|
|
|
Temperatura
przejścia fazowego | temperatura topnienia |
| temperatura wrzenia. |
W celu poprawnego wyjaśnienia co to jest temperatura topnienia i temperatura wrzenia niezbędne jest posłużenie się pojęciem równowagi termodynamicznej.
Stan równowagi termodynamicznej
Zmiany stanu skupienia ciał, czyli ogólniej mówiąc "przejścia fazowe" mogą zachodzą najczęściej pod wpływem:
| dostarczonego /odebranego ciepła (zmiany energii wewnętrznej) |
| zmiany ciśnienia. |
Niemal wszystkie przejścia fazowe w jakimś stopniu mogą zachodzić właściwie
w dowolnej temperaturze - np. w tym samym czasie zachodzić i topnienie, i
proces odwrotny krzepnięcie; i parowanie i częściowe skraplanie. Np.
jednocześnie zachodzi topnienie lodu i krzepnięcie wody w różnych
obszarach bryły lodu stykającej się z wodą.
Jednak w zależności od temperatury ciała przewagę zdobywa jeden proces
nad konkurencyjnym - np. w temperaturze powyżej zera (w warunkach
normalnych) topienie się lodu ma przewagę nad krzepnięciem wody. Z kolei
w temperaturach poniżej zera przewagę zdobywa krzepnięcie i dzięki temu
po jakimś czasie powierzchnia zbiorników wodnych zimą pokrywa się lodem.
W sytuacji granicznej - gdy procesy w jedną i drugą stronę mają tę samą szybkość (czyli np. tyle samo wody krzepnie, co lodu się topi) - mówimy o znajdowaniu się substancji w stanie równowagi termodynamicznej.
Dane w tablicach
Dla wielu typowych substancji w tablicach fizycznych podawane są ich temperatury topnienia, czy wrzenia. Niemal zawsze odnoszą się one do:
| substancji znajdującej się stanie równowagi termodynamicznej |
| ciśnienia normalnego (patrz rozdział: Warunki normalne) |
Nazwy temperatur z poniższej tabelki też są definiowane w oparciu o ww. warunki
Temperatury zmian stanów skupienia
| ciało stałe | ciecz | gaz | |
| ciało stałe | bez zmiany stanu | temperatura topnienia | ... |
| ciecz | temperatura
krzepnięcia, lub temp. topnienia |
bez zmiany stanu | temperatura wrzenia |
| gaz | ... | temperatura wrzenia |
bez zmiany stanu |
Jak widać z poniższej tabelki mamy dwie istotne temperatury dla każdej substancji:
| temperatura topnienia |
| temperatura wrzenia. |
Niekiedy używa się pojęć "temperatura krzepnięcia", ale i tak jest ona równa temperaturze topnienia.
temperatura krzepnięcia =
temperatura topnienia
temperatura wrzenia = temperatura skraplania w warunkach równowagi
termodynamicznej
Nie ma pojęcia temperatury sublimacji, ponieważ bardzo trudno byłoby znaleźć ciało, które wcale nie posiada fazy ciekłej pod ciśnieniem normalnym, posiadając przy tym fazę stałą i gazową. Co prawda dla większości substancji możliwe jest współistnienie stanu gazowego i stałego w warunkach równowagi termodynamicznej, jednak zazwyczaj zachodzi to dla warunków znacznie różniących się od normalnych.
Najważniejsze temperatury topnienia i wrzenia
Dwoma niezwykle ważnymi temperaturami związanymi ze zmianami stanów skupienia są termodynamice niewątpliwie temperatury:
| topnienia lodu / krzepnięcia wody, wynoszącej 273,15 K = 0 °C. |
| wrzenia wody, czyli 100 °C |
Temperatury te służą do ustalenia skali Celsjusza (ew. szukaj dodatkowych wiadomości w rozdziale temperatura). Inną bardzo ważną temperaturą związaną z wodą jest temperatura punktu potrójnego wody (służy ona do zdefiniowania skali Kelwina).
Realne sytuacje
W rzeczywistości typowe zmiany stanów skupienia - topnienie, wrzenie - nie do końca odpowiadają opisanej sytuacji modelowej. Np. wrzenie wody w czajniku, nawet zachodzące pod ciśnieniem normalnym, nie odbywa się w warunkach równowagi termodynamicznej. Dlatego proces ten przebiega tak burzliwie (bulgocą bąbelki pary wodnej). Jednak odniesienie do sytuacji w stanie równowagi ma jak najbardziej sens, bo sama temperatura wrzenia odnosi się tak samo do wody w stanie równowagi termodynamicznej, jak i w stanie braku tej równowagi.
Podobna sytuacja zachodzi w przypadku gwałtownego topnienia, czy krzepnięcia.
Więcej informacji
Więcej informacji na temat wrzenia znajduje się w rozdziale wrzenie.