Praktycznie każdy widział tę samą substancję w stanie stałym, ciekłym i gazowym najpóźniej w wieku pięciu lat: Tą substancją jest woda. Poniżej pewnej temperatury (0 °C lub 32 °F) woda występuje w stanie „zamrożonym” jako ciało stałe. Pomiędzy 0 ° C a 100 ° C (32 ° F do 212 ° F), woda istnieje jako ciecz, a po przekroczeniu punktu wrzenia 100 ° C / 212 ° F, woda istnieje jako para wodna, gaz.
Inne substancje, o których możesz pomyśleć, że istnieją tylko w jednym lub innym stanie fizycznym, takie jak kawałek metalu, również mają charakterystyczne temperatury topnienia i wrzenia, które mogą być dość ekstremalne w stosunku do codziennych temperatur Ziemia.
topienie i punkty wrzenia pierwiastków, podobnie jak wiele ich cech fizycznych, zależy w dużej mierze od ich pozycji w układzie okresowym pierwiastków, a zatem od ich liczby atomowej. Ale jest to luźna zależność, a inne informacje, które możesz zebrać z układu okresowego pierwiastków, pomagają określić temperaturę topnienia danego pierwiastka.
Zmiany stanu w świecie nauk fizycznych
Kiedy ciało stałe przechodzi z bardzo zimnej temperatury do wyższej, jej cząsteczki stopniowo nabierają większej energii kinetycznej. Kiedy cząsteczki w ciele stałym osiągają wystarczającą średnią energię kinetyczną, substancja staje się ciecz, w której substancja może swobodnie zmieniać kształt zgodnie z pojemnikiem, a także powaga. Ciecz się stopiła. (Przejście w drugą stronę, z cieczy do ciała stałego, nazywa się zamrażaniem.)
W stanie ciekłym cząsteczki mogą „prześlizgiwać się” obok siebie i nie są nieruchome, ale brakuje im energii kinetycznej, aby uciec do środowiska. Jednak gdy temperatura stanie się wystarczająco wysoka, cząsteczki mogą uciec i oddalić się od siebie, a substancja jest teraz gazem. Dopiero zderzenia ze ściankami pojemnika, jeśli występują, oraz ze sobą nawzajem ograniczają ruch cząsteczek gazu.
Co wpływa na temperaturę topnienia elementu lub cząsteczki?
Większość ciał stałych przyjmuje postać na poziomie molekularnym zwaną krystaliczną substancją stałą, utworzoną z powtarzającego się układu cząsteczek unieruchomionych w celu utworzenia sieci krystalicznej. Centralne jądra zaangażowanych atomów pozostają rozmieszczone w stałej odległości od siebie w geometrycznym wzorze, takim jak sześcian. Gdy do jednolitego ciała stałego zostanie dodana wystarczająca ilość energii, przezwycięża to energię „unieruchamiającą” atomy w miejscu i mogą się swobodnie poruszać.
Na temperaturę topnienia poszczególnych pierwiastków składa się wiele czynników, tak że ich położenie w układzie okresowym jest jedynie przybliżoną wskazówką, należy również wziąć pod uwagę inne kwestie. Ostatecznie powinieneś zapoznać się z tabelą podobną do tej w Zasobie.
Promień atomowy i temperatura topnienia
Możesz zapytać, czy większe atomy mają z natury wyższe temperatury topnienia, być może trudniej je rozbić, ponieważ jest w nich więcej materii. W rzeczywistości trend ten nie jest obserwowany, gdyż przeważają inne aspekty poszczególnych elementów.
Promienie atomowe atomów mają tendencję do zwiększania się z jednego rzędu do następnego, ale maleją na całej długości rzędu. Tymczasem punkty topnienia rosną w rzędach do jednego punktu, a następnie gwałtownie spadają w niektórych punktach. Węgiel (liczba atomowa 6) i krzem (14) mogą stosunkowo łatwo tworzyć cztery wiązania, ale atomy wyżej na stole nie mogą i w rezultacie mają znacznie niższe temperatury topnienia.
Czy istnieje trend temperatury wrzenia w układzie okresowym?
Istnieje również przybliżony związek między liczbą atomową a temperaturą wrzenia pierwiastków, przy czym „przeskakuje” do niższych punktów wrzenia w rzędach, po czym następuje wzrost w mniej więcej tym samym czasie miejsca. Warto jednak zauważyć, że temperatury wrzenia gazów szlachetnych w skrajnej prawej kolumnie (okres 18) są niewiele wyższe niż ich temperatury topnienia. Na przykład neon istnieje jako ciecz tylko w temperaturze od 25°C do 27°C!