію, фосфору), галогеніди, халькогеніди, багато органічних полімерів.

У цьому стані речовина може бути стійкою протягом тривалого проміжку часу, наприклад, вік деяких вулканічних стекол обчислюється мільйонами років. Фізичні та Хімічні властивостіречовини в склоподібному аморфному стані можуть суттєво відрізнятись від властивостей кристалічної речовини. Наприклад, склоподібний діоксид германію хімічно активніший, ніж кристалічний. Відмінності у властивостях рідкого та твердого аморфного стану визначаться характером теплового рухучастинок: в аморфному стані частинки здатні лише до коливальних та обертальним рухамале не можуть переміщатися в товщі речовини.

Існують речовини, які у твердому вигляді можуть бути лише в аморфному стані. Це стосується полімерів з нерегулярною послідовністю ланок.

Аморфні тіла ізотропнітобто їх механічні, оптичні, електричні та інші властивості не залежать від напрямку. У аморфних тіл немає фіксованої температури плавлення: плавлення відбувається у певному температурному інтервалі. Перехід аморфної речовини з твердого станув рідке не супроводжується стрибкоподібною зміною властивостей. Фізична модельаморфного стану досі не створено.

Кристалічні речовини

Тверді кристали- тривимірні утворення, що характеризуються строгою повторюваністю одного і того ж елемента структури ( елементарного осередку) у всіх напрямках. Елементарний осередок являє собою найменший об'єм кристала у вигляді паралелепіпеда, що повторюється в кристалі нескінченне числоразів.

Геометрично правильна формакристалів обумовлена, насамперед, їх суворо закономірним внутрішньою будовою. Якщо замість атомів, іонів або молекул у кристалі зобразити точки як центри тяжкості цих частинок, то вийде тривимірне регулярне розподілення таких точок, зване кристалічною решіткою. Самі точки називають вузламикристалічних ґрат.

Типи кристалічних грат

Залежно від того, з яких частинок побудовано кристалічні грати і який характер хімічного зв'язку між ними, виділяють різні типикристалів.

Іонні кристали утворені катіонами та аніонами (наприклад, солі та гідроксиди більшості металів). Вони між частинками є іонна зв'язок.

Іонні кристали можуть складатися з одноатомнихіонів. Так побудовані кристали хлориду натрію, йодиду калію, фториду кальцію.
В утворенні іонних кристалів багатьох солей беруть участь одноатомні катіони металів і багатоатомні аніони, наприклад, нітрат-іон NO 3 − , сульфат-іон SO 4 2− , карбонат-іон CO 3 2− .

В іонному кристалі неможливо виділити одиночні молекули. Кожен катіон притягується до кожного аніону та відштовхується від інших катіонів. Весь кристал можна вважати величезною молекулою. Розміри такої молекули не обмежені, оскільки вона може зростати, приєднуючи нові катіони та аніони.

Більшість іонних сполук кристалізується за одним із структурних типів, які відрізняються один від одного значенням координаційного числа, тобто числом сусідів навколо даного іона (4, 6 або 8). Для іонних з'єднань з рівним числомкатіонів і аніонів відомо чотири основних типи кристалічних решіток: хлориду натрію (координаційне число обох іонів дорівнює 6), хлориду цезію (координаційне число обох іонів дорівнює 8), сфалериту та вюрциту (обидва структурні типи характеризуються координаційним числом катіону та аніону). Якщо число катіонів вдвічі менше числааніонів, то координаційне число катіонів має бути вдвічі більшим за координаційне число аніонів. У цьому випадку реалізуються структурні типифлюориту (координаційні числа 8 та 4), рутила (координаційні числа 6 та 3), кристобаліту (координаційні числа 4 та 2).

Зазвичай іонні кристали тверді, але тендітні. Їх крихкість обумовлена ​​тим, що навіть при невеликій деформації кристала катіони та аніони зміщуються таким чином, що сили відштовхування між однойменними іонами починають переважати над силами тяжіння між катіонами та аніонами, і кристал руйнується.

Іонні кристали відрізняються високими температурами плавлення. У розплавленому стані речовини, що утворюють іонні кристали, електропровідні. При розчиненні у воді ці речовини дисоціюють на катіони та аніони, і розчини, що утворюються, проводять електричний струм.

Висока розчинність у полярних розчинниках, що супроводжується електролітичною дисоціацієюобумовлена ​​тим, що в середовищі розчинника з високою діелектричною проникністю зменшується енергія тяжіння між іонами. Діелектрична проникністьводи в 82 рази вище, ніж вакууму (умовно існуючого в іонному кристалі), у стільки ж разів зменшується тяжіння між іонами в водному розчині. Ефект посилюється за рахунок сольватації іонів.

Атомні кристали складаються з окремих атомів, поєднаних ковалентними зв'язками. З простих речовин лише бор та елементи IVA-групи мають такі кристалічні грати. Нерідко сполуки неметалів один з одним (наприклад, діоксид кремнію) також утворюють атомні кристали.

Як і іонні, атомні кристали вважатимуться гігантськими молекулами. Вони дуже міцні та тверді, погано проводять теплоту та електрику. Речовини, що мають атомні кристалічні грати, плавляться за високих температур. Вони практично нерозчинні у будь-яких розчинниках. Їх характерна низька реакційна здатність.

Молекулярні кристали побудовані з окремих молекул, всередині яких атоми з'єднані ковалентними зв'язками Між молекулами діють слабші міжмолекулярні сили. Вони легко руйнуються, тому молекулярні кристали мають низькі температури плавлення, малу твердість, високу леткість. Речовини, що утворюють молекулярні кристалічні грати, не мають електричною провідністю, їх розчини та розплави також не проводять електричний струм.

Міжмолекулярні сили виникають за рахунок електростатичної взаємодії негативно заряджених електронів однієї молекули із позитивно зарядженими ядрами сусідніх молекул. На силу міжмолекулярної взаємодії впливає багато чинників. Найважливішими серед них є наявність полярних зв'язків, тобто усунення електронної густини від одних атомів до інших. Крім того, міжмолекулярна взаємодія проявляється сильніше між молекулами з більшим числомелектронів.

Більшість неметалів у вигляді простих речовин (наприклад, йод I 2 , аргон Ar, сірка S 8) і сполук один з одним (наприклад, вода, діоксид вуглецю, хлороводень), а також практично всі тверді органічні речовиниутворюють молекулярні кристали.

Для металів характерні металеві кристалічні грати. У ній є металевий зв'язок між атомами. У металевих кристалах ядра атомів розташовані таким чином, щоб їх упаковка була якомога щільнішою. Зв'язок у таких кристалах є делокализованной і поширюється весь кристал. Металеві кристали мають високу електричну провідність і теплопровідність, металевим блискомта непрозорістю, легкою деформованістю.

Класифікація кристалічних ґрат відповідає граничним випадкам. Більшість кристалів неорганічних речовинналежить до проміжним типам- ковалентно-іонним, молекулярно-ковалентним тощо. Наприклад, у кристалі графітувсередині кожного шару зв'язку ковалентно-металеві, а між шарами – міжмолекулярні.

Ізоморфізм та поліморфізм

Багато кристалічних речовин мають однакові структури. У той же час одна і та ж речовина може утворювати різні кристалічні структури. Це знаходить свій відбиток у явищах ізоморфізмуі поліморфізму.

Ізоморфізмполягає у здатності атомів, іонів або молекул замінювати один одного в кристалічних структурах. Цей термін (від грецьких) ізос" - рівний і " морфі" - форма) був запропонований Е. Мічерліхом в 1819 р. Закон ізоморфізму б сформульований Е. Мічерліхом в 1821 р. таким чином: "Одночасні кількості атомів, сполучені однаковим способом, дають однакові кристалічні форми; при цьому кристалічна форма не залежить від хімічної природиатомів, а визначається лише їх числом та відносним становищем".

Працюючи в хімічній лабораторії Берлінського університету, Мічерліх звернув увагу на повну схожість кристалів сульфатів свинцю, барію та стронцію та близькість кристалічних форм багатьох інших речовин. Його спостереження привернули увагу відомого шведського хімікаЙ.-Я. Берцеліуса, який запропонував Мічерліху підтвердити помічені закономірності на прикладі сполук фосфорної та миш'якової кислот. У результаті проведеного дослідження було зроблено висновок, що "дві серії солей розрізняються лише тим, що в одній як радикал кислоти присутній миш'як, а в іншій - фосфор". Відкриття Мічерліха дуже скоро привернула увагу мінералогів, які почали дослідження з проблеми ізоморфного заміщення елементів у мінералах.

При спільній кристалізації речовин, схильних до ізоморфізму ( ізоморфнихречовин), утворюються змішані кристали (ізоморфні суміші). Це можливо лише в тому випадку, якщо частинки, що заміщають одна одну, мало різняться за розмірами (не більше 15%). Крім того, ізоморфні речовини повинні мати подібне просторове розташування атомів або іонів і, отже, подібні зовнішній формікристали. До таких речовин відносяться, наприклад, галун. У кристалах алюмокалієвих галунів KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O катіони калію можуть бути частково або повністю замінені катіонами рубідія або амонію, а катіони алюмінію - катіонами хрому(III) або заліза(III).

Ізоморфізм поширений у природі. Більшість мінералів є ізоморфними сумішами складного. змінного складу. Наприклад, у мінералі сфалериті ZnS до 20% атомів цинку можуть бути заміщені атомами заліза (при цьому ZnS та FeS мають різні кристалічні структури). З ізоморфізмом пов'язана геохімічна поведінка рідкісних та розсіяних елементів, їх поширення в гірських породахта рудах, де вони містяться у вигляді ізоморфних домішок.

Ізоморфне заміщення визначає багато корисні властивості штучних матеріалів сучасної техніки- Напівпровідників, феромагнетиків, лазерних матеріалів.

Багато речовин можуть утворювати кристалічні форми, що мають різні структурута властивості, але однаковий склад ( поліморфнімодифікації). Поліморфізм- здатність твердих речовин і рідких кристалів існувати у двох або декількох формах з різною кристалічною структурою та властивостями при тому самому хімічному складі. Це слово походить від грецької поліморфос" - різноманітний. Явище поліморфізму було відкрито М. Клапротом , який у 1798 р. виявив, що два різних мінералу - кальцит і арагоніт - мають однаковий хімічний складСаСО 3 .

Поліморфізм простих речовин зазвичай називають алотропією, в той же час поняття поліморфізму не відноситься до некристалічних алотропним формам(наприклад, газоподібним О 2 та О 3). Типовий прикладполіморфних форм - модифікації вуглецю (алмаз, лонсдейліт, графіт, карбини та фулерени), які різко різняться за властивостями. Найбільш стабільною формоюіснування вуглецю є графіт, однак і інші його модифікації при звичайних умовахможуть зберігатися як завгодно довго. За високих температур вони переходять у графіт. У разі алмазу це відбувається при нагріванні вище 1000 o З відсутність кисню. Зворотний перехід здійснити набагато складніше. Необхідна як висока температура (1200-1600 o З), а й гігантський тиск - до 100 тисяч атмосфер. Перетворення графіту на алмаз проходить легше у присутності розплавлених металів (заліза, кобальту, хрому та інших).

У разі молекулярних кристалів поліморфізм проявляється у різній упаковці молекул у кристалі чи зміні форми молекул, а іонних кристалах - у різному взаємне розташуваннякатіонів та аніонів. Деякі прості та складні речовинимають понад дві поліморфні модифікації. Наприклад, діоксид кремнію має десять модифікацій, фторид кальцію – шість, нітрат амонію – чотири. Поліморфні модифікації прийнято позначати грецькими літерамиα, β, γ, δ, ε,... починаючи з модифікацій, стійких за низьких температур.

При кристалізації з пари, розчину або розплаву речовини, що має кілька поліморфних модифікацій, спочатку утворюється модифікація, менш стійка в даних умовах, яка потім перетворюється на більш стійку. Наприклад, при конденсації пари фосфору утворюється білий фосфор, який у звичайних умовах повільно, а при нагріванні швидше перетворюється на червоний фосфор. При зневодненні гідроксиду свинцю спочатку (близько 70 o С) утворюється менш стійкий за низьких температур жовтий β-PbO, близько 100 o З він перетворюється на червоний α-PbO, а при 540 o С - знову на β-PbO.

Перехід однієї поліморфної модифікації на іншу називається поліморфними перетвореннями. Ці переходи відбуваються при зміні температури або тиску і супроводжуються стрибкоподібною зміною властивостей.

Процес переходу однієї модифікації до іншої може бути оборотним або необоротним. Так, при нагріванні білої м'якої графітоподібної речовини складу BN (нітрид бору) при 1500-1800 o С та тиску в кілька десятків атмосфер утворюється його високотемпературна модифікація - боразон, за твердістю близький до алмазу При зниженні температури та тиску до значень, що відповідають нормальним умовам, боразон зберігає свою структуру. Прикладом оборотного переходу може бути взаємні перетворення двох модифікацій сірки (ромбічної і моноклинної) при 95 o З.

Поліморфні перетворення можуть відбуватися без істотного зміни структури. Іноді зміна кристалічної структуривзагалі відсутня, наприклад, при переході α-Fe в β-Fe при 769 o З структура заліза не змінюється, проте зникають його феромагнітні властивості.

Як ми вже знаємо, речовина може існувати у трьох агрегатних станах: газоподібному, твердомуі рідкому. Кисень, який за звичайних умов перебуває в газоподібному стані, при температурі -194° З перетворюється на рідину блакитного кольору, а при температурі -218,8° З перетворюється на снігоподібну масу з кристалами синього кольору.

Температурний інтервал існування речовини у твердому стані визначається температурами кипіння та плавлення. Тверді речовинибувають кристалічнимиі аморфними.

У аморфних речовиннемає фіксованої температури плавлення – при нагріванні вони поступово розм'якшуються та переходять у плинний стан. У такому стані, наприклад, є різні смоли, пластилін.

Кристалічні речовинивідрізняються закономірним розташуванням частинок, у тому числі вони складаються: атомів, молекул та іонів, – у суворо певних точках простору. Коли ці точки з'єднуються прямими лініями, створюється просторовий каркас, його називають кристалічною решіткою. Крапки, в яких знаходяться частинки кристала, називають вузлами ґрат.

У вузлах уявлюваної нами грати можуть бути іони, атоми і молекули. Ці частки здійснюють коливальні рухи. Коли температура збільшується, розмах цих коливань теж зростає, що призводить до теплового розширеннятел.

Залежно від різновиду частинок, що знаходяться у вузлах кристалічних ґрат, і характеру зв'язку між ними розрізняють чотири типи кристалічних ґрат: іонні, атомні, молекулярніі металеві.

Іонниминазивають такі кристалічні ґрати, у вузлах яких розташовані іони. Їх утворюють речовини з іонним зв'язком, яким можуть бути пов'язані як прості іони Na+, Cl-, так і складні SO24-, OH-. Таким чином, іонні кристалічні грати мають солі, деякі оксиди та гідроксили металів, тобто. ті речовини, у яких існує іонний хімічний зв'язок. Розглянемо кристал хлориду натрію, він складається з іонів Na+ і негативних CL-, що позитивно чергуються, разом вони утворюють грати у вигляді куба. Зв'язки між іонами у такому кристалі надзвичайно стійкі. Через цю речовину з іонними гратами мають порівняно високу міцність і твердість, вони тугоплавкі і нелеткі.

Атомнимикристалічними ґратами називають такі кристалічні грати, у вузлах яких є окремі атоми. У подібних ґратах атоми з'єднуються між собою дуже міцними ковалентними зв'язками. Наприклад, алмаз - одне з алотропних змін вуглецю.

Речовини з атомними кристалічними ґратами не дуже поширені в природі. До них відносяться кристалічний бір, кремній та германій, а також складні речовини, наприклад, такі, у складі яких є оксид кремнію (IV) – SiO 2: кремнезем, кварц, пісок, гірський кришталь.

Переважна більшість речовин з атомними кристалічними гратами мають дуже високі температури плавлення (у алмазу вона перевищує 3500° С), такі речовини міцні і тверді, практично не розчиняються.

Молекулярниминазивають такі кристалічні грати, у вузлах яких розташовані молекули. Хімічні зв'язки в цих молекулах можуть бути як полярними (HCl, H 2 0), так і неполярними (N 2 , O 3). І хоча атоми всередині молекул пов'язані дуже міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діє слабкі сили міжмолекулярного тяжіння. Саме тому речовини з молекулярними кристалічними ґратами характеризуються малою твердістю, низькою температурою плавлення, летючістю.

Прикладами таких речовин можуть бути тверда вода– лід, твердий оксид вуглецю (IV) – «сухий лід», тверді хлороводень і сірководень, тверді прості речовини, утворені одна – (благородні гази), двох – (H 2 , O 2 , CL 2 , N 2 , I 2) , Три – (O 3), чотирьох – (P 4), восьмиатомними (S 8) молекулами. Переважна більшість твердих органічних сполук мають молекулярні кристалічні грати (нафталін, глюкоза, цукор).

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Перехід речовини з твердого кристалічного стану в рідке називається плавленням. Щоб розплавити тверде кристалічне тіло, його потрібно нагріти до певної температури, тобто підвести тепло.Температура, за якої речовина плавиться, називаєтьсятемпературою плавлення речовини.

Зворотний процес - перехід з рідкого стануу тверде - відбувається при зниженні температури, тобто тепло відводиться. Перехід речовини з рідкого стану в твердий називаєтьсязатвердінням , або кристаллізацією . Температура, за якої речовина кристалізується, називаєтьсятемпературою кристаліції .

Досвід показує, що будь-яка речовина кристалізується і плавиться за однієї і тієї ж температури.

На малюнку представлений графік залежності температури кристалічного тіла (льоду) від часу нагрівання (від точки Адо точки D)та часу охолодження (від точки Dдо точки K). На ньому по горизонтальної осівідкладено час, а вертикальною — температура.

З графіка видно, що спостереження за процесом почалося з моменту, коли температура льоду була -40 ° С, або, як заведено говорити, температура в початковий моментчасу tпоч= -40 ° С (крапка Ана графіку). При подальшому нагріванні температура льоду зростає (на графіці це ділянка АВ). Збільшення температури відбувається до 0 ° С - температури плавлення льоду. При 0°С лід починає плавитися, яке температура перестає зростати. Протягом усього часу плавлення (тобто поки весь лід не розплавиться) температура льоду не змінюється, хоча пальник продовжує горіти і тепло, отже, підводиться. Процесу плавлення відповідає горизонтальна ділянка графіка НД . Тільки після того, як весь лід розплавиться і перетвориться на воду, температура знову починає підніматися (ділянка CD). Після того, як температура води досягне +40 °С, пальник гасять і воду починають охолоджувати, тобто тепло відводять (для цього можна посудину з водою помістити в іншу, більшу посудину з льодом). Температура води починає знижуватись (ділянка DE). При досягненні температури 0 °С температура води перестає знижуватися, незважаючи на те, що тепло, як і раніше, відводиться. Це йде процес кристалізації води - утворення льоду (горі-зонтальна ділянка EF). Поки вся вода не перетвориться на кригу, температура не зміниться. Лише після цього починає зменшуватись температура льоду (ділянка FK).

Вигляд розглянутого графіка пояснюється так. На ділянці АВзавдяки теплу, що підводиться, середня кінетична енергія молекул льоду збільшується, і температура його підвищується. На ділянці НДвся енергія, одержувана вмістом колби, витрачається на руйнування кристалічних ґрат льоду: упорядковане просторове розташування його молекул змінюється невпорядкованим, змінюється відстань між молекулами, тобто. відбувається перебудова молекул таким чином, що речовина стає рідкою. Середня кінетична енергія молекул при цьому не змінюється, тому незмінною залишається і температура. Подальше підвищення температури розплавленої льоду-води (на ділянці CD) означає збільшення кінетичної енергії молекул води внаслідок тепла, що підводиться пальником.

При охолодженні води (ділянка DE) частина енергії у неї відбирається, молекули води рухаються з меншими швидкостями, їхня середня кінетична енергія падає — температура зменшується, вода охолоджується. При 0°С (горизонтальна ділянка EF) молекули починають шикуватися в певному порядку, утворюючи кристалічну решітку. Поки цей процес не завершиться, температура речовини не зміниться, незважаючи на тепло, що відводиться, а це означає, що при отвер-деваніі рідина (вода) виділяє енергію. Це якраз та енергія, яку поглинув лід, перетворюючись на рідину (ділянка) НД). Внутрішня енергія у рідини більша, ніж у твердого тіла. При плавленні (і кристалізації) внутрішня енергіятіла змінюється стрибком.

Метали, що плавляться за температури вище 1650 ºС, називають тугоплавкими(титан, хром, молібден та ін.). Найвища температура плавлення серед них у вольфраму – близько 3400 °С. Тугоплавкі металита їх сполуки використовують як жароміцні матеріали в літакобудуванні, ракетобудуванні та космічної техніки, Атомної енергетики.

Наголосимо ще раз, що при плавленні речовина поглинає енергію. При кристалізації воно, навпаки, віддає її в навколишнє середовище. Отримуючи певну кількістьтеплоти, що виділяється під час кристалізації, середовище нагрівається. Це добре відомо багатьом птахам. Недарма їх можна помітити взимку в морозну погодусидять на льоду, який покриває річки та озера. Через виділення енергії при утворенні льоду повітря над ним виявляється на кілька градусів теплішим, ніж у лісі на деревах, і птахи цим користуються.

Плавлення аморфних речовин.

Наявність певної точки плавлення- це важлива ознака кристалічних речовин. Саме за цією ознакою їх легко відрізнити від аморфних тіл, які також відносять до твердих тіл. До них, зокрема, належать шибки, дуже в'язкі смоли, пластмаси.

Аморфні речовини(на відміну від кристалічних) немає певної температури плавлення — де вони плавляться, а размягчаются. При нагріванні шматок скла, наприклад, спочатку стає з твердого м'яким, його легко можна гнути або розтягувати; при більш високій температурішматок починає змінювати свою форму під впливом своєї тяжкості. У міру нагрівання густа в'язка маса набуває форми тієї судини, в якій лежить. Ця маса спочатку густа, як мед, потім як сметана і, нарешті, стає майже такою ж малов'язкою рідиною, як вода. Проте вказати певну температуру переходу твердого тіла у рідке тут неможливо, оскільки її немає.

Причини цього лежать у корінному відмінності будови аморфних тіл від кристалічних будови. Атоми в аморфних тілах розташовані безладно. Аморфні тіла за своєю будовою нагадують рідину. Вже у твердому склі атоми розташовані безладно. Значить, підвищення температури скла лише збільшує розмах коливань його молекул, дає їм поступово дедалі більшу і більшу свободу переміщення. Тому скло розм'якшується поступово і не виявляє різкого переходу «тверде-рідке», характерного для переходу від розташування молекул строгому порядкудо безладного.

Теплота плавлення.

Теплота плавлення- це кількість теплоти, яку необхідно повідомити речовину при постійному тискуі постійній температурі, що дорівнює температурі плавлення, щоб повністю перевести його з твердого кристалічного стану в рідке. Теплота плавлення дорівнює тій кількості теплоти, яка виділяється при кристалізації речовини з рідкого стану. При плавленні вся теплота, що підводиться до речовини, йде на збільшення потенційної енергії його молекул. Кінетична енергія не змінюється, оскільки плавлення йде за постійної температури.

Вивчаючи на досвіді плавлення різних речовиноднієї і тієї ж маси, можна помітити, що для перетворення їх на рідину потрібно різна кількістьтеплоти. Наприклад, щоб розплавити один кілограм льоду, потрібно витратити 332 Дж енергії, а щоб розплавити 1 кг свинцю — 25 кДж .

Кількість теплоти, що виділяється тілом, вважається негативним. Тому при розрахунку кількості теплоти, що виділяється при кристалізації речовини масою mслід користуватися тією ж формулою, але зі знаком «мінус»:

Теплота спалювання.

Теплота спалювання(або теплотворна здатність, калорійність) - це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива.

Для нагрівання тіл часто використовують енергію, що виділяється під час згоряння палива. Звичайне паливо (вугілля, нафта, бензин) містить вуглець. При горінні атоми вуглецю з'єднуються з атомами кисню, що у повітрі, у результаті утворюються молекули вуглекислого газу. Кінетична енергія цих молекул виявляється більшою, ніж у вихідних частинок. Збільшення кінетичної енергіїмолекул у процесі горіння називають виділенням енергії. Енергія, що виділяється при повному згорянні палива, є теплота згоряння цього палива.

Теплота згоряння палива залежить від виду палива та його маси. Чим більше масапалива, тим більше кількістьтеплоти, що виділяється при повному згорянні.

Фізична величина , що показує, скільки теплоти виділяється при повному згорянні палива масою 1 кг, називається питомою теплотою згоряння палива.Питому теплоту згоряння позначають буквоюqі вимірюють у джоулях на кілограм (Дж/кг).

Кількість теплоти Q, що виділяється при згоранні mкг палива, визначають за формулою:

Щоб знайти кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива довільної маси, потрібно питому теплотузгоряння цього палива помножити з його масу.