Jest tak wiele pytań, jak ciśnienie jest związane z temperaturą topnienia? Dlaczego wpływa na temperaturę topnienia? Odpowiemy na wszystkie te pytania.
Określona temperatura, w której ciało stałe zamienia się w ciecz, nazywana jest jego temperaturą topnienia. Ponieważ substancja ma większą gęstość w stanie stałym w porównaniu z gęstością w stanie ciekłym, tak więc w większości przypadków obserwuje się wzrost temperatury topnienia wraz ze wzrostem temperatury.
Ale woda stanowi wyjątek od tego. W przypadku wody, gdy ciśnienie wzrasta temperatura topnienia lodu zmniejsza się. Ciepło powinno być dostarczane do ciała stałego w celu jego upłynnienia. To ciepło odnosi się do ciepła topnienia. Temperatura topnienia ciała stałego pokazuje, że zmiana energii swobodnej Gibbsa wynosi zero.
Ale wartości zmiany entalpii(∆H) i zmiany entropii(∆S) rosną (∆G=0,∆H>0,∆S>0). Warunkiem stopienia ciała stałego jest to, że jego energia swobodna Gibbsa w fazie stałej powinna być większa niż energia swobodna Gibbsa w fazie ciekłej. termodynamicznie,
∆S= ∆H/T gdzie T oznacza temperaturę topnienia
Zależność temperatury topnienia i ciśnienia
Istnieje wspólna zależność pomiędzy temperaturą topnienia a ciśnieniem, tzn. temperatura topnienia jest wprost proporcjonalna do ciśnienia w przypadku większości materiałów. Bardzo częstym powodem takiego stanu rzeczy jest to, że nacisk wywierany na stały materiał sprawia, że ma on bardziej gęsty i zwarty charakter.
Dlatego potrzebuje więcej energii, aby się stopić. Oznacza to, że należy również podnieść temperaturę, która odpowiada za topnienie tego ciała stałego. Oznacza to, że wzrasta również temperatura topnienia tego materiału.
Czy temperatura topnienia zmienia się wraz z ciśnieniem i jak?
Istnieje zasada LeChateliera, która dotyczy ciśnienia, które jest zewnętrznym stanem fizycznym materii. Stwierdza, że gdy zmieni się zewnętrzny stan fizyczny materii, będzie miał tendencję do położenia kresu równowadze systemu.
Następnie system próbuje przyzwyczaić się do zachodzących zmian. Gdy substancja stała się nagrzewa, jej cząsteczki oddalają się od siebie.
Wraz ze wzrostem przestrzeni międzycząsteczkowej między cząsteczkami w wyniku zmniejszenia międzycząsteczkowej siły przyciągania, ciało stałe przechodzi w stan ciekły. W przypadku lodu topi się w wodzie po podgrzaniu.
Stąd zasada LeChateliora może pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób wpływ nacisku na lód może zmienić temperaturę topnienia. Równowaga zostanie osiągnięta przez system wody lodowej w dolnym punkcie w miarę wzrostu ciśnienia na lodzie. Wszyscy wiemy, że objętość lodu jest mniejsza niż objętość lodu. Stąd lód zajmuje mniej miejsca niż woda.
Istnieje odwrotna zależność między ciśnieniem a temperaturą topnienia lodu, która jest znana wszystkim. Kiedy więc ciśnienie na lodzie wzrasta, jego objętość zmniejsza się bardziej. W związku z tym spada również temperatura topnienia lodu. Oznacza to, że w przypadku systemu wody lodowej temperatura topnienia jest odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia.
Dlaczego ciśnienie wpływa na temperaturę topnienia?
Za pomocą diagramu fazowego możemy opisać przyczynę wpływu ciśnienia na temperaturę topnienia ciała stałego. Ten wykres pomoże nam pokazać zależność przejścia zarówno od temperatury, jak i ciśnienia.
Na wykresie faza gazowa pozostaje w dolnej części, gdzie ciśnienie pozostaje niskie. Faza stała pozostaje w lewej części wykresu, gdzie temperatura jest niska, a ciecz pozostaje pomiędzy fazą stałą i gazową.
Potrójny punkt odnosi się do punktu, w którym fazy stała, ciekła i gazowa pozostają w równowadze. Faza ciekła pozostaje w tym momencie stabilna. Temperaturę topnienia większości ciał stałych zaznaczono na schemacie ciągłą zieloną linią.
Zależność temperatury topnienia od ciśnienia jest znacznie mniejsza niż zależność temperatury wrzenia od ciśnienia. Dzieje się tak, ponieważ zmiana objętości w przemianie ciała stałego w ciecz jest bardzo nieznaczna.
Gdy ciśnienie wzrasta, temperatura topnienia również wzrasta, ponieważ większość cieczy ma mniejszą gęstość niż ciała stałe.
Kropkowana zielona linia powyżej wykres fazowy wskazuje temperaturę topnienia Z wody. Wyjątkiem jest woda, która ma większą gęstość niż lód. Wzrost ciśnienia powoduje spadek temperatury topnienia lodu.
Zależność prężności par i temperatury topnienia
Temperatura topnienia ciała stałego i prężność pary utrzymuje między nimi dodatnią zależność. Oznacza to, że wraz ze wzrostem ciśnienia pary wzrasta również temperatura topnienia ciała stałego.
Związek między ciśnieniem atmosferycznym a temperaturą topnienia
Zależność między ciśnieniem atmosferycznym a temperaturą topnienia jest dodatnia. Oznacza to, że wzrost nacisku na ciało stałe powoduje wzrost temperatury topnienia tego ciała stałego. Wszyscy wiemy, że gdy ciało stałe zamienia się w ciecz, nabiera większej objętości.
W stanie ciekłym międzycząsteczkowa siła przyciągania między cząsteczkami maleje, a tym samym zwiększa się przestrzeń międzycząsteczkowa między cząsteczkami. To z kolei zwiększa głośność.
Więc jeśli ciśnienie zostanie przyłożone do ciała stałego, trudniej będzie mu przejść w stan ciekły, ponieważ ciśnienie powoduje, że struktura ciała stałego jest bardziej zwarta i gęstsza. Dlatego trudno jest przezwyciężyć międzycząsteczkową siłę przyciągania i upłynnić.
To jest powód, dla którego temperatura topnienia wzrasta gdy ciśnienie jest zwiększone.
Zależność między ciśnieniem a temperaturą topnienia lodu
System wody lodowej wykazuje wyjątek od zależności ciśnienia i temperatury topnienia. W przypadku tego układu nachylenie między temperaturą topnienia a ciśnieniem jest ujemne, ponieważ temperatura topnienia lodu zmniejsza się pod wpływem ciśnienia.
Wnioski
W tym artykule wspólne związek między temperaturą topnienia presja i jej wyjątek zostały opisane prostymi i zrozumiałymi słowami.
Przeczytaj także:
- Temperatura wrzenia i ciśnienie 2
- Przykład ciśnienia cząstkowego 2
- Czy lepkość zmienia się pod wpływem ciśnienia?
- Przykład ciśnienia osmotycznego
- Przykład ciśnienia dynamicznego
- Przykład ciśnienia oceanicznego
- Przykład ciśnienia względnego
- Przykład ciśnienia manometrycznego
- Prężność pary a temperatura wrzenia
- Ciśnienie w równowadze dynamicznej
Cześć… jestem Ankita Biswas. Zrobiłem licencjat z fizyki z wyróżnieniem i tytuł magistra z elektroniki. Obecnie pracuję jako nauczyciel fizyki w Liceum Ogólnokształcącym. Jestem bardzo entuzjastycznie nastawiony do fizyki wysokich energii. Uwielbiam pisać skomplikowane pojęcia z fizyki w zrozumiałych i prostych słowach.