График плавления и отвердевания кристаллических тел. Объяснение процессов плавления и отвердевания на основе знаний о молекулярном строении вещества

Тема: «График плавления и отвердевания кристаллических тел. Объяснение процессов плавления и отвердевания на основе знаний о молекулярном строении вещества.»

Цель урока: научить учащихся понимать суть таких тепловых явлений, как плавление и кристаллизация; изучить особенности в поведении вещества при переходе из твердого состояния в жидкое и обратно; объяснить график плавления и отвердевания, объяснить процессы плавления и отвердевания на основе о молекулярном строении вещества.

Развивающая: продолжить формирование положительных мотивов учения, развивать самостоятельность при выполнении и наблюдении эксперимента, научить применять полученные знания на практике.

Воспитательная: продолжить формирование мировоззрения на примере тепловых процессов, показать причинно – следственные связи, показать значимость знаний и умений на примере разбора качественных задач.

Ход урока.

I.  Организационный момент (1-2 минуты).

II.  Актуализация опорных знаний. Повторение изученного.

Фронтальный опрос.

1. В каких агрегатных состояниях может находиться одно и тоже вещество?

2. Какое практическое значение имеют явления перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое?

3. Чем определяется то или иное агрегатное состояние вещества?

4. Каковы особенности молекулярного строения газов, жидкостей и твердых тел?

5. Может ли вещество находиться одновременно в трех агрегатных состояниях.

6.  Как изменяется скорость молекул вещества при переходе из жидкого состояния в твердое?

7. Что происходит с твердым телом при получении энергии?

Если вещество в твердом состоянии будет получать энергию — оно будет нагреваться. При этом с определенной температуры начинает происходить процесс плавления — тело переходит из твердого состояния в жидкое.

8. Что происходит с жидкостью когда она отдает энергию?

Если же жидкость будет отдавать энергию, то с определенной температуры начнется процесс отвердевания (кристаллизации). Жидкость перейдет в твердое состояние.

III Изучение нового

Процесс плавления кристаллического тела довольно сложный. Для того чтобы более детально его изучить, мы рассмотрим график зависимости температуры твердого тела от времени его последовательного нагревания и охлаждения.

В качестве кристаллического тела будем рассматривать лёд. График плавления льда и отвердевания воды изображен на рисунке 1. Здесь по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной — температура льда. Для нагревания льда использовалась обычная горелка.

Рисунок 1. График зависимости температуры льда от времени нагревания

Разберем каждый участок графика.

1. Точка A Это наша начальная точка, начало наблюдения за процессом. Здесь температура льда была равна −40°C

2. Участок AB. Идет нагревание льда, его температура увеличивается с −40°C- до 0°

3. Точка B. Достигнув температуры 0°, лед начинает плавится. Это его температура плавления. 

4. Участок BC. Лед плавится, но его температура в это время не увеличивается. Процессу плавления соответствует именно этот участок графика.

5. Отметим, что в течение всего времени плавления температура льда не меняется, хотя мы продолжаем его нагревать

6. Точка C. В этот момент весь лед расплавился и превратился в воду

7. Участок CD. На этом участке графика идет нагревание воды до +40°C

8. Точка D. Вода имеет температуру +40°C. В этот момент мы выключаем горелку

9. Участок DE. Температура воды снижается, она охлаждается

10. Точка E. Температуры воды достигает 0°C. Начинается ее отвердевание (кристаллизация)

11. Участок EF. На этом участке графика идет процесс отвердевания (кристаллизации) воды.

12. Пока вся вода не затвердеет, ее температура не изменится

13. Точка F. В этот момент вся вода превратится в лёд

14. Участок FK. Температура льда понижается

В твердом состоянии молекулы и атомы находятся в узлах решетки, совершая непрерывные колебания вблизи фиксированного положения. Такие колебания не нарушают кристаллическую структуру. Прочность решетки обеспечивается межмолекулярными связями. В процессе нагрева тела происходит передача тепловой энергии, которая преобразуется во внутреннюю энергию молекул, увеличивая их скорость и частоту колебаний. При достижении некоторого критического значения температуры T_пл (температуры плавления) происходит разрыв межмолекулярных связей, молекулы покидают свои места, что приводит к изменению формы тела, которое начинает переходить в жидкое состояние.

Итак, плавлением называется процесс перехода из твердого состояния в жидкое.

Н аблюдения показывают, что если расплавленное вещество охладить, то при достижении температуры T_отв (температура отвердевания) начинается обратный процесс перехода из жидкого состояния в твердое. Этот фазовый переход называется отвердеванием или кристаллизацией. Экспериментально доказано, что для кристаллических тел T_пл = T_отв. “Горячие” молекулы”, при охлаждении теряют скорость и отдают тепло в окружающую среду. Внутренняя энергия уменьшается, частицы под воздействием сил молекулярного взаимодействия начинают “занимать” постоянные места, восстанавливая структуру решетки.

Процессы плавления и отвердевания происходят не скачкообразно, а постепенно, так, что одновременно могут соседствовать твердая и жидкая компоненты. Эксперименты показывают, что до окончания плавления (или отвердевания) всей массы вещества, его температура остается постоянной. При отвердевании ровно такое же количество тепла будет возвращено в окружающую среду.

Металлы, температура плавления которых больше 1650⁰С, называют тугоплавкими. Например, температура плавления вольфрама равна 3370⁰С. Поэтому из него делают долговечные нити накаливания для ламп. Тугоплавкие металлы и их сплавы незаменимы в ракетостроении, атомной энергетике, металлургии, космической технике — везде, где необходимы высокие жаропрочные свойства.

Некоторые вещества при нагревании минуют стадию плавления и сразу испаряются. Такой процесс называют сублимацией или возгонкой. Примером такого вещества может служить кристаллический йод. Обратный переход из газообразного состояния, проходящий без образования жидкой фазы, называется десублимацией. Примерами таких переходов служат образование кристаллов йода из паров йода и выпадение инея и снежинок из водяных паров воздуха.

Рис. 3. Образование узоров инея на стекле.

Итак, мы узнали, что плавление и отвердевание кристаллических тел происходит при одинаковых температурах. В процессе плавления и отвердевания температура вещества остается постоянной. Удельной теплотой плавления λ называется величина, равная количеству тепла, которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, для полного превращения его в жидкое состояние.

IV. Закрепление изученного ( решение качественных задач).

1.  Температура газовой горелки 5000 С. Посудой из какого материалов можно пользоваться? (Из материалов, температура плавления которых выше 5000 С).

2.  Какой металл расплавится в ладони? (Цезий)

3.  Вы – главный конструктор аппарата для полета к Солнцу. Температура фотосферы Солнца 60000С. Из каких материалов можно сделать аппарат? (Таких материалов нет).

4.  Почему лед не сразу тает в комнате, если его занести с мороза? (Лед должен нагреться до температуры плавления, а для этого нужно время).

5.  Какие материалы можно расплавить в алюминиевой кастрюле? ( материалы, температура плавления которых меньше 6580 С температуры плавления алюминия).

6.  Закрепление темы урока с использованием графика плавления и отвердевания (использование компьютера).

V. Итог урока.

Подведение итогов урока.

Выставление оценок за работу.

VI. Домашнее задание: §14-15,Упр. 12,Стр. 47.

Творческое задание: найти интересные факты о самой низкой температуре и самой высокой температуре, о влиянии температуры на погодные условия и явления природы.

VII. Рефлексия.

Литературно-художественный материал - притча. Шёл мудрец, а навстречу ему три человека, которые везли под горячим солнцем тележки с камнями для строительства. Мудрец остановился и задал каждому по вопросу. У первого спросил: «Что ты делал целый день?» И тот ответил, что целый день возил эти проклятые камни. У второго мудрец спросил: «А что ты делал целый день?», и тот ответил: «Я добросовестно выполнял свою работу». А третий, услышав вопрос, улыбнулся, радостно ответив: «А я принимал участие в строительстве храма!»

- Ребята! Давайте мы попробуем с вами оценить каждый свою работу за урок.

- Кто работал так, как первый человек?

(Поднимают руки или красные кружочки.)

- Кто работал добросовестно?

(Поднимают руки или жёлтые кружочки.)

- Кто принимал участие в строительстве храма?

(Поднимают руки или зелёные кружочки.)