КРИВУЉА ГРЕЈАЊА: ШТА ЈЕ, КАКО СЕ РАДИ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Крива грејања представља графички приказ како се температура узорка варира као функција времена, вођења стални притисак и додавање топлоту равномерно, односно константном брзином.

Да би се конструисао граф овог типа, узимају се парови вредности температуре и времена, који се касније узимају на место вертикалне оси (ордината) и времена на водоравној оси (апсциса).

Слика 1. Кривуља загревања неке супстанце добија се додавањем топлоте и мерењем температуре у одређеном временском интервалу. Извор: Пикабаи.

Тада се на ове експерименталне тачке поставља најприкладнија кривуља и на крају се добије графикон температуре Т као функција времена т: Т (т).

Шта је крива грејања?

Док се загрева, супстанца непрекидно пролази кроз различита стања: од чврстог облика може постати пара, скоро увек пролазећи кроз течно стање. Ови процеси се називају променама стања, у којима узорак повећава своју унутрашњу енергију док се додаје топлота, на што указује и молекуларна кинетичка теорија.

Када додате топлоту у узорак, постоје две могућности:

- Супстанца повећава температуру, с обзиром да се њене честице мешају већим интензитетом.

- Материјал пролази кроз фазну промену, при којој температура остаје константна. Додавање топлоте има за последицу слабљење до одређене мере сила које честице држе заједно, због чега је, на пример, лако прећи из леда у течну воду.

На слици 2 приказана су четири стања материје: чврста, течна, гасна и плазма и називи процеса који омогућавају прелаз између њих. Стрелице означавају правац процеса.

Слика 2. Стања материје и процеси потребни за преношење између једног и другог. Извор: Викимедиа Цоммонс.

-Државати промене неке супстанце

Почевши од узорка у чврстом стању, када се топи, прелази у течно стање, када се испарава претвара се у гас, а јонизацијом се претвара у плазму.

Чврста супстанца се може претворити директно у гас поступком познатим као сублимација. Постоје супстанце које се лако сублимирају на собној температури. Најпознатији је ЦО ₂ или суви лед, као и нафтален и јод.

Док се узорак подвргне промени стања, температура остаје константна све док не достигне ново стање. То значи да ако, на пример, имате део течне воде који је достигао тачку кључања, његова температура остаје константна док се сва вода не претвори у пару.

Из тог разлога, очекује се да ће крива загревања бити састављена од комбинације растућих пресјека и хоризонталних пресјека, гдје потоњи одговарају фазним промјенама. Једна од ових кривина приказана је на слици 3 за дату супстанцу.

Слика 3. Кривуља грејања дате супстанце, са типичном конфигурацијом на основу степеница и нагиба.

Тумачење кривуље грејања

У интервалима раста аб, ​​цд и еф, супстанца се налази као чврста, течна и гасова. У тим регионима се повећава кинетичка енергија, а са њом и температура.

Док у бц-у мења своје стање из чврстог у течно, зато две фазе коегзистирају. То се дешава у делу у коме се узорак мења из течног у гас. Овде се потенцијална енергија мења, а температура остаје константна.

Такође је могућ и обрнути поступак, односно узорак се може охладити да узастопно усвоје друга стања. У овом случају говоримо о кривуљи хлађења.

Кривуље загревања имају исти општи изглед за све материје, мада наравно не исте нумеричке вредности. Неким супстанцама је потребно дуже од других да би промениле стање, а оне се топе и испаравају на различитим температурама.

Ове тачке су познате као тачка топљења и тачка кључања и карактеристике су сваке супстанце.

Зато су криве грејања веома корисне, јер указују на бројчану вредност тих температура за милионе супстанци које постоје као чврсте супстанце и течности у распону температура које се сматрају нормалним и под атмосферским притиском.

Како направити криву загревања?

У принципу, то је врло једноставно: једноставно ставите узорак материје у посуду са мешалицом, убаците термометар и равномерно загрејте.

Истовремено, на почетку поступка, активира се штоперица и повремено се примећују одговарајући парови температуре и времена.

Извор топлоте може бити гасни горионик, са добром брзином грејања или електричним отпором који приликом грејања емитује топлоту, а који се може повезати са променљивим извором да би се постигле различите снаге.

Ради веће прецизности, у лабораторији за хемију се широко користе две технике:

- Диференцијална термичка анализа.

- Диференцијална скенирајућа калориметрија.

Они упоређују температурну разлику између узорка који се проучава и другог референтног узорка са високом температуром топљења, готово увек алуминијум оксидом. Помоћу ових метода лако је пронаћи тачке топљења и врења.

Примери (вода, гвожђе …)

Размотрите криве грејања воде и гвожђа приказане на слици. Временска скала није приказана, међутим одмах је потребно разликовати температуре топљења за обе материје које одговарају тачки Б сваког графикона: за воду 0 ° Ц, за гвожђе 1500 ° Ц.

Слика 4. Кривуље загревања воде и гвожђа.

Вода је универзална супстанца, а распон температура потребних за увид у њене промене стања лако је постићи у лабораторији. Много веће температуре су потребне за гвожђе, али као што је горе напоменуто, облик графа се не мења битно.

Топање леда

При загревању узорка леда, према графикону смо у тачки А, на температури нижој од 0 ° Ц. Примећује се да температура расте константном брзином до достизања 0 ° Ц.

Молекули воде унутар леда вибрирају са већом амплитудом. Једном када се досегне температура топљења (тачка Б), молекули се већ могу померати један испред другог.

Енергија која стиже улаже се у смањење привлачне силе између молекула, тако да температура између Б и Ц остаје константна док се сав лед не растопи.

Претварање воде у пару

Једном када је вода потпуно у течном стању, вибрација молекула поново се повећава и температура се брзо повећава између Ц и Д до тачке кључања од 100 ° Ц. Између Д и Е температура остаје на тој вредности док енергија која стиже осигурава да сва вода у посуди испарава.

Ако сва водена пара може да се налази у посуди, она може да се загрева од тачке Е до тачке Ф, чија граница није приказана на графу.

Узорак гвожђа може проћи кроз исте промене. Међутим, с обзиром на природу материјала, распони температуре су врло различити.

Референце

1. Аткинс, П. Принципи хемије: Путеви открића. Уредништво Медица Панамерицана. 219-221.
2. Цхунг, П. Кривуље грејања. Опоравак од: цхем.либретектс.орг.
3. Кривуље грејања. Топлина фузије и испаравања. Опоравак од: википремед.цом.
4. Хевитт, Паул. 2012. Концептуална физичка наука. 5. Ед Пеарсон. 174-180.
5. Универзитет у Валладолиду. Дипломирани хемија, опоравио: лодгинг.ува.ес.