VÄRMEKURVA: VAD ÄR DET, HUR GÖRS DET, EXEMPEL - FYSISK - 2025

En värmekurva är den grafiska bilden av hur temperaturen hos ett prov varierar som en funktion av tiden, håller trycket konstant och tillför värme enhetligt, det vill säga i en konstant hastighet.

För att konstruera en graf av denna typ tas par av temperatur- och tidsvärden, som senare diagramas genom att placera temperaturen på den vertikala axeln (ordinat) och tiden på den horisontella axeln (abscissa).

Figur 1. Uppvärmningskurvan för ett ämne erhålls genom att tillsätta värme och mäta temperaturen varje visst tidsintervall. Källa: Pixabay.

Sedan anpassas den mest lämpliga kurvan till dessa experimentpunkterna och slutligen erhålles en graf över temperaturen T som en funktion av tiden t: T (t).

Vad är värmekurvan?

När det upphettas går ett ämne genom olika tillstånd i följd: från att vara ett fast ämne kan det bli en ånga, som nästan alltid passerar genom det flytande tillståndet. Dessa processer kallas tillståndsförändringar, där provet ökar sin inre energi medan värme tillförs, vilket indikeras av molekylär kinetisk teori.

När du lägger till värme till ett prov finns det två möjligheter:

- Ämnet ökar temperaturen med tanke på att dess partiklar omrörs med större intensitet.

- Materialet genomgår en fasändring där temperaturen förblir konstant. Tillsats av värme har effekten att försvagas i viss utsträckning krafterna som håller partiklarna samman, vilket gör det lätt att till exempel gå från is till flytande vatten.

Figur 2 visar de fyra tillstånden av materia: fast, vätska, gas och plasma och namnen på processerna som möjliggör övergången mellan dem. Pilarna anger processens riktning.

Bild 2. Tillstånden för materia och processer som krävs för att passera mellan det ena och det andra. Källa: Wikimedia Commons.

-Statförändringar i ett ämne

Börjar med ett prov i fast tillstånd, när det smälter går det till ett flytande tillstånd, när det förångas förvandlas det till en gas och genom jonisering förvandlas det till plasma.

Det fasta ämnet kan omvandlas direkt till en gas genom ett förfarande som kallas sublimering. Det finns ämnen som lätt sublimerar vid rumstemperatur. Det mest kända är CO ₂ eller torris samt naftalen och jod.

Medan provet genomgår en förändring av tillståndet förblir temperaturen konstant tills den når det nya tillståndet. Det betyder att om du till exempel har en del flytande vatten som har nått kokpunkten, förblir temperaturen konstant tills allt vatten har förvandlats till ånga.

Av denna anledning förväntas uppvärmningskurvan bestå av en kombination av ökande sektioner och horisontella sektioner, där det senare motsvarar fasförändringar. En av dessa kurvor visas i figur 3 för en given substans.

Figur 3. En värmekurva för ett givet ämne, med den typiska konfigurationen baserad på steg och sluttningar.

Tolkning av värmekurvan

I tillväxtintervallerna ab, cd och ef hittas ämnet som ett fast ämne, vätska respektive gas. I dessa regioner ökar den kinetiska energin och med den temperaturen.

Medan det i bc förändrar sitt tillstånd från fast till vätska, existerar därför de två faserna. Detta händer i det avsnitt där provet byter från vätska till gas. Här förändras den potentiella energin och temperaturen förblir konstant.

Det omvända förfarandet är också möjligt, det vill säga provet kan kylas för att successivt anta andra tillstånd. I det här fallet talar vi om en svalningskurva.

Värmekurvorna har samma allmänna utseende för alla ämnen, även om det naturligtvis inte är samma numeriska värden. Vissa ämnen tar längre tid än andra för att ändra tillstånd, och de smälter och förångas vid olika temperaturer.

Dessa punkter är kända respektive smältpunkt och kokpunkt och är egenskaper hos varje substans.

Det är därför värmekurvorna är mycket användbara eftersom de indikerar det numeriska värdet på dessa temperaturer för miljontals ämnen som finns som fasta ämnen och vätskor inom det temperaturområde som anses vara normalt och vid atmosfärstryck.

Hur gör du en uppvärmningskurva?

I princip är det mycket enkelt: Placera helt enkelt ett prov av ämnet i en behållare utrustad med en omrörare, sätt in en termometer och värm jämnt.

Samtidigt, i början av proceduren, aktiveras ett stoppur och motsvarande temperatur-tidspar noteras från tid till annan.

Värmekällan kan vara en gasbrännare, med en god uppvärmningshastighet, eller ett elektriskt motstånd som avger värme vid uppvärmning, som kan anslutas till en variabel källa för att uppnå olika krafter.

För större precision finns det två tekniker som används allmänt i kemilaboratoriet:

- Differential termisk analys.

- Differentialsökningskalorimetri.

De jämför temperaturskillnaden mellan provet som studeras och ett annat referensprov med en hög smälttemperatur, nästan alltid en aluminiumoxid. Med dessa metoder är det lätt att hitta smält- och kokpunkterna.

Exempel (vatten, järn …)

Tänk på värmekurvorna för vatten och järn som visas i figuren. Tidsskalan visas inte, men det är omedelbart att skilja smälttemperaturerna för båda ämnen som motsvarar punkt B i varje graf: för vatten 0 ºC, för järn 1500 ºC.

Bild 4. Värmekurvor för vatten och järn.

Vatten är ett universellt ämne och det temperaturintervall som krävs för att se dess tillståndsförändringar är lätt att uppnå på laboratoriet. Mycket högre temperaturer krävs för järn, men som nämnts ovan förändras inte grafens form väsentligt.

Smält isen

Vid uppvärmning av isprovet, enligt grafen, är vi vid punkt A, vid en temperatur under 0 ° C. Det observeras att temperaturen ökar med konstant hastighet tills den når 0 ° C.

Vattenmolekylerna i isen vibrerar med större amplitud. När smälttemperaturen (punkt B) har nåtts kan molekylerna redan röra sig framför varandra.

Energin som anländer investeras i att minska den attraktiva kraften mellan molekylerna, så att temperaturen mellan B och C förblir konstant tills all isen har smält.

Förvandla vatten till ånga

När vattnet är helt i flytande tillstånd ökar molekylernas vibration igen och temperaturen ökar snabbt mellan C och D upp till kokpunkten 100 ° C. Mellan D och E förblir temperaturen vid det värdet medan energin som kommer säkerställer att allt vatten i behållaren förångas.

Om all vattenånga kan finnas i en behållare, kan den fortsätta värma från punkt E till punkt F, vars gräns inte visas i diagrammet.

Ett järnprov kan genomgå samma förändringar. Med tanke på materialets natur är temperaturintervallen emellertid mycket olika.

referenser

1. Atkins, P. Principles of Chemistry: The Paths of Discovery. Redaktör Médica Panamericana. 219-221.
2. Chung, P. Värmekurvor. Återställd från: chem.libretexts.org.
3. Värmekurvor. Fusionsvärme och förångning. Återställd från: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuell fysisk vetenskap. 5:e. Ed Pearson. 174-180.
5. University of Valladolid. Examen i kemi, återvunnet från: logi.uva.es.