რა არის კრისტალიზაციის სპეციფიკური სითბო? დნობა და კრისტალიზაცია კრისტალური ნივთიერების შერწყმის სპეციფიკური სითბო.

ენერგია, რომელსაც სხეული იძენს ან კარგავს სითბოს გადაცემის დროს, ეწოდება სითბოს რაოდენობა.სითბოს რაოდენობა დამოკიდებულია სხეულის მასაზე, სხეულის ტემპერატურის განსხვავებაზე და ნივთიერების ტიპზე.

[Q]=J ან კალორია

1 კალარის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გ წყლის 1 o C-ით გასათბობად.

სპეციფიკური სითბო – ფიზიკური რაოდენობაუდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა გადავიდეს 1 კგ მასის სხეულზე, რათა მისი ტემპერატურა შეიცვალოს 1 o C-ით.

[C] = J/კგ o C

წყლის ხვედრითი თბოტევადობა არის 4200 ჯ/კგ o C. ეს ნიშნავს, რომ 1 კგ მასის წყლის 1 o C-ზე გასათბობად საჭიროა 4200 ჯ სითბოს დახარჯვა.

ნივთიერების სპეციფიკური თბოტევადობა, რომელიც მდებარეობს სხვადასხვა აგრეგაციის მდგომარეობები, განსხვავებულია. ამრიგად, ყინულის თბოტევადობა არის 2100 J/kg o C. წყლის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა ყველაზე დიდია. ამ მხრივ, ზღვებსა და ოკეანეებში წყალი ზაფხულში გაცხელებისას დიდი რაოდენობით სითბოს შთანთქავს. ზამთარში წყალი კლებულობს და დიდი რაოდენობით სითბოს გამოსცემს. ამიტომ, წყლის ობიექტების მახლობლად მდებარე ადგილებში, ზაფხულში არ არის ძალიან ცხელი და ზამთარში ძალიან ცივი. მაღალი თერმოტევადობის გამო წყალი ფართოდ გამოიყენება ტექნოლოგიასა და ყოველდღიურ ცხოვრებაში. მაგალითად, სახლების გათბობის სისტემებში, მანქანებზე მათი დამუშავების დროს ნაწილების გაგრილებისას, წამალი (გამათბობელი ბალიშები) და ა.შ.

მყარი და სითხეების ტემპერატურის მატებასთან ერთად კინეტიკური ენერგიამათი ნაწილაკები: ისინი იწყებენ ვიბრაციას უფრო მაღალი სიჩქარით. გარკვეულ ტემპერატურაზე, რომელიც საკმაოდ სპეციფიკურია მოცემული ნივთიერებისთვის, ნაწილაკებს შორის მიზიდულობის ძალები ვეღარ იკავებენ მათ კვანძებში. ბროლის გისოსი(შორი დისტანციის რიგი გადაიქცევა მოკლე დიაპაზონში) და კრისტალი იწყებს დნობას, ე.ი. ნივთიერება იწყებს თხევად მდგომარეობაში გადაქცევას.

დნობა – მატერიის გადასვლის პროცესი მყარი მდგომარეობასითხეში.

გამყარება (კრისტალიზაცია)– ნივთიერების თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში გადასვლის პროცესი.

დნობის პროცესში ბროლის ტემპერატურა მუდმივი რჩება. ამ ტემპერატურას ე.წ დნობის წერტილი. თითოეულ ნივთიერებას აქვს საკუთარი დნობის წერტილი. იპოვეთ იგი ცხრილიდან.

ტემპერატურის მუდმივობა დნობის დროს აქვს დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა, ვინაიდან ის საშუალებას გაძლევთ დააკალიბროთ თერმომეტრები, წარმოქმნათ საკრავები და ინდიკატორები, რომლებიც დნება მკაცრად მითითებულ ტემპერატურაზე. დნობის წერტილის ცოდნა სხვადასხვა ნივთიერებებიასევე მნიშვნელოვანია წმინდა ყოველდღიური თვალსაზრისით: წინააღმდეგ შემთხვევაში ვინ იძლევა გარანტიას, რომ ეს ქვაბი ან ტაფა არ დნება გაზის სანთურის ცეცხლზე?

დნობის ტემპერატურა და გამაგრების თანაბარი ტემპერატურა - დამახასიათებელი თვისებანივთიერებები. მერკური დნება და მყარდება -39 o C ტემპერატურაზე, ასე რომ, რაიონებში შორეული ჩრდილოეთივერცხლისწყლის თერმომეტრები არ გამოიყენება. ამ განედებში ვერცხლისწყლის თერმომეტრების ნაცვლად გამოიყენება ალკოჰოლური თერმომეტრები (-114 o C). ყველაზე ცეცხლგამძლე ლითონი არის ვოლფრამი (3420 o C).

ნივთიერების დნობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც m არის ნივთიერების მასა და არის შერწყმის სპეციფიკური სითბო.

ჯ/კგ

შერწყმის სპეციფიკური სითბო - 1 კგ ნივთიერების დნობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა, რომელიც მიღებულია დნობის წერტილში. თითოეულ ნივთიერებას აქვს თავისი. იგი ნაპოვნია ცხრილის გამოყენებით.

ნივთიერების დნობის წერტილი დამოკიდებულია წნევაზე. ნივთიერებებისთვის, რომელთა მოცულობა იზრდება დნობის დროს, წნევის მატება ზრდის დნობის წერტილს და პირიქით. როდესაც წყალი დნება, მისი მოცულობა მცირდება და წნევის მატებასთან ერთად ყინული დნება დაბალ ტემპერატურაზე.

ბილეთის ნომერი 14

კრისტალიზაციისა და დნობის პროცესები აღწერს იგივე ფიზიკურ რაოდენობებს. განსხვავება ისაა, რომ დნობისას ორგანიზმი ითხოვს ენერგიას გისოსის დასანგრევად, კრისტალიზაციის დროს კი პირიქით, სხეული ენერგიას ათავისუფლებს გარემოში.

კრისტალიზაციის სპეციფიკური სითბოს კონცეფცია

კრისტალიზაციის (დნობის) სპეციფიკური სითბო გაგებულია, როგორც 1 კგ გამოთავისუფლებული (მოხმარებული) ენერგიის რაოდენობა. ნივთიერებები თხევადიდან მყარზე გადასვლისას (და პირიქით). მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ კრისტალიზაციის (დნობის) პროცესის დროს ნივთიერების ტემპერატურა არ იცვლება და ის უკვე მიყვანილია იმ მნიშვნელობამდე, რომლითაც შესაძლებელია თავად პროცესი.

კრისტალიზაციის (დნობის) სპეციფიკური სითბო იზომება ჯ/კგ-ში და აღინიშნება ასოებით ბერძნული ანბანილ. განმარტებით:

სადაც Q არის ნივთიერების m კილოგრამით გამოთავისუფლებული (მოხმარებული) ენერგიის რაოდენობა.

ენერგიის გამოთვლები თანმიმდევრული თერმული პროცესებისთვის

განვიხილოთ მ კილოგრამი წყლის გაციების პროცესი ტემპერატურიდან, მაგალითად, +20°C-დან -10°C-მდე. აქ საქმე გვაქვს სამ თერმულ პროცესთან:

წყლის გაგრილება ტემპერატურა +20°С-დან 0°С-მდე, ∆T1 = - 20°;
წყლის კრისტალიზაცია ყინულში 0°C ტემპერატურაზე;
ყინულის გაციება 0°С-დან -10°С-მდე, ∆T2 = -10°;

გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობა Q უდრის ენერგიების ჯამს თითოეულ ამ პროცესში:

Q = Q1 + Q2 + Q3;

Q1 = C1 * m * ∆T1;

Q3 = C2 * m * ∆T2;

სადაც C1 და C2 არის წყლის და ყინულის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა, შესაბამისად. Q2-ზე ნიშანი „-“ ნიშნავს, რომ კრისტალიზაციის დროს ენერგიის გამოყოფის პროცესი მიმდინარეობს.

დნობა არის სხეულის გადასვლა კრისტალური მყარი მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში. დნობა ხდება შერწყმის სპეციფიკური სითბოს შეწოვით და არის პირველი რიგის ფაზის გადასვლა.

დნობის უნარი ეხება ნივთიერების ფიზიკურ თვისებებს

ნორმალურ წნევაზე ვოლფრამს აქვს ყველაზე მაღალი დნობის წერტილი მეტალებს შორის (3422 °C). მარტივი ნივთიერებებიზოგადად - ნახშირბადი (სხვადასხვა წყაროების მიხედვით, 3500 - 4500 °C) და თვითნებურ ნივთიერებებს შორის - ჰაფნიუმის კარბიდი HfC (3890 °C). შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ჰელიუმს აქვს ყველაზე დაბალი დნობის წერტილი: ნორმალურ წნევაზე ის რჩება თხევად თვითნებურად დაბალ ტემპერატურაზე.

ნორმალურ წნევაზე ბევრ ნივთიერებას არ აქვს თხევადი ფაზა. გაცხელებისას ისინი სუბლიმაციით მაშინვე გარდაიქმნებიან აირისებრ მდგომარეობაში.

სურათი 9 - ყინულის დნობა

კრისტალიზაცია არის ნივთიერების ფაზური გადასვლის პროცესი თხევადიდან მყარ კრისტალურ მდგომარეობაში კრისტალების წარმოქმნით.

ფაზა არის თერმოდინამიკური სისტემის ერთგვაროვანი ნაწილი, რომელიც გამოყოფილია სისტემის სხვა ნაწილებისგან (სხვა ფაზები) ინტერფეისით, რომლის გავლისას ქიმიური შემადგენლობა, მატერიის სტრუქტურა და თვისებები მკვეთრად იცვლება.

სურათი 10 - წყლის კრისტალიზაცია ყინულის წარმოქმნით

კრისტალიზაცია არის ხსნარებიდან ან დნობისგან მყარი ფაზის გამოყოფის პროცესი ქიმიურ მრეწველობაში, კრისტალიზაციის პროცესი გამოიყენება ნივთიერებების სუფთა სახით მისაღებად.

კრისტალიზაცია იწყება, როდესაც მიიღწევა გარკვეული შემზღუდველი მდგომარეობა, მაგალითად, სითხის სუპერგაციება ან ორთქლის ზეგაჯერება, როდესაც ბევრი პატარა კრისტალი - კრისტალიზაციის ცენტრი - თითქმის მყისიერად ჩნდება. კრისტალები იზრდებიან სითხის ან ორთქლის ატომების ან მოლეკულების მიმაგრებით. ბროლის სახეების ზრდა ხდება ფენით, არასრული ატომური ფენების (ნაბიჯების) კიდეები იზრდება სახეზე. ზრდის ტემპის დამოკიდებულება კრისტალიზაციის პირობებზე იწვევს ზრდის მრავალფეროვან ფორმებს და კრისტალურ სტრუქტურებს (მრავალფეროვნება, ლამელარული, ნემსის ფორმის, ჩონჩხის, დენდრიტული და სხვა ფორმები, ფანქრის სტრუქტურები და ა.შ.). კრისტალიზაციის პროცესში აუცილებლად წარმოიქმნება სხვადასხვა დეფექტი.

კრისტალიზაციის ცენტრების რაოდენობასა და ზრდის ტემპზე მნიშვნელოვნად მოქმედებს სუპერგაგრილების ხარისხი.

სუპერგაგრილების ხარისხი არის თხევადი ლითონის გაგრილების დონე მისი კრისტალურ (მყარ) მოდიფიკაციაზე გადასვლის ტემპერატურაზე ქვემოთ. აუცილებელია კრისტალიზაციის ლატენტური სითბოს ენერგიის კომპენსირება. პირველადი კრისტალიზაცია არის კრისტალების წარმოქმნა ლითონებში (და შენადნობებში) თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში გადასვლისას.

შერწყმის სპეციფიკური სიცხე (ასევე: შერწყმის ენთალპია; ასევე არსებობს კრისტალიზაციის სპეციფიკური სითბოს ექვივალენტური კონცეფცია) - სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადაეცეს კრისტალური ნივთიერების მასის ერთ ერთეულს წონასწორულ იზობარულ-იზოთერმული პროცესის დროს. გადაიტანოს იგი მყარი (კრისტალური) მდგომარეობიდან თხევადში (მაშინ ნივთიერების კრისტალიზაციისას გამოიყოფა იგივე რაოდენობის სითბო).

სითბოს რაოდენობა დნობის ან კრისტალიზაციის დროს: Q=მლ

აორთქლება და დუღილი. აორთქლების სპეციფიკური სითბო

აორთქლება არის ნივთიერების თხევადი მდგომარეობიდან აირისებურ მდგომარეობაში (ორთქლზე) გადასვლის პროცესი. აორთქლების პროცესი არის კონდენსაციის პროცესის საპირისპირო პროცესი (ორთქლის მდგომარეობიდან თხევად მდგომარეობაში გადასვლა. აორთქლება (აორთქლება), ნივთიერების გადასვლა შედედებული (მყარი ან თხევადი) ფაზიდან აირისებრ (ორთქლზე); პირველი რიგის ფაზის გადასვლა.

უმაღლეს ფიზიკაში აორთქლების უფრო განვითარებული კონცეფცია არსებობს

აორთქლება არის პროცესი, რომლის დროსაც სითხის ზედაპირიდან ან მყარინაწილაკები (მოლეკულები, ატომები) გამოფრინდებიან (ირღვევა), ეკ > ეპ.

სურათი 11 - აორთქლება ჩაის ჭიქაზე

აორთქლების სპეციფიკური სითბო (აორთქლება) (L) არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც მიუთითებს სითბოს რაოდენობაზე, რომელიც უნდა გადაეცეს 1 კგ ნივთიერებას, რომელიც აღებულია დუღილის წერტილში, რათა გადავიდეს იგი თხევადიდან აირის მდგომარეობაში. აორთქლების სპეციფიკური სითბო იზომება ჯ/კგ-ში.

ადუღება არის სითხეში აორთქლების პროცესი (ნივთიერების გადასვლა თხევადიდან აირად მდგომარეობაში), ფაზური გამოყოფის საზღვრების გამოჩენით. დუღილის წერტილი ატმოსფერული წნევაჩვეულებრივ მოცემულია, როგორც ქიმიურად სუფთა ნივთიერების ერთ-ერთი მთავარი ფიზიკურ-ქიმიური მახასიათებელი.

დუღილი არის პირველი რიგის ფაზის გადასვლა. ადუღება ხდება ბევრად უფრო ინტენსიურად, ვიდრე ზედაპირიდან აორთქლება, აორთქლების ცენტრების წარმოქმნის გამო, რაც განისაზღვრება როგორც მიღწეული დუღილის ტემპერატურით, ასევე მინარევების არსებობით.

ბუშტების წარმოქმნის პროცესზე შეიძლება გავლენა იქონიოს წნევამ, ხმის ტალღები, იონიზაცია. კერძოდ, დამუხტული ნაწილაკების გავლისას იონიზაციისგან სითხის მიკრომოცულობების დუღილის პრინციპზე მუშაობს ბუშტუკოვანი კამერა.

სურათი 12 - მდუღარე წყალი

სითბოს რაოდენობა ადუღების, სითხის აორთქლებისა და ორთქლის კონდენსაციის დროს: Q=მლ

მყარი ნივთიერების დნობისთვის ის უნდა გაცხელდეს. და ნებისმიერი სხეულის გაცხელებისას აღინიშნება ერთი საინტერესო თვისება

თავისებურება ისაა: სხეულის ტემპერატურა დნობის წერტილამდე იმატებს და შემდეგ ჩერდება, სანამ მთელი სხეული თხევად მდგომარეობაში გადადის. დნობის შემდეგ ტემპერატურა კვლავ იწყებს მატებას, თუ, რა თქმა უნდა, გათბობა გაგრძელდება. ანუ არის პერიოდი, რომლის დროსაც სხეულს ვათბობთ, მაგრამ არ თბება. სად მიდის სითბოს ენერგია, რომელსაც ვხარჯავთ? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, სხეულის შიგნით უნდა ჩავიხედოთ.

მყარში მოლეკულები განლაგებულია გარკვეული თანმიმდევრობით კრისტალების სახით. ისინი პრაქტიკულად არ მოძრაობენ, მხოლოდ ოდნავ ირხევიან ადგილზე. იმისათვის, რომ ნივთიერება თხევად მდგომარეობაში მოხვდეს, მოლეკულებს უნდა მიეცეს დამატებითი ენერგია, რათა მათ თავი დააღწიონ კრისტალებში მეზობელი მოლეკულების მიზიდულობას. სხეულის გაცხელებით მოლეკულებს ამ აუცილებელ ენერგიას ვაძლევთ. და სანამ ყველა მოლეკულა არ მიიღებს საკმარის ენერგიას და ყველა კრისტალები არ განადგურდება, სხეულის ტემპერატურა არ იზრდება. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ერთი და იგივე მასის სხვადასხვა ნივთიერებას სჭირდება სხვადასხვა რაოდენობის სითბო მის სრულად დასადნებლად.

ანუ არის გარკვეული ღირებულება, რომელზეც ეს დამოკიდებულია რამდენი სითბო სჭირდება ნივთიერებას დნობისთვის?. და ეს მნიშვნელობა განსხვავებულია სხვადასხვა ნივთიერებებისთვის. ამ რაოდენობას ფიზიკაში ეწოდება ნივთიერების შერწყმის სპეციფიკური სითბო. კვლავ, ექსპერიმენტების შედეგად, სხვადასხვა ნივთიერებისთვის შერწყმის სპეციფიკური სითბოს მნიშვნელობები დადგინდა და შეგროვდა სპეციალურ ცხრილებში, საიდანაც ეს ინფორმაცია შეიძლება შეგროვდეს. შერწყმის სპეციფიკური სითბო აღინიშნება ბერძნული ასო λ-ით (ლამბდა), ხოლო საზომი ერთეულია 1 ჯ/კგ.

შერწყმის სპეციფიკური სითბოს ფორმულა

შერწყმის სპეციფიკური სითბო გამოიხატება ფორმულით:

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა m მასის სხეულის დნობისთვის.

კვლავ, ექსპერიმენტებიდან ცნობილია, რომ როდესაც ნივთიერებები გამაგრდებიან, ისინი გამოყოფენ იმავე რაოდენობის სითბოს, რაც საჭირო იყო მათი დნობისთვის. მოლეკულები, კარგავენ ენერგიას, ქმნიან კრისტალებს, არ შეუძლიათ წინააღმდეგობა გაუწიონ სხვა მოლეკულების მიზიდულობას. და ისევ, სხეულის ტემპერატურა არ დაიკლებს მანამ, სანამ მთელი სხეული არ გამკვრივდება, და სანამ არ გამოიყოფა მთელი ენერგია, რომელიც დაიხარჯა მის დნობაზე. ანუ შერწყმის სპეციფიკური სითბო გვიჩვენებს, თუ რამდენი ენერგია უნდა დაიხარჯოს m მასის სხეულის დნობისთვის და რამდენი ენერგია გამოიყოფა ამ სხეულის გამაგრებისას.

მაგალითად, წყლის შერწყმის სპეციფიკური სითბო მყარ მდგომარეობაში, ანუ ყინულის შერწყმის სპეციფიკური სითბო არის 3,4 * 105 ჯ/კგ. ეს მონაცემები საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ რამდენი ენერგიაა საჭირო ნებისმიერი მასის ყინულის დნობისთვის. ყინულისა და წყლის სპეციფიკური სითბური სიმძლავრის გათვალისწინებით, შეგიძლიათ ზუსტად გამოთვალოთ რამდენი ენერგიაა საჭირო კონკრეტული პროცესისთვის, მაგალითად, ყინულის დნობა, რომლის წონაა 2 კგ და ტემპერატურა - 30˚C და მიღებული წყალი მიიყვანეთ ადუღებამდე. ასეთი ინფორმაცია სხვადასხვა ნივთიერებების შესახებ ძალზედ აუცილებელია ინდუსტრიაში, რათა გამოვთვალოთ რეალური ენერგიის ხარჯები ნებისმიერი საქონლის წარმოებაში.

მყარი ნივთიერების დნობისთვის ის უნდა გაცხელდეს.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ერთი და იმავე მასის სხვადასხვა ნივთიერებას სჭირდება სხვადასხვა რაოდენობის სითბო მის სრულად დასადნებლად.

ანუ, არსებობს გარკვეული მნიშვნელობა, რომელზედაც დამოკიდებულია რამხელა სითბო უნდა შეიწოვოს ნივთიერებამ დნობისთვის. და ეს მნიშვნელობა განსხვავებულია სხვადასხვა ნივთიერებებისთვის. ამ რაოდენობას ფიზიკაში ეწოდება ნივთიერების შერწყმის სპეციფიკური სითბო. შერწყმის სპეციფიკური სითბო გვიჩვენებს, თუ რამდენი სითბოა საჭირო 1 კგ ნივთიერების მთლიანად გადაქცევისთვის დნობის წერტილში გაზომვა არის 1 ჯ/კგ.

შერწყმის სპეციფიკური სითბოს ფორმულა

შერწყმის სპეციფიკური სითბო გამოიხატება ფორმულით:

λ = Q/m,

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა m მასის სხეულის დნობისთვის.

ნივთიერების დნობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა უდრის შერწყმის სპეციფიკური სითბოს და ნივთიერების მასის პროდუქტს.

Q = λ*მ,