Topnienie
Topnienie to przejście substancji ze stanu stałego w ciekły.
Dla czystej substancji krystalicznej przy określonym ciśnieniu topnienie zachodzi w określonej temperaturze.
Podczas topnienia temperatura substancji pozostaje stała, mimo że substancja pobiera energię.
Ilość energii potrzebnej do stopienia masy \(m\) opisuje zależność \(Q=mc_t\), gdzie \(c_t\) jest ciepłem właściwym topnienia.
Topnienie to przemiana fazowa polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.
Dla czystych substancji krystalicznych przy określonym ciśnieniu topnienie zachodzi w określonej temperaturze, nazywanej temperaturą topnienia. Temperatura topnienia zależy od rodzaju substancji oraz od ciśnienia. Przy tym samym ciśnieniu jest ona równa temperaturze krzepnięcia.
Temperatura topnienia lodu
Przy ciśnieniu \(1\ \text{atm}=101\,325\ \text{Pa}\) lód topi się w temperaturze około \(0^\circ\text{C}\). W tej samej temperaturze, przy tym samym ciśnieniu, ciekła woda krzepnie. Jest to temperatura równowagi fazowej, w której lód i ciekła woda mogą współistnieć.
Ciepło topnienia
Podczas topnienia czystej substancji krystalicznej przy stałym ciśnieniu substancja pobiera energię w postaci ciepła.
Ciepło właściwe topnienia określa ilość energii potrzebnej do stopienia jednostki masy substancji znajdującej się w temperaturze topnienia, bez zmiany jej temperatury.
gdzie:
- \(Q\) – energia pobrana podczas topnienia,
- \(m\) – masa substancji,
- \(c_t\) – ciepło właściwe topnienia.
Jednostką ciepła właściwego topnienia jest \(\text{J/kg}\).
Z definicji wynika:
Podczas topnienia substancja pobiera energię, natomiast podczas krzepnięcia taką samą ilość energii oddaje do otoczenia, jeżeli przemiany zachodzą między tymi samymi stanami i przy tych samych warunkach.
Podczas topnienia czystej substancji krystalicznej przy stałym ciśnieniu, mimo dostarczania energii, jej temperatura pozostaje stała aż do zakończenia procesu topnienia. Dostarczana energia jest wykorzystywana na zmianę struktury substancji, a nie na wzrost jej temperatury.
Topnienie na diagramie fazowym
Na diagramie fazowym topnienie odpowiada przejściu przez krzywą równowagi fazy stałej i ciekłej w kierunku obszaru, w którym trwała jest faza ciekła. Przejście przez tę samą krzywą w przeciwnym kierunku odpowiada krzepnięciu.
Temperatury topnienia wybranych substancji
Oto temperatury topnienia dla wybranych substancji:
| Substancja | Temperatura topnienia (krzepnięcia) [°C] |
|---|---|
| azot | -210 |
| cyna | 231,9 |
| deuter | -254,4 |
| etan | -183,2 |
| etanol | -114,5 |
| gliceryna | 18,18 |
| glikol | -12,3 |
| kobalt | 1495 |
| krzem | 1417 |
| kwas mrówkowy | 8,3 |
| kwas octowy | 16,63 |
| kwas siarkowy | 10,35 |
| metan | -182,4 |
| miedź | 1084,6 |
| mocznik | 135 |
| ołów | 327,5 |
| platyna | 1770 |
| pluton | 640 |
| rtęć | -38,83 |
| siarka | 119,6 |
| srebro | 961,8 |
| tlen | -218,78 |
| węglik hafnu | 3960 |
| woda | 0 |
Podane wartości są wartościami przybliżonymi i dotyczą ciśnienia około \(1\ \text{atm}\).
Pytania
Czy można stopić substancję bez zwiększania jej temperatury?
Tak. Czysta substancja krystaliczna podczas topnienia przy stałym ciśnieniu zachowuje stałą temperaturę aż do zakończenia przemiany. Dostarczana energia jest zużywana na zmianę fazy, a nie na zwiększanie temperatury. W niektórych przypadkach topnienie można również wywołać przez odpowiednią zmianę ciśnienia.
Ćwiczenia
Zwiększ populację dziobaków, rozwiązując krótkie zadania i ćwiczenia związane z tą lekcją.
1
2
3
4
5
Nie jesteś zalogowany.
Z jajka nic się nie wykluje, a Twoja populacja dziobaków nie przetrwa po opuszczeniu strony... Zaloguj się
Aby otworzyć złote jaja, musisz posiadać Plan Premium.
Zadania z rozwiązaniami
Zadanie nr 1.
Do naczynia włożono \(0{,}50\ \text{kg}\) lodu o temperaturze \(0^\circ\text{C}\). Oblicz, ile energii trzeba dostarczyć, aby całkowicie stopić lód, nie zmieniając temperatury powstałej wody.
Przyjmij ciepło właściwe topnienia lodu:
\(c_t=334\ \text{kJ/kg}\)
📑 MODUŁY KURSU
Pełne śledzenie postępów kursu w planie Premium
© medianauka.pl, 2021-05-03, A-4048/2253
Data aktualizacji artykułu: 2026-08-17
