VARMEKURVE: HVAD ER DET, HVORDAN GØRES DET, EKSEMPLER - FYSISK - 2025

En varmekurve er den grafiske repræsentation af, hvordan temperaturen af ​​en prøve varierer som en funktion af tiden, idet man holder trykket konstant og tilføjer varme ensartet, det vil sige med en konstant hastighed.

For at konstruere en graf af denne type tages par af temperatur- og tidsværdier, som senere tegnes ved at placere temperaturen på den lodrette akse (ordinat) og tiden på den vandrette akse (abscissa).

Figur 1. Opvarmningskurven for et stof opnås ved at tilføje varme og måle temperaturen hvert bestemt tidsinterval. Kilde: Pixabay.

Derefter monteres den mest passende kurve på disse eksperimentelle punkter, og til sidst opnås en graf over temperaturen T som en funktion af tiden t: T (t).

Hvad er varmekurven?

Når det opvarmes, går et stof gennem forskellige tilstande i rækkefølge: fra at være et fast stof kan det blive en damp, som næsten altid passerer gennem den flydende tilstand. Disse processer kaldes tilstandsændringer, hvor prøven øger sin indre energi, mens der tilføjes varme, som indikeret af molekylær kinetisk teori.

Når der tilføjes varme til en prøve, er der to muligheder:

- Stoffet øger sin temperatur, da dets partikler omrøres med større intensitet.

- Materialet gennemgår en faseændring, hvor temperaturen forbliver konstant. Tilsætning af varme har den virkning at til en vis grad svækkes de kræfter, der holder partiklerne sammen, hvilket gør det nemt at gå fra is til flydende vand, f.eks.

Figur 2 viser de fire stoftilstande: faststof, væske, gas og plasma og navnene på de processer, der tillader overgangen mellem dem. Pilene angiver processens retning.

Figur 2. De tilstande af stof og processer, der er nødvendige for at passere mellem det ene og det andet. Kilde: Wikimedia Commons.

-Statændringer i et stof

Start med en prøve i fast tilstand, når den smelter, går den i en flydende tilstand, når den fordamper, den omdannes til en gas og gennem ionisering omdannes den til plasma.

Det faste stof kan omdannes direkte til en gas ved en fremgangsmåde, der er kendt som sublimering. Der er stoffer, der let sublimerer ved stuetemperatur. Den bedst kendte er CO ₂ eller tøris samt naphthalen og jod.

Mens prøven gennemgår en statusændring, forbliver temperaturen konstant, indtil den når den nye tilstand. Det betyder, at hvis du for eksempel har en del flydende vand, der har nået sit kogepunkt, forbliver temperaturen konstant, indtil alt vandet er blevet til damp.

Af denne grund forventes opvarmningskurven at være sammensat af en kombination af stigende sektioner og vandrette sektioner, hvor sidstnævnte svarer til faseændringer. En af disse kurver er vist i figur 3 for et givet stof.

Figur 3. En opvarmningskurve for et givet stof med den typiske konfiguration baseret på trin og skråninger.

Fortolkning af varmekurven

I vækstintervallerne ab, cd og ef findes stoffet som henholdsvis et fast stof, væske og gas. I disse regioner stiger den kinetiske energi, og med den temperaturen.

Mens det i bc ændrer sin tilstand fra faststof til flydende, eksisterer de to faser derfor sammen. Dette sker i det afsnit af, hvor prøven skifter fra væske til gas. Her ændrer den potentielle energi sig, og temperaturen forbliver konstant.

Den omvendte procedure er også mulig, det vil sige, at prøven kan afkøles til successivt at indføre andre tilstande. I dette tilfælde taler vi om en afkølingskurve.

Varmekurverne har det samme generelle udseende for alle stoffer, skønt naturligvis ikke de samme numeriske værdier. Nogle stoffer tager længere tid end andre for at ændre tilstand, og de smelter og fordamper ved forskellige temperaturer.

Disse punkter er kendt som henholdsvis smeltepunkt og kogepunkt og er karakteristika for hvert stof.

Derfor er varmekurverne meget nyttige, da de angiver den numeriske værdi af disse temperaturer for millioner af stoffer, der findes som faste stoffer og væsker i det temperaturområde, der betragtes som normalt og ved atmosfæretryk.

Hvordan laver du en opvarmningskurve?

I princippet er det meget enkelt: anbring blot en prøve af stoffet i en beholder forsynet med en omrører, indsæt et termometer og opvarm jævnt.

Samtidig aktiveres et stopur i begyndelsen af ​​proceduren, og de tilsvarende temperatur-tidspar noteres fra tid til anden.

Varmekilden kan være en gasbrænder, med en god opvarmningshastighed, eller en elektrisk modstand, der udsender varme, når den opvarmes, som kan forbindes til en variabel kilde for at opnå forskellige kræfter.

For større præcision er der to teknikker, der i vid udstrækning anvendes i kemilaboratoriet:

- Differentiel termisk analyse.

- Differentialscanning kalorimetri.

De sammenligner temperaturforskellen mellem den undersøgte prøve og en anden referenceprøve med en høj smeltetemperatur, næsten altid et aluminiumoxid. Med disse metoder er det let at finde smelte- og kogepunkter.

Eksempler (vand, jern…)

Overvej varmekurverne for vand og jern, der er vist på figuren. Tidsskalaen er ikke vist, men det er øjeblikkeligt at skelne smeltetemperaturerne for begge stoffer, der svarer til punkt B i hver graf: for vand 0 º C, for jern 1500 ºC.

Figur 4. Varmekurver for vand og jern.

Vand er et universelt stof, og det temperaturområde, der er nødvendigt for at se dens tilstandsændringer, er let at opnå på laboratoriet. Meget højere temperaturer kræves for jern, men som nævnt ovenfor ændrer formen på grafen sig ikke væsentligt.

Smelt isen

Ved opvarmning af isprøven er vi i henhold til grafen på punkt A ved en temperatur under 0 ° C. Det observeres, at temperaturen stiger med en konstant hastighed, indtil den når 0 ° C.

Vandmolekylerne inden i isen vibrerer med større amplitude. Når smeltetemperaturen (punkt B) er nået, kan molekylerne allerede bevæge sig foran hinanden.

Den energi, der ankommer, investeres i at reducere den attraktive kraft mellem molekylerne, så temperaturen mellem B og C forbliver konstant, indtil al isen er smeltet.

Vend vand til damp

Når vandet er helt i en flydende tilstand, øges molekylernes vibrationer igen, og temperaturen stiger hurtigt mellem C og D op til kogepunktet på 100 ° C. Mellem D og E forbliver temperaturen ved denne værdi, mens den energi, der ankommer, sikrer, at alt vandet i beholderen fordamper.

Hvis al vanddamp kan være indeholdt i en beholder, kan den fortsætte med at opvarme fra punkt E til punkt F, hvis grænse ikke er vist på grafen.

En jernprøve kan gennemgå de samme ændringer. I betragtning af materialets art er temperaturintervallet imidlertid meget forskellige.

Referencer

1. Atkins, P. Principles of Chemistry: The Paths of Discovery. Redaktionel Médica Panamericana. 219-221.
2. Chung, P. Opvarmningskurver. Gendannes fra: chem.libretexts.org.
3. Varmekurver. Fusionsvarme og fordampning. Gendannes fra: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuel fysisk videnskab. 5.. Ed. Pearson. 174-180.
5. University of Valladolid. Grad i kemi, genvundet fra: logi.uva.es.