甲加热曲线是如何的样品的温度变化作为时间的函数,保持压力恒定,并且加入热量均匀,即,以恒定速率的图形表示。
为了构建这种类型的图,需要获取温度和时间值对,然后将温度放在垂直轴(纵坐标)上并将时间放在水平轴(横坐标)上以作图。
图1.物质的加热曲线是通过每隔一定时间增加热量并测量温度而获得的。资料来源:
然后,将最合适的曲线拟合到这些实验点,并最终获得温度T与时间t的关系图:T(t)。
什么是加热曲线?
物质在被加热时会依次经历各种状态:从成为固体后,它可以变成蒸气,几乎总是通过液态。这些过程称为状态变化,如分子动力学理论所述,样品在添加热量的同时增加其内部能量。
向样品中加热时,有两种可能性:
-考虑到其颗粒被强烈搅动,该物质会升高温度。
-材料正在经历相变,其中温度保持恒定。增加热量具有在一定程度上减弱将颗粒保持在一起的力的作用,这就是为什么例如从冰容易变成液态水的原因。
图2显示了物质的四种状态:固体,液体,气体和等离子体,以及允许它们之间转变的过程的名称。箭头指示过程的方向。
图2.在彼此之间传递所需的物质状态和过程。资料来源:维基共享资源。
-物质的状态变化
从固态样品开始,当它融化时变成液态,当它蒸发时变成气体,通过电离变成等离子体。
可以通过称为升华的方法将固体直接转化为气体。有些物质在室温下容易升华。最著名的是CO 2或干冰,以及萘和碘。
当样品经历状态变化时,温度保持恒定,直到达到新状态。这意味着,例如,如果您有一部分液态水已达到沸点,则其温度将保持恒定,直到所有水变成蒸汽为止。
因此,期望变暖曲线由增加部分和水平部分的组合组成,其中水平部分对应于相位变化。对于给定的物质,这些曲线之一显示在图3中。
图3.给定物质的加热曲线,其典型配置基于台阶和斜率。
解释加热曲线
在生长间隔ab,cd和ef中,该物质分别为固体,液体和气体。在这些区域中,动能随温度而增加。
在不列颠哥伦比亚省,它正在从固态变为液态,因此两相共存。这发生在样品从液体变为气体的部分。这里势能在变化,温度保持恒定。
反向过程也是可能的,也就是说,可以将样品冷却以依次采用其他状态。在这种情况下,我们说的是冷却曲线。
尽管当然数值不同,但是加热曲线对于所有物质具有相同的外观。有些物质要比其他物质花费更多的时间才能改变状态,并且它们在不同的温度下会熔化和蒸发。
这些点分别称为熔点和沸点,是每种物质的特性。
这就是为什么加热曲线非常有用的原因,因为它们表示在常温和大气压下,数百万种以固态和液态形式存在的物质的温度数值。
您如何制作热身曲线?
原则上,这非常简单:只需将物质样品放入装有搅拌器的容器中,插入温度计并均匀加热即可。
同时,在程序开始时,启动秒表,并不时记录相应的温度-时间对。
热源可以是具有良好加热速率的燃气燃烧器,也可以是加热时会发热的电阻,可以将其连接到可变源以实现不同的功率。
为了提高精度,化学实验室广泛使用了两种技术:
-差热分析。
-差示扫描量热法。
他们比较了被研究样品和另一个具有高熔融温度的参比样品(几乎都是氧化铝)之间的温差。使用这些方法,很容易找到熔点和沸点。
示例(水,铁…)
考虑图中所示的水和铁的加热曲线。没有显示时间范围,但是可以立即区分对应于每个图的点B的两种物质的熔化温度:对于水0ºC,对于铁1500ºC。
图4.水和铁的加热曲线。
水是一种通用物质,在实验室中很容易达到观察其状态变化所需的温度范围。铁需要更高的温度,但是如上所述,曲线图的形状基本不会改变。
融化冰
当加热冰样时,根据图表,我们在温度低于0ºC的点A处。观察到温度以恒定的速率升高,直到达到0ºC。
冰中的水分子以更大的幅度振动。一旦达到熔化温度(B点),分子就可以彼此移动。
到达的能量被用于减少分子之间的吸引力,因此B和C之间的温度保持恒定,直到所有冰融化为止。
把水变成蒸汽
一旦水完全处于液态,分子的振动就会再次增加,并且温度在C和D之间迅速升高,直到沸点达到100ºC。在D和E之间,温度保持在该值,而到达的能量确保了容器中的所有水分蒸发。
如果所有水蒸气都可以装在一个容器中,它可以继续从点E加热到点F,图中未显示其极限。
铁样品可以经历这些相同的变化。但是,考虑到材料的性质,温度范围会非常不同。
参考文献
- Atkins,P。《化学原理:发现之路》。社论MédicaPanamericana。219-221。
- Chung,P.加热曲线。从以下地址恢复:chem.libretexts.org。
- 加热曲线。熔化和汽化热。从以下站点恢复:wikipremed.com。
- 休伊特,保罗。2012。概念物理科学。5号 培生(Ed。Pearson)。174-180。
- 瓦拉多利德大学。化学学位,取自:lodge.uva.es。