I.12.2. Topirea și solidificarea
Topirea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare solidă în stare lichidă, prin încălzire.
Solidificarea este fenomenul invers topirii și constă în trecerea unei substanțe din stare lichidă în stare solidă, prin răcire.
👀 Experiment: Cum se topește gheața ?
Materiale necesare:
Gheață, pahar transparent și un termometru (poate fi și de cameră).
Descrierea experimentului:
- Pune în pahar gheață de la congelator.
- Introdu termometrul în gheață .
- Agită continuu cu termometru gheața.
- Urmărește indicațiile termometrului în timp, de la apariția primei picături până la topirea completă a gheții.
- Ce observi ?
Gheața începe să se topească la 0 °C. Pe parcursul topirii (de la apariția primei picături până la topirea ultimului cristal), temperatura a rămas la 0 °C.
Legile topirii / solificării:
I. Fiecare substanță începe să se topească (să se solidifice) la o anumită temperatură, numită temperatură de topire (notată cu Tt ), care este o constantă de material (o luăm din tabel).
Temperatura de topire a unei substanțe coincide cu temperatura de solidificare (Ts).
Tt = Ts = constantă de material
🔦 Observații la legea I a topirii / solidificării
1. Temperaturile de topire ale substanțelor din tabelul cu constante de material sunt pentru presiuni normale. Pentru marea majoritate a substanțelor la creșterea presiunii, crește și temperatura de topire.
La unele substanțe (apa, fonta, bismutul) temperatura de topire scade la creșterea presiunii. Așa explicăm alunecarea frumoasă a patinatorilor pe gheață.
Presiunea mare exercitată de lamele ascuțite ale patinelor și pe care se distribuie greutatea patinatorilor, face ca gheața să se topească la o temperatură mai mică de 0 °C. De exemplu deși gheața unui patinoar artificial are -5 °C, datorită presiunii mari, aceasta se topește sub muchia patinei, unde apare o peliculă de apă, care facilitează alunecarea patinelor.
2. Există anumite substanțe numite amorfe (care nu au structură cristalină- exemple: ceara, sticla, smoala, cauciucuri, mase plastice), care nu au un punct fix de topire, ele topindu-se într-un anumit interval de temperatură.
3. În timpul topirii (respectiv a solidificării) volumul substanței se modifica astfel: majoritatea substanțelor își măresc volumul la topire și își micșorează volumul la solidificare. Excepții avem la apa, fonta și bismutul, care își măresc volumul la solidificare (aceasta este anomalia apei).
👀 Experiment: Anomalia apei
🔥 Atenție! Nu pune dopul la sticla cu apă când o introduci în congelator, întrucât apa prin dilatare își mărește
volumul și poate sparge sticla producând cioburi ce te pot accidenta!
Materiale necesare:
O sticlă, apă de la robinet, congelator.
Descrierea experimentului:
- Umple o sticlă cu apă.
- Introdu sticla în congelator, până îngheață toată apa.
- Ce observi ?
Apa înghețată a dat pe dinafară.
Concluzia experimentului:
Apa la înghețare (solidificare) și-a mărit volumul (anomalia apei).
🔦 Observație
Apa are un comportament diferit între 0 °C – 4 °C (numită anomalia apei).
În acest interval volumul ei scade, densitatea creşte (la + 4 °C, având densitatea maximă).
Deci pe fundul lacurilor există apă la + 4 °C, ce face posibilă viaţa subacvatică.
Legile topirii / solificării
II. Pe parcursul topirii unei substanțe (de la apariția primei picături până la topirea ultimului cristal) temperatura de topire rămâne constantă, dacă presiunea rămâne constantă.
Tt = constantă, la presiune constantă