47. Topnienie i krzepnięcie.

Przemiany Fazowe
Przemiana fazowa – przejście substancji z jednej fazy (stanu skupienia) do drugiej.
⎯topnienie
⎯⎯
⎯→
Faza stała
Faza ciekła
←⎯
⎯⎯⎯
krzepnięrze
parowanie
⎯⎯
⎯⎯→
Faza ciekła
Faza gazowa
←⎯
⎯
⎯⎯
skraplanie
⎯sub
⎯lim
⎯acja
⎯→
Faza stała
Faza gazowa
←⎯
⎯⎯
⎯⎯
resub lim acja
PROCES TOPNIENIA I KRZEPNIĘCIA
Topnieniem nazywamy przejście substancji z fazy stałej do fazy ciekłej.
Wielkościami charakteryzującymi stan energetyczny ciała są: temperatura T i energia
wewnętrzna Q.
Wykres zależność temperatury od energii wewnętrznej - ciągły zbiór stanów energetycznych
topnienia i krzepnięcia dla ciał stałych:
bezpostaciowych
krystalicznych
T
T
T1
T1
Tt
Tt
T0
Q1
Q2
Q3
Q
Q1
Q2
Q3
T0
Q = m ⋅ C w ⋅ ∆T ⇒ ∆T =
1
⋅ Q ⇒ ∆T ~ Q
m ⋅ Cw
Wielkościami charakteryzującymi proces topnienia są: temperatura topnienia (Tt) i ciepło
topnienia (Ct) obie stabelaryzowane zależące od rodzaju substancji.
Temperaturą topnienia nazywamy temperaturę w której proces topnienia rozpoczyna się,
przebiega i kończy.
Ciepłem topnienia nazywamy ilość ciepła jaką należy dostarczyć 1kg substancji aby stopić ja
w temperaturze topnienia.
Q
Przejście substancji z fazy ciekłej w fazę stałą to krzepnięcie. Wielkościami
charakteryzującymi proces krzepnięcia są: temperatura krzepnięcia Tk i ciepło krzepnięcia Ck,
przy czym dla każdej substancji
Tt=Tk Ct=Ck!
Krzepnięcie jest to odbudowanie struktury sieci krystalicznej na skutek spadku energii ruchu
drobin.
Temperatura topnienia substancji zależy od:
1. rodzaju substancji
2. ciśnienia zewnętrznego
3. domieszkowania.
Ad. 2
Jeżeli przy braku wymiany energii z otoczeniem pomimo zachodzących przemian masa
każdej z faz pozostaje stała mamy do czynienia z równowagą dynamiczną faz.
Z punktu widzenia zmiany objętości podczas krzepnięcia i topnienia substancje krystaliczne
dzielą się na dwie grupy: I te które podczas topnienia zmniejszają swoja objętość (np. woda),
II te które podczas topnienia zwiększają swoją objętość (np. większość metali)
Substancje, które podczas topnienia
Substancje, które podczas topnienia
zmniejszają swoja objętość, topią się
zwiększają swoja objętość, topią się
pod niższym ciśnieniem i w niższej
pod wyższym ciśnieniem i w wyższej
Krzywe równowagi dynamicznej(zbiory punktów których faza stała i ciekła mogą istnieć w stanie równowagi dynamicznej:
p
p
Grupa I
Grupa II
patm
patm
T
T
Ad. 3
Każde domieszkowanie obniża temperaturę topnienia, przy czym spadek temperatury jest
wprost proporcjonalny do stężenia domieszek.
Temperatura topnienia stopów (metali domieszkowanych) zależy od: rodzaju substancji,
wywieranego ciśnienia i stężenia domieszek.
Ct =
Q
m
[Ct ] = 1 J
kg