Kristalinio kūno lydymosi temperatūros nustatymas

Ištrauka

Laboratorinis darbas
KRISTALINIO KŪNO LYDYMOSI TEMPERATŪROS NUSTATYMAS

Darbo tikslas - susipažinti su kristalinių ir amorfinių kūnų sandaros ypatumais, ištirti
šildomo kristalinio kūno temperatūros priklausomybę nuo laiko, ištirti lydymosi procesą ir gauti
skysčio peršaldytąją būseną.

Teorinė dalis. Kristalinių kūnų medžiagos atomai ir molekulės išsidėstę tvarkingai. Toks
išsidėstymas kristalo gardelės mazguose vadinamas tolimąja tvarka. Dėl taisyklingo dalelių
išsidėstymo kristalai yra anizotropiniai - jų fizikinės ir cheminės savybės skirtingos įvairiomis
kryptimis. Tačiau anizotropija būdinga tiktai monokristalams. Dauguma kietųjų medžiagų yra
polikristalinės, t.y. jos sudarytos iš daugybės labai smulkių chaotiškai išsidėsčiusių kristaliukų.
Todėl polikristalinis kūnas yra izotropinis, jo savybės visomis kryptimis yra vienodos, nors
kiekvienas kristaliukas pasižymi anizotropija. Amorfiniai kūnai taip pat yra izotropiniai, nes
juose atomai (molekulės) išsidėstę netvarkingai. Jiems būdinga artimoji tvarka, jie gali būti bet
kokios formos (parafinas, vaškas ir kt.).
Gamtoje kūnai būna keturių agregatinių būsenų: kietosios, skystosios, dujinės ir plazminės.
Kietojo kūno virsmą skysčiu vadiname lydymusi, o kietosios būsenos virsmą dujine -
sublimacija. Dujinės būsenos virtimas kietąja - kristalizacija. Skysčio virsmas kietuoju kūnu
vadinamas kristalizacija. Skystėjant kietajai medžiagai, didėja atstumai tarp dalelių, sudarančių
kristalinę gardelę, ir pati gardelė suyra.
Nevienalyčių sistemų būsenai analizuoti naudojama fazės sąvoka. Fazėmis vadinamos
vienodos cheminės sudėties ir vienodos agregatinės būsenos sistemos dalys. Vienodos
temperatūros skystoji ir kietoji medžiagos fazės gali likti pusiausvyroje kiek norima ilgai, nes
skystoji fazė negali energijos paimti, o kietoji - jos duoti. Medžiagos perėjimą iš vienos fazės į
kitą vadiname faziniu virsmu. Faziniai virsmai yra pirmosios ir antrosios rūšies. Pirmosios
rūšies faziniai virsmai yra tokie, kuriems vykstant sugeriama arba išskiriama fazinio virsmo
šiluma ir dėl to šuoliškai pakinta medžiagos vidinė energija. Medžiagai garuojant, lydantis ar
sublimuojantis, fazinio virsmo šiluma suvartojama darbui prieš molekulines jėgas atlikti.
Vykstant atvirkštiniam faziniam virsmui -kondensacijai kondensacija ir kristalizacijai -
išskiriamas lygiai toks pat šilumos kiekis. Antrosios rūšies faziniais virsmais vadiname tokius
virsmus, dėl kurių šuoliškai pakinta medžiagos fizikinės savybės . Šių virsmų metu šiluma nei
sugeriama, nei išskiriama. Antrosios rūšies fazinio virsmo pavyzdžiai: 1)kai kurių metalų ir
lydinių virsmas superlaidžiais labai žemose temperatūrose; 2)esant pakankamai aukštai
temperatūrai, vadinamai Kiuri tašku, feromagnetikai (geležis, nikelis, kobaltas) netenka savo
magnetinių savybių ir tampa paramagnetikais.
Suteikus kristaliniam kūnui šiluminės energijos ,spartėja molekulių šiluminis
judėjimas, didėja vidinė energija ( c - kristalinio kūno savitoji šiluma; m - kristalinio kūno
masė; At- temperatūros pokytis). Kūnų šildymo kreivės pavaizduotos 1 paveiksle.
Srityje 0A kristalinė medžiaga kaitinama . Pasiekus tašką A, kristalinė gardelė pradeda irti,
kristalas lydosi. Temperatūra, kuriai esant kristalinis kūnas pradeda lydytis, vadinama lydymosi
temperatūra.
Taigi atkarpa AB atitinka kietąjį ir skystąjį medžiagos būvį. Taške B kristalinė medžiaga
yra išsilydžiusi. Kol išsilydo visa kristalinė medžiaga, jos temperatūra nekinta (sritis AB), nes
visa gaunama energija eikvojama darbui molekulių sankibos jėgoms nugalėti. Metalų lydinių
lydymosi temperatūra žemesnė negu lydinį sudarančių metalų.
Šilumos kiekis, kurį reikia suteikti kristaliniam kūnui norint jį paversti skysčiu lydymosi
temperatūroje, vadinamas lydymosi šiluma Q :(1)
Lydymosi šiluma Q priklauso ir nuo medžiagos rūšies bei išorinių sąlygų. Tą
priklausomybę atspindi savitoji (specifinė) lydymosi šiluma X. Savitąja lydymosi šiluma
vadinamas šilumos kiekis, reikalingas 1 kg kietojo kristalinio kūno masei išlydyti, esant jo
lydymosi temperatūrai. Savitosios lydymosi šilumos SI vienetas yra J/kg.
Sritis BC atitinka skystąjį medžiagos būvį, ir toliau šildant, jos temperatūra didėja, didėja ir
skysčio molekulinė kinetinė energija.
Atvėsinus skystį (1 pav., sritis CD) iki jo lydymosi temperatūros, jis pradeda kristalizuotis.
Kristalizuojantis dalelių sąveikos energija mažėja. Todėl pagal energijos...