KRIVULJA OGREVANJA: KAJ JE, KAKO SE IZVAJA, PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Ogrevalna krivulja je grafični prikaz, kako temperatura vzorca se spreminja v odvisnosti od časa, držimo stalnim pritiskom in dodali toploto enakomerno, torej s konstantno hitrostjo.

Za izdelavo tovrstnega grafa se vzamejo pari vrednosti temperature in časa, ki jih pozneje grabijo tako, da se temperatura postavi na navpično os (ordinata) in čas na vodoravno os (absciso).

Slika 1. Krivulja segrevanja snovi dobimo z dodajanjem toplote in merjenjem temperature v določenem časovnem intervalu. Vir: Pixabay.

Nato se na te eksperimentalne točke namesti najustreznejša krivulja in na koncu dobimo graf temperature T kot funkcijo časa t: T (t).

Kakšna je krivulja ogrevanja?

Ko se segreva, gre snov zapored skozi različna stanja: od trdne snovi lahko postane para, skoraj vedno prehaja skozi tekoče stanje. Ti procesi se imenujejo spremembe stanja, pri katerih vzorec med dodajanjem toplote poveča svojo notranjo energijo, kar nakazuje molekularna kinetična teorija.

Ko dodate toploto vzorcu, obstajata dve možnosti:

- Snov zviša svojo temperaturo, saj se njeni delci mešajo z večjo intenzivnostjo.

- Material poteka skozi fazno spremembo, pri kateri temperatura ostane konstantna. Če dodate toploto, do neke mere oslabimo sile, ki delce držijo skupaj, na primer olajša prehod iz ledu v tekočo vodo.

Slika 2 prikazuje štiri stanja materije: trdno, tekoče, plinsko in plazemsko ter imena procesov, ki omogočajo prehod med njimi. Puščice kažejo smer postopka.

Slika 2. Stanje snovi in ​​procesi, potrebni za prehod med enim in drugim. Vir: Wikimedia Commons.

-Sredite spremembe v snovi

Začenši z vzorcem v trdnem stanju, ko se stopi, preide v tekoče, ko se izpareva, se spremeni v plin in se z ionizacijo spremeni v plazmo.

Trdna snov se lahko pretvori neposredno v plin s postopkom, znanim kot sublimacija. Obstajajo snovi, ki pri sobni temperaturi zlahka sublimirajo. Najbolj znan je CO ₂ ali suh led, pa tudi naftalen in jod.

Medtem ko vzorec spreminja stanje, temperatura ostane konstantna, dokler ne doseže novega stanja. To pomeni, da če imate na primer del tekoče vode, ki je dosegel svoje vrelišče, njegova temperatura ostane konstantna, dokler se vsa voda ne pretvori v paro.

Zaradi tega naj bi bila krivulja segrevanja sestavljena iz kombinacije naraščajočih odsekov in vodoravnih odsekov, kjer slednji ustrezajo faznim spremembam. Ena od teh krivulj je prikazana na sliki 3 za dano snov.

Slika 3. Krivulja ogrevanja dane snovi s tipično konfiguracijo, ki temelji na stopnicah in naklonih.

Razlaga krivulje ogrevanja

V intervalih rasti ab, cd in ef snov najdemo kot trdno snov, tekočino in plin. V teh regijah se poveča kinetična energija, s tem pa tudi temperatura.

Medtem ko v bc spreminja svoje stanje iz trdne v tekočo, torej obe fazi sobivata. To se zgodi v delu, kjer se vzorec spremeni iz tekočega v plin. Tu se potencialna energija spreminja, temperatura pa ostane konstantna.

Možen je tudi obratni postopek, to je, da lahko vzorec ohladimo, da zaporedno prevzamemo druga stanja. V tem primeru govorimo o hladilni krivulji.

Krivulje ogrevanja imajo enak splošni videz za vse snovi, čeprav seveda ne enakih številskih vrednosti. Nekatere snovi trajajo dlje kot druge, da spremenijo stanje in se pri različnih temperaturah topijo in uparjajo.

Te točke so znane kot tališče in vrelišče in so značilnosti vsake snovi.

Zato so krivulje ogrevanja zelo uporabne, saj označujejo številčno vrednost teh temperatur za milijone snovi, ki obstajajo kot trdne snovi in ​​tekočine v območju temperatur, ki veljajo za normalno in pri atmosferskem tlaku.

Kako naredite krivuljo ogrevanja?

Načeloma je zelo preprosto: preprosto postavite vzorec snovi v posodo, opremljeno z mešalnikom, vstavite termometer in se enakomerno segrejte.

Istočasno se ob zagonu postopka aktivira štoparica in se občasno zabeležijo ustrezni pari temperature in časa.

Vir toplote je lahko plinski gorilnik z dobro stopnjo ogrevanja ali električni upor, ki oddaja toploto pri segrevanju, ki ga je za doseganje različnih moči mogoče priključiti na spremenljiv vir.

Za večjo natančnost sta v laboratoriju za kemijo široko uporabljeni dve tehniki:

- Diferencialna toplotna analiza.

- Diferencialna skenerska kalorimetrija.

Primerjajo temperaturno razliko med preiskovanim vzorcem in drugim referenčnim vzorcem z visoko temperaturo taljenja, skoraj vedno aluminijevim oksidom. S temi metodami je enostavno najti tališča in vrelišča.

Primeri (voda, železo …)

Upoštevajte krivulje ogrevanja vode in železa, prikazane na sliki. Časovna lestvica ni prikazana, vendar je treba takoj razlikovati temperature taljenja za obe snovi, ki ustrezata točki B vsakega grafa: za vodo 0 ° C, za železo 1500 ° C.

Slika 4. Krivulje ogrevanja za vodo in železo.

Voda je univerzalna snov in razpon temperatur, potrebnih za spremembe stanja, je enostavno doseči v laboratoriju. Za železo so potrebne veliko višje temperature, vendar, kot je navedeno zgoraj, se oblika grafa bistveno ne spremeni.

Taljenje ledu

Pri segrevanju vzorca ledu, glede na graf, ki smo ga v točki A, pri temperaturi pod 0 ° C. Opazimo, da temperatura narašča s konstantno hitrostjo, dokler ne doseže 0 ° C.

Molekule vode v ledu vibrirajo z večjo amplitudo. Ko je temperatura taljenja (točka B) dosežena, se molekule že lahko premikajo druga pred drugo.

Energija, ki prispe, se vloži v zmanjšanje privlačne sile med molekulami, zato temperatura med B in C ostane konstantna, dokler se ves led ne stopi.

Vodenje vode v paro

Ko je voda popolnoma v tekočem stanju, se vibracije molekul ponovno povečajo in temperatura se hitro poveča med C in D do vrelišča 100 ° C. Med D in E temperatura ostane pri tej vrednosti, energija, ki prispe, zagotavlja, da vsa voda v posodi izhlapi.

Če je vsa vodna para lahko vsebovana v posodi, lahko nadaljuje z ogrevanjem od točke E do točke F, katere meja ni prikazana na grafu.

Vzorec železa lahko preide skozi te iste spremembe. Glede na naravo materiala pa so temperaturni razponi zelo različni.

Reference

1. Atkins, P. Načela kemije: Poti odkritja. Uredništvo Médica Panamericana. 219-221.
2. Chung, P. Krivulje ogrevanja. Pridobljeno: chem.libretexts.org.
3. Krivulje ogrevanja. Toplota zlivanja in uparjanja. Pridobljeno: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna fizikalna znanost. 5. Ed Pearson. 174-180.
5. Univerza v Valladolidu. Diploma iz kemije, pridobljeno iz: lodging.uva.es.