Curva di riscaldamento cosa è, come è, esempi

UN Curva di riscaldamento È la rappresentazione grafica di come la temperatura di un campione varia in funzione del tempo, mantenendo la pressione costante e aggiungendo il calore uniformemente, cioè a una velocità costante.

Per creare un tale grafico, vengono prese coppie di valori di temperatura e tempo, che successivamente sono graficamente la temperatura sull'asse verticale (ordinato) e il tempo sull'asse orizzontale (Ascissa).

Figura 1. La curva di riscaldamento di una sostanza si ottiene aggiungendo calore e misurando la temperatura ogni determinato intervallo di tempo. Fonte: Pixabay.

Quindi viene regolata la curva più appropriata per questi punti sperimentali e infine viene ottenuto un grafico della temperatura T in funzione del tempo t: t (t).

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Qual è la curva di riscaldamento?

Mentre si riscalda, una sostanza sta attraversando stati successivamente diversi: essere solidi può vapore, quasi sempre attraverso lo stato liquido. Questi processi sono chiamati cambiamenti di stato, in cui il campione aumenta la sua energia interna aggiungendo calore, come indicato dalla teoria cinetica molecolare.

Aggiungendo calore a un campione ci sono due possibilità:

- La sostanza aumenta la sua temperatura, in vista del fatto che le sue particelle sono agitate con maggiore intensità.

- Il materiale sta attraversando un cambiamento di fase, in cui la temperatura rimane costante. Aggiungere il calore ha l'effetto di indebolimento in una certa misura le forze che mantengono le particelle coesive, quindi è facile passare dal ghiaccio all'acqua liquida, ad esempio.

La Figura 2 mostra i quattro stati della materia: solido, liquido, gas e plasma e i nomi dei processi che consentono la transizione tra loro. Le frecce indicano il significato del processo.

figura 2. Gli stati del soggetto e dei processi necessari per passare tra l'uno e l'altro. Fonte: Wikimedia Commons.

-Cambiamenti di stato in una sostanza

A partire da un campione a stato solido, quando lo scioglimento passa allo stato liquido, poiché viene vaporizzato, diventa gas e attraverso la ionizzazione diventa plasma.

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Il solido può diventare direttamente gas attraverso il processo noto come sublimazione. Ci sono sostanze che facilmente sublimano a temperatura ambiente. Il più noto è CO₂ o ghiaccio secco, così come naftalene e iodio.

Mentre il campione attraversa un cambio di stato, la temperatura rimane costante fino a raggiungere il nuovo stato. Ciò significa che se ad esempio c'è una porzione di acqua liquida che ha raggiunto il suo punto di ebollizione, la sua temperatura rimane costante fino a quando tutta l'acqua è diventata vapore.

Per questo motivo, la curva di riscaldamento dovrebbe essere composta da una combinazione di sezioni in crescita e sezioni orizzontali, in cui questi ultimi corrispondono alla fase cambia. La Figura 3 mostra una di queste curve per una determinata sostanza.

Figura 3. Una curva di riscaldamento di una determinata sostanza, con la configurazione tipica basata su passaggi e pendenze.

Interpretazione della curva di riscaldamento

A intervalli di crescita Ab, CD E Ef La sostanza si trova rispettivamente come solido, liquido e gas. In queste regioni l'energia cinetica aumenta e con essa la temperatura.

nel frattempo a AVANTI CRISTO Il suo stato dal solido al liquido sta cambiando, quindi le due fasi coesistono. Questo è il caso della sezione Di, in cui il campione passa dal fluido del gas. Qui sta cambiando l'energia potenziale e la temperatura rimane costante.

La procedura inversa è anche possibile, cioè il campione può essere raffreddato in modo da adottare successivamente altri stati. In questo caso si parla curva di raffreddamento.

Le curve di riscaldamento hanno lo stesso aspetto generale per tutte le sostanze, sebbene ovviamente non siano gli stessi valori numerici. Alcune sostanze richiedono più tempo di altre per cambiare lo stato e si scioglie e vaporizzano a temperature diverse.

Questi punti sono noti rispettivamente come punto di fusione e punto di ebollizione e sono caratteristiche di ciascuna sostanza.

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Ecco perché le curve di riscaldamento sono molto utili, poiché indicano il valore numerico di queste temperature per milioni di sostanze che esistono come solidi e liquidi nell'intervallo di temperature considerate normali e alla pressione atmosferica.

Come viene fatta una curva di riscaldamento?

In linea di principio è molto semplice: è sufficiente posizionare un campione di sostanza in un contenitore dotato di un agitatore, introdurre uniformemente un termometro e un calore.

Allo stesso tempo, all'inizio della procedura viene attivato un cronometro e vengono annotate le coppie del tempo di temperatura corrispondenti.

La fonte di calore può essere un gas più leggero, con una buona velocità di riscaldamento o una resistenza elettrica che quando il calore emette calore, che può connettersi a una fonte variabile per ottenere poteri diversi.

Per una maggiore precisione ci sono due tecniche ampiamente utilizzate nel laboratorio di chimica:

- Analisi termica differenziale.

- Calorimetria a spazzatura differenziale.

Confrontano la differenza di temperatura tra il campione in studio e un altro campione di riferimento con un'alta temperatura di fusione, quasi sempre un ossido di alluminio. Questi metodi cercano di trovare facilmente punti di fusione e di ebollizione.

Esempi (acqua, ferro ...)

Considera le curve di riscaldamento per acqua e ferro mostrati nella figura. La scala temporale non è mostrata, tuttavia è immediata.

Figura 4. Curve di riscaldamento dell'acqua e del ferro.

L'acqua è una sostanza universale e l'intervallo di temperatura necessario per vedere i suoi cambiamenti statali è facile da raggiungere in laboratorio. Per il ferro, sono necessarie temperature molto più elevate, ma come indicato sopra, la forma del grafico non cambia sostanzialmente.

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Ghiaccio che si scioglie

Quando si riscuote il campione di ghiaccio, secondo il grafico siamo al punto A, a una temperatura inferiore a 0º C.  Si osserva che la temperatura aumenta a una velocità costante fino a quando non raggiunge 0º.

Le molecole d'acqua all'interno del ghiaccio vibrano più ampiezza. Una volta raggiunta la temperatura di fusione (punto B), le molecole possono già muoversi davanti a un'altra.

L'energia che arriva è investita nel ridurre la forza di attrazione tra le molecole, quindi la temperatura tra B e C rimane costante a tutto il ghiaccio si è sciolta.

Trasformare l'acqua in vapore

Una volta che l'acqua è totalmente in uno stato liquido, la vibrazione delle molecole aumenta di nuovo e la temperatura aumenta rapidamente tra C e D fino al punto di ebollizione di 100º C. Tra D ed E la temperatura rimane in quel valore mentre l'energia che arriva è responsabile di tutta l'acqua nel contenitore evaporare.

Se tutto il vapore acqueo è contenuto in un contenitore, può essere continuato dal punto E al punto F, il cui limite non è mostrato nella grafica.

Un campione di ferro può attraversare questi stessi cambiamenti. Tuttavia, data la natura del materiale, gli intervalli di temperatura sono molto diversi.

Riferimenti

1. Atkins, p. Principi di chimica: i percorsi della scoperta. Pan -American Medical Editoriale. 219-221.
2. Chung, p. Curve di riscaldamento. Recuperato da: Chem.Librettexts.org.
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