Замерзание(затвердевание) — это переход жидкого или расплавленного вещества в твердое состояние.Кипение это переход жидкости в газообразное состояние или пар. Это касаетсявсех веществ, а не только воды.
Расплавленныйчугун затвердевает, или застывает, при температуре около 1535°С, а егосостояние при более низких температурах правильно называют застывшим. Поэтомутермин «застывание» не обязательно связан с понятием«холод».
Точкизамерзания (затвердевания) и кипения вещества зависят от давления. Даже когдаречь идет о воде, термины «замерзание» и «кипение» невсегда употребляются в своем обычном значении. Например, вода закипит прикомнатной температуре, если резко снизить давление воздуха. Поэтому«кипящий» не всегда означает «горячий».
Дажепри нормальном давлении воздуха многие вещества кипят при очень низкихтемпературах. Их мы обычно называем газами. Так, воздух состоит в основном издвух газов — азота и кислорода. Их обычное газообразное состояние объясняетсятем, что они закипают при температурах намного ниже нуля: — 196°С (азот) и — 183°С(кислород). Поэтому даже в самых холодных уголках Земли температура выше ихточек кипения, и, следовательно, они остаются газами.
Состояниявещества
Чтобыпонять, что такое затвердевание и кипение, нужно знать, почему веществапринимают форму твердого тела, жидкости или газа. Эти формы известны как состояниявещества. В целом, при постоянной температуре размеры и форма твердого тела неизменяются. Жидкость, растекаясь, меняет форму, но ее объем остаетсянеизменным. А у газа постоянными не являются ни объем, ни форма. Газрасширяется или сжимается, чтобы заполнить объем или форму занимаемого имсосуда.
Почтився материя состоит из атомов, которые группируются в молекулы. Молекулынаходятся в постоянном движении, и именно энергия их движения (кинетическаяэнергия) определяет состояние вещества — твердое, жидкое или газообразное. Втвердом теле у молекул мало кинетической энергии, они колеблются вокругфиксированных точек. Поэтому твердое тело сохраняет свою форму. Молекулыжидкости обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть силу взаимногопритяжения. Они могут перемещаться и, таким образом, изменять форму жидкости.Молекулы газа обладают большой кинетической энергией и практически свободны всвоем движении.
Переходжидкость — газ
Невсе молекулы жидкости двигаются с одинаковой скоростью. Некоторые из нихдвижутся так быстро, что способны проникнуть через поверхность в воздух ипревратиться в газ, или пар. Если, например, вы оставите открытый стакан сводой в теплом помещении на несколько дней, уровень воды будет постепеннопонижаться, пока стакан полностью не опустеет. Этот процесс испарения, происходящийна поверхности жидкости, не нужно путать с кипением, при котором превращение впар происходит во всей массе жидкости. Поскольку состояние вещества зависит отинтенсивности движения его молекул, оно может меняться при изменениикинетической энергии молекул. Мы, часто изменяем состояние вещества, подвергаяего воздействию тепла (одной из форм энергии). Когда, например, мы кипятимводу; она превращается в газ — пар, — так как тепло заставляет все молекулы двигатьсянастолько быстро, что силы их взаимного притяжения уже недостаточно, чтобыудерживать их вместе. В итоге молекулы улетучиваются в виде пара, вода«кипит». Обычно это происходит при температуре 100°С.
Переходгаз — жидкость
Парснова превращается в воду при определенной потере тепла. Это явление можнонаблюдать при продолжительном кипении воды в чайнике. Холодные поверхности впомещении покрываются влагой, так как часть образовавшегося пара отдает имтепло при контакте. В результате молекулы пара замедляют движение, и онпревращается в воду. Говорят, что пар конденсировался в жидкое состояние, аявление называют «конденсацией».
Мыошибочно считаем паром белые клубы у носика чайника, но настоящий пар нельзяувидеть. Видимые клубы состоят из крошечных капелек воды, образующихся приконденсации пара, когда на выходе из чайника он сталкивается с относительнохолодным окружающим воздухом.
Переходжидкость — твердое вещество
Можнозаставить жидкость перейти в твердое состояние, забрав у нее тепло. Для этогодостаточно поместить ее в более холодную среду. При потере тепла молекулыжидкости замедляют свое движение и, в конце концов, уже не могут перемещаться, апросто колеблются вокруг фиксированных точек. С наступлением этой фазы жидкостьотвердевает, т. е. превращается в твердое вещество. Например, вода замерзаетпри температуре 0°С.
Большинствовеществ кристаллизуются при переходе из жидкого состояния в твердое. Так, NaCl(поваренная соль) образует кристаллы кубической формы.
Нагреваясь,твердые вещества могут снова перейти в жидкое состояние, так как при этомувеличивается скорость движения их молекул.
Принагревании твердого вещества с целью превращения в жидкость его температурарастет за счет поглощения тепла. Но, достигнув точки плавления, температура веществаостается постоянной, хотя процесс поглощения тепла продолжается. Тепло, используемоедля превращения твердого вещества в жидкость, не увеличивается после достиженияточки плавления и называется скрытой теплотой плавления. Лишь после того, каквсе твердое вещество перейдет в жидкое состояние, его температура вновьначинает расти.
Парообразование
Еслипродолжать нагревать жидкость, ее температура будет расти до достижения точкикипения, после чего остается неизменной, так как превращение жидкости в газтребует большого количества тепла. Тепло, используемое для перехода жидкости вгазообразное состояние, называется теплотой парообразования. Как только всевещество превратится в пар, его температура будет опять расти.
Приохлаждении газа его температура вначале падает. Затем, после достижения точкикипения вещества, газ отдает свою теплоту парообразования и переходит в жидкоесостояние при той же температуре. Только когда весь газ превратится в жидкость,температура вещества начинает падать.
Придальнейшем охлаждении температура снижается до точки замерзания жидкости, послечего она отдает свою скрытую теплоту плавления и переходит в твердое состояниепри той же температуре. Когда отвердевает вся жидкость, температура веществавновь начинает падать.
Давление
Хотясчитается, что вода замерзает при 0°С, а закипает при 100°С, это верно лишь вусловиях нормального атмосферного давления. С изменением давления меняется итемпература перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое.Например, при повышении давления уменьшается температура таяния льда илизамерзания воды. Вот почему так легко скользить на коньках по льду катка илизамерзшего озера. Вес тела человека через узкие лезвия коньков с огромной силойдавит на лед. В результате снижается точка таяния льда, а его температурастановится недостаточно низкой, чтобы он оставался в твердом состоянии, и ледпод коньками мгновенно превращается в воду. Когда прекращается давление на воду,она вновь быстро превращается в лед.тонкая настройка avaya
Сизменением давления также меняется и температура кипения воды. Например, принизком давлении молекулам легче улетучиваться в воздух, и вода закипает притемпературе ниже обычной.
Иногдаальпинисты жалуются, что не могут заварить хороший чай высоко в горах. Это происходитпотому, что чем выше вы поднимаетесь в горы, тем меньше толщина слоя воздуханад вами. При этом давление падает, и вода закипает при температуре, слишкомнизкой для извлечения всех вкусовых веществ из листьев чая. Дальнейшеенагревание ускорит процесс кипения, но не повысит температуру воды.мобильные телефоны
Обратныйэффект наблюдается при кипячении воды в скороварке. Пар, образующийся прикипении воды, не имеет выхода из этого герметичного сосуда, и давление внутринего увеличивается. При этом температура кипения воды повышается, и водаостается в жидком состоянии, пока не нагреется до температуры выше ее обычнойточки кипения.
Принципвлияния давления на жидкости и газы используется в холодильниках. В некоторыхиз них жидкость с низкой температурой кипения сначала превращается в пар засчет уменьшения давления. Это происходит в трубах, проходящих через морозильнуюкамеру. Превращаясь в пар, хладагент поглощает скрытое тепло внутренней частихолодильника и его содержимого, тем самым, охлаждая их. Затем пар сжимается ипревращается обратно в жидкость. При этом хладагент отдает свое скрытое тепло, выводимоенаружу через трубки, расположенные на задней стенке холодильника.
Примеси
Иногдадля определения неизвестных продуктов химических реакций и опытов используютсяих точки замерзания и кипения. Но такой метод применим только для чистыхвеществ, так как присутствие примесей снижает температуру замерзания и повышаеттемпературу кипения. Так, добавление поваренной соли к воде снижает точку еезамерзания. Вот почему зимой дороги посыпают солью. Соленая вода замерзает притемпературе — 8°С и ниже, поэтому пока температура не упадет как минимум доэтой точки, замерзания не происходит.
Льдосолянаясмесь порой применяется в качестве «охлаждающей смеси» длянизкотемпературных опытов. Когда лед тает, он поглощает скрытое тепло, требуемоедля превращения, из окружающей его среды, тем самым, охлаждая ее. При этомпоглощается столько тепла, что температура может упасть ниже — 15°С.
Большинствовеществ расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Например, ртутьв градуснике поднимается по узкой трубке и показывает повышение температуры.Поскольку ртуть замерзает при — 39°С, она не годится для термометров, используемыхв суровых температурных условиях.
Водатакже расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Однако в диапазонеохлаждения от примерно 4°С до 0°С она расширяется. Зимой могут лопнутьводопроводные трубы, если вода в них замерзла, и образовались большие массыльда. Давления льда на стенки трубы бывает достаточно для их разрыва.
Расширениеводы
Таккак вода расширяется при охлаждении, плотность льда (твердой формы воды) меньше,чем у воды в жидком состоянии. Другими словами, данный объем льда весит меньше,чем тот же объем воды. Поэтому лед формируется на поверхности прудов и озер.
Врайоне Северного и Южного полюсов Земли вода замерзает и образует айсберги.Некоторые из этих плавающих ледяных гор имеют внушительные размеры. В 1956 г. в южной части Тихого океана был обнаружен крупнейший из известных человеку айсбергов. Площадьего поверхности превышала 31 000 км2.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sciencetechnics.com/