VYKUROVACIA KRIVKA: ČO TO JE, AKO SA TO ROBÍ, PRÍKLADY - FYZICKÝ - 2026

Vykurovacej krivky je grafické znázornenie, ako sa teplota vzorky sa mení ako funkcia času, udržiavanie konštantného tlaku a pridaním teplo rovnomerne, to znamená, že pri konštantnej rýchlosti.

Na zostavenie grafu tohto typu sa urobia páry hodnôt teploty a času, ktoré sa neskôr graficky znázornia umiestnením teploty na vertikálnu os (súradnica) a čas na horizontálnu os (os x).

Obrázok 1. Vykurovacia krivka látky sa získa pridaním tepla a meraním teploty v každom určitom časovom intervale. Zdroj: Pixabay.

Potom sa k týmto experimentálnym bodom pripevní najvhodnejšia krivka a nakoniec sa získa graf teploty T ako funkcia času t: T (t).

Čo je to vykurovacia krivka?

Keď je látka zahrievaná, prechádza postupne rôznymi stavmi: z pevnej látky sa môže stať parou, ktorá takmer vždy prechádza kvapalným stavom. Tieto procesy sa nazývajú zmeny stavu, pri ktorých vzorka zvyšuje svoju vnútornú energiu pri súčasnom pridávaní tepla, čo naznačuje molekulárna kinetická teória.

Pri pridávaní tepla do vzorky existujú dve možnosti:

- Látka zvyšuje svoju teplotu, pretože častice sú agitované s väčšou intenzitou.

- Materiál prechádza fázovou zmenou, pri ktorej teplota zostáva konštantná. Pridanie tepla má do istej miery za následok oslabenie síl, ktoré držia častice pohromade, čo uľahčuje napríklad prechod z ľadu na tekutú vodu.

Obrázok 2 zobrazuje štyri stavy hmoty: tuhá látka, kvapalina, plyn a plazma a názvy procesov, ktoré umožňujú prechod medzi nimi. Šípky označujú smer procesu.

Obrázok 2. Stavy hmoty a procesy potrebné na prechod medzi nimi. Zdroj: Wikimedia Commons.

- Uvádzajte zmeny v látke

Počnúc vzorkou v pevnom stave, keď sa roztopí, prechádza do kvapalného stavu, keď sa odparí, premení sa na plyn a ionizáciou sa zmení na plazmu.

Tuhá látka sa môže previesť priamo na plyn pomocou postupu známeho ako sublimácia. Existujú látky, ktoré sa ľahko sublimujú pri izbovej teplote. Najznámejší je CO ₂ , alebo suchý ľad, ako aj naftalén a jód.

Kým vzorka prechádza zmenou stavu, teplota zostáva konštantná, až kým nedosiahne nový stav. To znamená, že ak máte napríklad časť tekutej vody, ktorá dosiahla svoj bod varu, jej teplota zostáva konštantná, kým sa všetka voda nezmení na paru.

Z tohto dôvodu sa očakáva, že krivka otepľovania bude pozostávať z kombinácie zvyšujúcich sa úsekov a vodorovných úsekov, kde posledný zodpovedá fázovým zmenám. Jedna z týchto kriviek je znázornená na obrázku 3 pre danú látku.

Obrázok 3. Vykurovacia krivka danej látky s typickou konfiguráciou založenou na schodoch a svahoch.

Interpretácia vykurovacej krivky

V intervaloch rastu ab, cd a ef sa látka nachádza ako tuhá látka, kvapalina a plyn. V týchto oblastiach sa zvyšuje kinetická energia a tým aj teplota.

Zatiaľ čo v bc mení svoj stav z tuhej na kvapalnú, preto obe fázy existujú súčasne. Stáva sa to v časti, v ktorej sa vzorka mení z kvapaliny na plyn. Tu sa mení potenciálna energia a teplota zostáva konštantná.

Je tiež možný opačný postup, to znamená, že vzorka sa môže ochladiť, aby postupne prijala ďalšie stavy. V tomto prípade hovoríme o chladiacej krivke.

Vykurovacie krivky majú rovnaký všeobecný vzhľad pre všetky látky, aj keď samozrejme nie rovnaké číselné hodnoty. Zmeny niektorých látok trvajú dlhšie ako iné látky a pri rôznych teplotách sa topia a vyparujú.

Tieto body sa označujú ako teplota topenia a teplota varu a sú vlastnosťami každej látky.

Preto sú vykurovacie krivky veľmi užitočné, pretože udávajú číselnú hodnotu týchto teplôt pre milióny látok, ktoré existujú ako pevné látky a kvapaliny v rozsahu teplôt považovaných za normálne a pri atmosférickom tlaku.

Ako urobíte krivku zahrievania?

V zásade je to veľmi jednoduché: jednoducho vložte vzorku látky do nádoby vybavenej miešadlom, vložte teplomer a rovnomerne zahrievajte.

Súčasne sa na začiatku postupu aktivujú stopky a čas od času sa zaznamenajú zodpovedajúce páry teplota-čas.

Zdrojom tepla môže byť plynový horák s dobrou rýchlosťou ohrevu alebo elektrický odpor, ktorý pri zahrievaní emituje teplo, ktorý môže byť pripojený k premenlivému zdroju na dosiahnutie rôznych výkonov.

Pre väčšiu presnosť sú v chemickom laboratóriu bežne používané dve techniky:

- Diferenčná tepelná analýza.

- Diferenčná skenovacia kalorimetria.

Porovnávajú teplotný rozdiel medzi skúmanou vzorkou a inou referenčnou vzorkou s vysokou teplotou topenia, takmer vždy oxidom hlinitým. Pomocou týchto metód je ľahké nájsť body topenia a varu.

Príklady (voda, železo …)

Zohľadnite krivky zahrievania vody a železa znázornené na obrázku. Časová stupnica nie je uvedená, je však okamžite možné rozlíšiť teploty topenia oboch látok, ktoré zodpovedajú bodu B každého grafu: pre vodu 0 ° C, pre železo 1500 ° C.

Obrázok 4. Krivky zahrievania pre vodu a železo.

Voda je univerzálna látka a v laboratóriu sa dá ľahko dosiahnuť rozsah teplôt potrebných na zmenu stavu. Pre železo sú potrebné oveľa vyššie teploty, ale ako je uvedené vyššie, tvar grafu sa podstatne nemení.

Roztopenie ľadu

Keď sa vzorka ľadu zahrieva, podľa grafu sme v bode A, pri teplote pod 0 ° C. Je pozorované, že teplota stúpa konštantnou rýchlosťou až do dosiahnutia 0 ° C.

Molekuly vody v ľade vibrujú s väčšou amplitúdou. Po dosiahnutí teploty topenia (bod B) sa molekuly už môžu pohybovať pred sebou.

Energia, ktorá prichádza, sa investuje do znižovania atraktívnej sily medzi molekulami, takže teplota medzi B a C zostáva konštantná, kým sa všetok ľad neroztopí.

Premena vody na paru

Keď je voda úplne v tekutom stave, vibrácie molekúl sa znova zvyšujú a teplota sa rýchlo zvyšuje medzi C a D až do bodu varu 100 ° C. Medzi D a E teplota zostáva na tejto hodnote, zatiaľ čo energia, ktorá prichádza, zaisťuje, že všetka voda v nádobe sa odparí.

Ak môže byť všetka vodná para obsiahnutá v zásobníku, môže pokračovať v zahrievaní z bodu E do bodu F, ktorého hranica nie je na grafe znázornená.

Vzorka železa môže prejsť rovnakými zmenami. Avšak vzhľadom na povahu materiálu sú teplotné rozsahy veľmi odlišné.

Referencie

1. Atkins, P. Principy chémie: Cesty objavu. Editorial Médica Panamericana. 219-221.
2. Chung, P. Vykurovacie krivky. Obnovené z: chem.libretexts.org.
3. Vykurovacie krivky. Teplo fúzie a odparovania. Obnovené z: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuálna fyzikálna veda. 5 .. Ed. Pearson. 174-180.
5. University of Valladolid. Titul v chémii, obnovený z: accommodation.uva.es.