06-д. Плавление и кристаллизация
§ 06-д. Плавление и кристаллизация
Весна. Выглянуло солнышко, и сквозь осевшие сугробы и журчащие ручьи пробиваются подснежники. Но взгляните на рисунок: температура снега и талой воды остаётся 0 °С. Так будет до тех пор, пока не растает последний кристаллик льда, даже если воздух прогреется до +10 °С.
Запомним: в физике превращение кристаллического тела в жидкость называют плавлением. Известно, что снег состоит из кристалликов льда. Поэтому превращение снега в воду — пример плавления.
Лёд — не единственное кристаллическое тело. С помощью микроскопа можно увидеть плотно прилегающие друг к другу кристаллы во всех металлах и многих других веществах.
Многочисленные наблюдения за плавлением разных тел показывают, что каждое кристаллическое тело плавится при строго определённой температуре; во время плавления температура тела и образующейся жидкости одинакова и остаётся постоянной, пока всё тело не расплавится. Вещества некристаллического строения (стекло, смола, пластмасса и некоторые другие) такими свойствами не обладают; они будут изучаться в следующей теме.
Температура плавления каждого вещества совпадает с его температурой кристаллизации. Это значит, что при этой температуре будут сосуществовать одновременно два состояния вещества — жидкое и твёрдое кристаллическое.
| Температуры плавления/кристаллизации, °С | ||||
| Железо | 1539 | Вода (лёд) | 0 | |
| Олово | 232 | Ртуть | –39 | |
| Свинец | 327 | Спирт | –114 | |
Если расплав кристаллического тела охлаждать, то наступит его кристаллизация — образование кристаллов твёрдого вещества. Как ни удивительно, но температура жидкого и твёрдого веществ во время этого будет оставаться постоянной, пока вся жидкость не отвердеет. При этом температура будет равна температуре плавления — это подтверждают опыты.
Плавление и отвёрдевание тел часто изображают графически. Рассмотрим один из таких графиков. Пусть, например, кусочек свинца положили в ложку и поместили над горелкой (см. рисунок).
На участке AB горелка ещё не была зажжена, и свинец имел комнатную температуру 20 °С. На этапе BC твёрдый свинец постепенно прогревался, и вскоре его температура достигла 327 °С — температуры плавления. Затем она оставалась постоянной, а свинец постепенно плавился, и в ложке одновременно сосуществовали твёрдый и жидкий свинец (участок CD). После окончания этого этапа температура (уже жидкого) свинца вновь стала повышаться, так как пламя всё ещё продолжало гореть (участок DE).
В момент времени, соответствующий точке E, горелку погасили, и температура жидкого свинца начала понижаться (участок EF). Как видите, остывание происходило медленнее, чем нагревание (сравните наклон участков EF и DE). Затем в точке F температура расплава достигла 327 °С и длительное время оставалась постоянной, так как происходила кристаллизация вещества. Следовательно, на участке FG сосуществуют жидкий и твёрдый свинец. Наконец, на участке GH остывает уже полностью отвердевший свинец.
Зелёная часть графика символизирует отсутствие теплопередачи от пламени к веществу, синяя часть — получение теплоты, а красная часть — отдачу теплоты.