Topnienie - Polski Serwis Naukowy

Topnienie lodu

Topnienie - przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.

Przemiana fazowa - topnienie

Zjawisko topnienia ściśle wiąże się ze zjawiskiem krzepnięcia. Oznaczana eksperymentalnie temperatura topnienia nie zawsze jednak odpowiada ściśle temperaturze krzepnięcia. Wynika to m.in. z wpływu zanieczyszczeń, szybkości schładzania lub ogrzewania, tworzeniem zarodków krystalizacji oraz ze zjawisk powierzchniowych i międzyfazowych.

Ciepło topnienia jest to ilość energii potrzebnej do stopienia jednostki masy danej substancji. W układzie SI jednostką ciepła topnienia jest J/kg (dżul na kilogram). Zależność ciepła pobranego przez substancję od masy substancji jest wyrażona przybliżonym, doświadczalnym wzorem:

Ciepło – w fizyce to jeden z dwóch sposobów, obok pracy, przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu. Jest to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów) w zderzeniach cząstek tworzących te układy ; oznacza formę zmian energii, nie zaś jedną z form energii .

Dla każdego idealnie czystego pierwiastka i większości związków chemicznych, przy określonym ciśnieniu można wyznaczyć jedną, ściśle określoną temperaturę topnienia, która zarazem jest też jej temperaturą krzepnięcia. Pomiary takie wykonuje się na bardzo małych próbkach i przy jak najwolniejszym tempie zmiany temperatury. Niektóre związki chemiczne nie topią się w ogóle, gdyż rozkładają się przed osiągnięciem temperatury topnienia.

Stan skupienia materii – podstawowa forma, w jakiej występuje substancja, określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

W przypadku mieszanin związków chemicznych i związków o bardzo wysokich masach cząsteczkowych (polimery, biopolimery), wyznaczanie jednej temperatury topnienia jest niewykonalne, gdyż proces ten jest dla takich substancji bardzo złożony. W przypadku polimerów, kompozytów i stopów metali bardzo często zamiast mówić o temperaturze topnienia, mówi się raczej o zakresie temperatur mięknięcia.

Krzepnięcie - proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego w stan stały. Krzepnięcie wielu substancji zachodzi w określonej temperaturze zwanej temperaturą krzepnięcia (dla wody 0 °C). W miejscu styku substancji w stanie stałym i stanie ciekłym w cieczy i w ciele stałym podczas krzepnięcia i topnienia jest taka sama temperatura zwana temperaturą topnienia. Temperatura topnienia jest podawana jako wielkość charakterystyczna dla wielu substancji. Temperatura topnienia (krzepnięcia) zależy nieznacznie od ciśnienia. Krzepnięciu towarzyszy wydzielanie ciepła co jest równoważne temu, że krzepnięcie przy stałym ciśnieniu wymaga odprowadzenia ciepła z krzepnącej substancji. Ilość ciepła wydzielanego podczas krzepnięcia wyraża się wzorem

Substancja chemiczna (substancja czysta, chemikalia (tylko l.mn.)) - , jakościowym (co do rodzaju atomów pod względem liczby atomowej i ewentualnie, co do poszczególnych rodzajów atomów w cząsteczce) i najczęściej także ilościowym (liczby atomów różnych rodzajów w cząsteczce); zbiór atomów lub cząsteczek spełniających kryterium stałości składu.

Z punktu widzenia termodynamiki topnienie jest przemianą fazową I rodzaju, co oznacza w praktyce, że nie może zachodzić bez wymiany ciepła. Procesy topnienia prowadzone pod stałym ciśnieniem mają zawsze charakter endotermiczny, co oznacza, że do ich zajścia konieczne jest dostarczenie z zewnątrz określonej porcji energii termicznej. Ilość ciepła potrzebnego do stopienia danej substancji w temperaturze topnienia jest proporcjonalna do masy tej substancji. Współczynnik proporcjonalności, tzw. ciepło topnienia, jest stały dla danej substancji.

Proces endoenergetyczny – proces fizyczny, w którym pochłaniana jest energia co obniża temperaturę układu i otoczenia (w zależności od układu termodynamicznego). Przykładem procesu endoenergetycznego jest chemiczna reakcja endoenergetyczna.

Temperatura krzepnięcia – temperatura, w której następuje zjawisko fizyczne krzepnięcia, definiowana także jako temperatura, w jakiej fazy ciekła i stała są ze sobą w równowadze. Temperatura krzepnięcia substancji może być niższa od temperatury topnienia.

Zobacz też

stany skupienia materii: ciało stałe, ciecz, gaz

inne przemiany fazowe: sublimacja, resublimacja, parowanie, wrzenie, skraplanie, krzepnięcie.