Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

17.10: Теплоти плавлення та затвердіння

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19280

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Припустимо, що ви тримаєте в руці кубик льоду. Він відчуває холод, тому що теплова енергія залишає вашу руку і потрапляє в кубик льоду. Що відбувається з кубиком льоду? Він тане. Однак температура під час зміни фази залишається постійною. Тож тепло, яке втрачається вашою рукою, не піднімає температуру льоду вище температури його танення\(0^\text{o} \text{C}\). Швидше все тепло йде в зміну стану. Енергія поглинається в процесі зміни льоду в воду. Вода, яка виробляється, також залишається до тих пір,\(0^\text{o} \text{C}\) поки весь лід не розтане.

    Теплоти плавлення та затвердіння

    Всі тверді речовини поглинають тепло, коли вони плавиться, перетворюючись в рідини. Приріст тепла при цьому ендотермічному процесі переходить в зміну стану, а не в зміну температури. Молярна теплота\(\left( \Delta H_\text{fus} \right)\) плавлення речовини - це тепло, поглинене одним моль цієї речовини, коли воно перетворюється з твердої речовини в рідину. Оскільки плавлення будь-якої речовини поглинає тепло, то з цього випливає, що при заморожуванні будь-якої речовини виділяється тепло. Молярне тепло затвердіння\(\left( \Delta H_\text{solid} \right)\) речовини - це тепло, що виділяється одним моль цієї речовини, коли воно перетворюється з рідини в тверду речовину. Оскільки плавлення і затвердіння даної речовини є абсолютно протилежними процесами, числове значення молярної теплоти плавлення таке ж, як і числове значення молярної теплоти затвердіння, але протилежне за знаком. Іншими словами,\(\Delta H_\text{fus} = - \Delta H_\text{solid}\). На малюнку нижче показані всі можливі зміни стану разом з напрямком теплового потоку під час кожного процесу.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зліва направо тепло поглинається з навколишнього середовища під час плавлення, випаровування та сублімації. Справа наліво тепло виділяється в навколишнє середовище під час замерзання, конденсації та осадження. (КУБ.СМ ПО-НК; К-12)

    Кожна речовина має унікальне значення для його молярної теплоти плавлення, залежно від кількості енергії, необхідної для порушення міжмолекулярних сил, присутніх у твердому тілі. Коли\(1 \: \text{mol}\) льоду at\(0^\text{o} \text{C}\) перетворюється на\(1 \: \text{mol}\) рідку воду в\(0^\text{o} \text{C}\), тепла\(6.01 \: \text{kJ}\) поглинаються з навколишнього середовища. Коли\(1 \: \text{mol}\) вода при\(0^\text{o} \text{C}\) замерзає до льоду при\(0^\text{o} \text{C}\),\(6.01 \: \text{kJ}\) тепла виділяється в навколишнє середовище.

    \[\begin{array}{ll} \ce{H_2O} \left( s \right) \rightarrow \ce{H_2O} \left( l \right) & \Delta H_\text{fus} = 6.01 \: \text{kJ/mol} \\ \ce{H_2O} \left( l \right) \rightarrow \ce{H_2O} \left( s \right) & \Delta H_\text{solid} = -6.01 \: \text{kJ/mol} \end{array}\nonumber \]

    Молярні теплоти плавлення та затвердіння даної речовини можуть бути використані для розрахунку тепла, поглиненого або виділяється при розплавленні або заморожуванні різних кількостей.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Розрахуйте тепло, поглинене\(31.6 \: \text{g}\), коли льоду при\(0^\text{o} \text{C}\) повному розтануванні.

    Рішення
    Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
    Відомий
    • Маса\(= 31.6 \: \text{g}\) льоду
    • Молярна маса\(\ce{H_2O} = 18.02 \: \text{g/mol}\)
    • Молярна теплота плавлення\(= 6.01 \: \text{kJ/mol}\)
    Невідомий

    Маса льоду спочатку перетворюється на родимки. Потім це множиться на коефіцієнт перетворення для\(\left( \frac{6.01 \: \text{kJ}}{1 \: \text{mol}} \right)\) того, щоб знайти\(\text{kJ}\) поглинене тепло.

    Крок 2: Вирішіть.

    \[31.6 \: \text{g ice} \times \frac{1 \: \text{mol ice}}{18.02 \: \text{g ice}} \times \frac{6.01 \: \text{kJ}}{1 \: \text{mol ice}} = 10.5 \: \text{kJ}\nonumber \]

    Крок 3: Подумайте про свій результат.

    Дана кількість трохи менше, ніж 2 молі льоду, і так просто менше тепла\(12 \: \text{kJ}\) поглинається процесом танення.

    Резюме

    • Молярна теплота\(\left( \Delta H_\text{fus} \right)\) плавлення речовини - це тепло, поглинене одним моль цієї речовини, коли воно перетворюється з твердої речовини в рідину.
    • Молярне тепло затвердіння\(\left( \Delta H_\text{solid} \right)\) речовини - це тепло, що виділяється одним моль цієї речовини, коли воно перетворюється з рідини в тверду речовину.
    • Описані розрахунки теплових змін при плавленні і затвердінні.