- Isıtma eğrisi nedir?
- -Bir maddede durum değişiklikleri
- Isıtma eğrisinin yorumlanması
- Nasıl bir ısınma eğrisi oluşturursunuz?
- Örnekler (su, demir ...)
- Buzu eritmek
- Suyu buhara dönüştürmek
- Referanslar
Bir ısıtma eğrisi , bir numunenin sıcaklığının zamanın bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğinin grafiksel gösterimidir, basıncı sabit tutar ve ısıyı eşit şekilde, yani sabit bir oranda ekler.
Bu tipte bir grafik oluşturmak için, sıcaklık ve zaman değerleri çiftleri alınır, bunlar daha sonra sıcaklık dikey eksene (ordinat) ve zaman yatay eksene (apsis) yerleştirilerek grafiğe dönüştürülür.
Şekil 1. Bir maddenin ısıtma eğrisi, her belirli zaman aralığında ısı eklenerek ve sıcaklık ölçülerek elde edilir. Kaynak: Pixabay.
Daha sonra bu deneysel noktalara en uygun eğri yerleştirilir ve son olarak t: T (t) zamanının bir fonksiyonu olarak T sıcaklığının bir grafiği elde edilir.
Isıtma eğrisi nedir?
Bir madde ısıtıldığında arka arkaya çeşitli durumlardan geçer: katı olmaktan buhar haline gelebilir, neredeyse her zaman sıvı halden geçer. Bu süreçlere, moleküler kinetik teori ile gösterildiği gibi, ısı eklendiğinde numunenin iç enerjisini arttırdığı durum değişiklikleri denir.
Bir numuneye ısı eklerken iki olasılık vardır:
- Parçacıkların daha büyük yoğunlukta çalkalanması nedeniyle madde sıcaklığını artırır.
- Malzeme, sıcaklığın sabit kaldığı bir faz değişiminden geçiyor. Isı eklemek, parçacıkları bir arada tutan kuvvetleri bir dereceye kadar zayıflatma etkisine sahiptir, bu yüzden örneğin buzdan sıvı suya geçmek kolaydır.
Şekil 2 maddenin dört durumunu gösterir: katı, sıvı, gaz ve plazma ve bunlar arasında geçişe izin veren işlemlerin isimleri. Oklar, işlemin yönünü gösterir.
Şekil 2. Maddenin halleri ve biri ile diğeri arasında geçiş için gerekli süreçler. Kaynak: Wikimedia Commons.
-Bir maddede durum değişiklikleri
Katı haldeki bir numuneden başlayarak eridiğinde sıvı hale geçer, buharlaştığında gaza, iyonlaşma ile plazmaya dönüşür.
Katı, süblimasyon olarak bilinen bir işlemle doğrudan bir gaza dönüştürülebilir. Oda sıcaklığında kolayca süblimleşen maddeler var. Bilinen en iyi CO 2 ya da kuru buz, hem de naftalin ve iyot.
Numune bir durum değişikliğine uğrarken, yeni duruma ulaşana kadar sıcaklık sabit kalır. Bu, örneğin, kaynama noktasına ulaşmış bir sıvı su kısmına sahipseniz, tüm su buhara dönüşene kadar sıcaklığının sabit kaldığı anlamına gelir.
Bu nedenle, ısınma eğrisinin, artan bölümler ve yatay bölümlerin bir kombinasyonundan oluşması beklenir, burada ikincisi faz değişikliklerine karşılık gelir. Bu eğrilerden biri, belirli bir madde için Şekil 3'te gösterilmektedir.
Şekil 3. Basamaklara ve eğimlere dayanan tipik konfigürasyonla, belirli bir maddenin ısıtma eğrisi.
Isıtma eğrisinin yorumlanması
Ab, cd ve ef büyüme aralıklarında madde sırasıyla katı, sıvı ve gaz olarak bulunur. Bu bölgelerde kinetik enerji ve bununla birlikte sıcaklık artar.
M.Ö.'de halini katıdan sıvıya değiştirirken, bu nedenle iki faz bir arada var olur. Bu, numunenin sıvıdan gaza dönüştüğü bölümde olur. Burada potansiyel enerji değişiyor ve sıcaklık sabit kalıyor.
Ters prosedür de mümkündür, yani numune, diğer durumları arka arkaya almak için soğutulabilir. Bu durumda bir soğuma eğrisinden bahsediyoruz.
Isıtma eğrileri, tüm maddeler için aynı genel görünüme sahiptir, ancak elbette aynı sayısal değerler değildir. Bazı maddelerin durum değiştirmesi diğerlerinden daha uzun sürer ve farklı sıcaklıklarda erir ve buharlaşır.
Bu noktalar sırasıyla erime noktası ve kaynama noktası olarak bilinir ve her bir maddenin özellikleridir.
Bu nedenle ısıtma eğrileri, normal kabul edilen sıcaklık aralığında ve atmosfer basıncında katılar ve sıvılar olarak bulunan milyonlarca madde için bu sıcaklıkların sayısal değerini gösterdikleri için çok kullanışlıdır.
Nasıl bir ısınma eğrisi oluşturursunuz?
Prensip olarak, çok basittir: bir karıştırıcı ile donatılmış bir kaba bir madde numunesi koyun, bir termometre yerleştirin ve eşit şekilde ısıtın.
Eş zamanlı olarak, prosedürün başlangıcında, bir kronometre etkinleştirilir ve ilgili sıcaklık-zaman çiftleri zaman zaman not edilir.
Isı kaynağı, iyi bir ısıtma oranına sahip bir gaz brülörü veya ısıtıldığında ısı yayan bir elektrik direnci olabilir ve farklı güçler elde etmek için değişken bir kaynağa bağlanabilir.
Daha fazla hassasiyet için kimya laboratuvarında yaygın olarak kullanılan iki teknik vardır:
- Diferansiyel termal analiz.
- Diferansiyel tarama kalorimetrisi.
İncelenen numune ile yüksek erime sıcaklığına sahip başka bir referans numune arasındaki sıcaklık farkını, neredeyse her zaman bir alüminyum oksitle karşılaştırırlar. Bu yöntemlerle erime ve kaynama noktalarını bulmak kolaydır.
Örnekler (su, demir …)
Şekilde gösterilen su ve ütü için ısıtma eğrilerini göz önünde bulundurun. Zaman ölçeği gösterilmemiştir, ancak her grafiğin B noktasına karşılık gelen her iki maddenin erime sıcaklıklarını hemen ayırt etmek mümkündür: su için 0 C, demir için 1500 º C.
Şekil 4. Su ve demir için ısıtma eğrileri.
Su evrensel bir maddedir ve halindeki değişiklikleri görmek için gerekli sıcaklık aralığına laboratuvarda ulaşmak kolaydır. Demir için çok daha yüksek sıcaklıklar gereklidir, ancak yukarıda belirtildiği gibi, grafiğin şekli önemli ölçüde değişmez.
Buzu eritmek
Buz örneğini ısıtırken grafiğe göre 0ºC'nin altındaki bir sıcaklıkta A noktasındayız.Sıcaklığın 0 reachingC'ye kadar sabit bir oranda arttığı gözlenmektedir.
Buzun içindeki su molekülleri daha büyük bir genlikle titreşir. Erime sıcaklığına (B noktası) ulaşıldığında, moleküller zaten birbirlerinin önünde hareket edebilirler.
Gelen enerji, moleküller arasındaki çekici kuvveti azaltmak için harcanır, böylece B ve C arasındaki sıcaklık, tüm buz eriyene kadar sabit kalır.
Suyu buhara dönüştürmek
Su tamamen sıvı hale geldiğinde, moleküllerin titreşimi tekrar artar ve sıcaklık C ile D arasında 100º C'lik kaynama noktasına kadar hızla artar. D ile E arasında sıcaklık bu değerde kalır. gelen enerji, kaptaki tüm suyun buharlaşmasını sağlar.
Tüm su buharı bir kapta tutulabiliyorsa, E noktasından F noktasına kadar ısıtmaya devam edebilir, bunun sınırı grafikte gösterilmez.
Bir demir numunesi aynı değişikliklerden geçebilir. Bununla birlikte, malzemenin doğası göz önüne alındığında, sıcaklık aralıkları çok farklıdır.
Referanslar
- Atkins, P. Kimyanın İlkeleri: Keşif Yolları. Editoryal Médica Panamericana. 219-221.
- Chung, P. Isıtma eğrileri. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı.
- Isıtma eğrileri. Füzyon ve Buharlaşma Isısı. Kurtarıldı: wikipremed.com.
- Hewitt, Paul. 2012. Kavramsal Fiziksel Bilimler. 5. Ed. Pearson. 174-180.
- Valladolid Üniversitesi. Kimya Derecesi, Alınan: pansiyon.uva.es.