Zmena skupenstva látok

Ked má sústava v rovnovážnom stave vo všetkých castiach rovnaké fyzikálne a chemické vlastnosti, napr. rovnakú hustotu, štruktúru, rovnaké chemické zloženie, nazýva sa fáza. Prechod látky z jednej fázy do druhej sa volá fázová premena.

Topenie a tuhnutie

Ked zohrievame teleso z kryštalickej látky, zvyšuje sa jeho teplota a po dosiahnutí teploty topenia tt sa premiena na kvapalinu s tou istou teplotou - topí sa. Ked sa teleso z kryštalickej látky s hmotnostou m a s teplotou topenia premení na kvapalinu s tou istou teplotou, príjme skupenské teplo topenia Lt. Pre telesá z rozlicných látok tej istej hmotnosti je táto velicina rôzna. Preto zavádzame velicinu merné skupenské teplo topenia lt, definované vztahom: lt = Lt / m [ lt ] = J.kg-1

Ked kvapalinu, ktorá vznikla topením kryštalickej látky, ochladzujeme, mení sa pri teplote tuhnutia (rovnajúcej sa teplote topenia), na pevné teleso - tuhne. Pritom odovzdá svojmu okoliu skupenské teplo tuhnutia rovnajúce sa Lt.

Pevné amorfné látky pri zohrievaní postupne mäknú, až sa premenia na kvapalinu. Preto nemajú stálu teplotu topenia.

Ked kryštalická látka prijíma teplo, zväcšuje sa stredná kinetická energia kmitavého pohybu castíc. Castice zväcšujú rozkmity, cím sa zväcšuje aj stredná vzdialenost medzi nimi. V dôsledku toho sa zväcšuje aj stredná potenciálna energia castíc. Ked látka dosiahne teplotu topenia, nadobúdajú rozkmity castíc také hodnoty, že sa narušuje väzba medzi casticami mriežky; mriežka sa zacne rozpadávat, látka sa topí. V rozlicných kryštalických látkach sú väzbové sily medzi casticami rozlicne velké. Preto každá kryštalická látka sa zacne topit pri danom vonkajšom tlaku, pri celkom urcitej teplote. Hoci kryštalická látka pri topení prijíma skupenské teplo, nemení sa stredná kinetická energia castíc, a tým ani teplota látky. Zväcšuje sa však stredná potenciálna energia castíc. To znací, že pri teplote topenia je vnútorná energia roztaveného telesa väcšia, ako vnútorná energia toho istého telesa v kryštalickom stave pri rovnakej teplote. Ked sa všetka látka roztopí a prijíma dalšie teplo, opät sa zväcšuje stredná kinetická energia castíc a preto sa teplota kvapaliny zvyšuje.

Ked kvapalina, ktorá vznikla topením kryštalickej látky, odovzdáva teplo chladnejším telesám, ktorú je obklopujú, zmenší sa stredná kinetická energia castíc, a tým aj teplota látky. Ak dosiahne teplotu tuhnutia, zacnú sa v kvapaline vplyvom väzbových síl tvorit kryštalizacné jadrá, tzv. zárodky.

Krivka topenia Pri skúmaní závislosti teploty topenia kryštalickej látky od vonkajšieho tlaku sa zistilo, že pri väcšine látok sa pri zvýšenom tlaku zvyšuje aj teplota topenia. Niektoré látky, napr. lad, antimón, bizmut a niektoré zliatiny, naopak zvýšením vonkajšieho tlaku majú teplotu topenia nižšiu, ako mali pred zvýšením tlaku. Grafické znázornenie závislosti teploty topenia od tlaku sa volá krivka topenia.

Na obrázku A je táto krivka znázornená pre tuhé látky typu olovo, na obrázku B pre látky typu lad H2O. Každý bod krivky topenia znázornuje tiež rovnovážny stav tuhej a kvapalnej fázy istej látky. Napríklad pri normálnom tlaku a teplote 0°C sú v rovnovážnom stave voda a lad. Krivka topenia zacína v bode A, ktorému zodpovedá najmenší možný tlak, pri ktorom sú ešte kvapalina a tuhá látka v rovnováhe. Kedže teploty topenia rôznych látok závisia od tlaku, udávajú sa v tabulkách pri normálnom tlaku a nazývajú sa normálne teploty topenia.

Látky, pri ktorých sa so zvyšujúcich tlakom zvyšuje teplota topenia, svoj objem pri topení zväcšujú a pri tuhnutí zmenšujú. Látky, ktoré pri zvýšení tlaku svoju teplotu topenia znižujú, svoj objem pri topení zmenšujú a pri tuhnutí zväcšujú.

Sublimácia

Premena látky z pevného skupenstva priamo na plynné skupenstvo sa volá sublimácia. Opacný dej je desublimácia. Pri normálnom tlaku sublimuje napr. jód, gáfor, naftalín, tuhý oxid uhlicitý, lad alebo sneh. Rovnako všetky vonajúce alebo páchnuce pevné látky sublimujú. Príkladom desublimácie je vznik drobných kryštálikov jódu z jódových pár.

Merné skupenské teplo sublimácie ls, je definované vztahom ls= Ls / m, kde Ls je skupenské teplo sublimácie prijaté látkou s hmotnostou m na jej sublimáciu pri danej teplote. Merné skupenské teplo sublimácie závisí od teploty, pri ktorej látka sublimuje. Ked je sublimujúca látka s dostatocnou hmotnostou v uzavretej nádobe, sublimuje tak dlho, až sa medzi pevnou fázou a parou utvorí rovnovážny stav. Vzniknutá para sa nazýva nasýtená para. Ked je teplota konštantná, pomer hmotnosti plynného a pevného skupenstva zostáva konštantný a tlak nasýtenej pary vzniknutý sublimáciou sa nemení.