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.
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 temperatur ă, 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).
🔥 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).
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 / solidificării
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