가열 곡선은 샘플의 온도가 일정한 압력을 유지하고, 일정 속도로, 즉, 균일 한 열을 추가하여 시간의 함수로서 어떻게 변화의 그래프이다.
이 유형의 그래프를 구성하기 위해 온도 및 시간 값 쌍을 취하고 나중에 온도를 세로 축 (세로)에, 시간을 가로 축 (가로)에 배치하여 그래프로 표시합니다.
그림 1. 물질의 가열 곡선은 특정 시간 간격마다 열을 추가하고 온도를 측정하여 얻습니다. 출처 : Pixabay.
그런 다음 가장 적절한 곡선이 이러한 실험 지점에 적합하고 마지막으로 시간 t : T (t)의 함수로서 온도 T의 그래프가 얻어집니다.
가열 곡선은 무엇입니까?
가열되면 물질은 연속적으로 다양한 상태를 거칩니다. 고체에서 증기가 될 수 있으며 거의 항상 액체 상태를 통과합니다. 이러한 과정을 상태 변화라고하며, 분자 운동 이론에서 알 수 있듯이 샘플은 열이 추가되는 동안 내부 에너지를 증가시킵니다.
샘플에 열을 추가 할 때 두 가지 가능성이 있습니다.
-입자가 더 강한 강도로 휘젓기 때문에 물질은 온도를 증가시킵니다.
-재료는 온도가 일정하게 유지되는 상 변화를 겪고 있습니다. 열을 추가하면 입자를 함께 묶는 힘이 어느 정도 약 해지는 효과가 있으므로 예를 들어 얼음에서 액체 물로 이동하기 쉽습니다.
그림 2는 고체, 액체, 가스 및 플라즈마의 네 가지 물질 상태와 이들 사이의 전환을 허용하는 프로세스의 이름을 보여줍니다. 화살표는 프로세스의 방향을 나타냅니다.
그림 2. 물질의 상태와 서로간에 전달하는 데 필요한 프로세스. 출처 : Wikimedia Commons.
-물질의 상태 변화
고체 상태의 샘플에서 시작하여 녹 으면 액체 상태가되고 기화되면 기체로 변하고 이온화를 통해 플라즈마로 변합니다.
고체는 승화로 알려진 공정에 의해 가스로 직접 전환 될 수 있습니다. 실온에서 쉽게 승화되는 물질이 있습니다. 가장 잘 알려진 것은 CO 2 또는 드라이 아이스, 나프탈렌 및 요오드입니다.
샘플 상태가 변경되는 동안 온도는 새로운 상태에 도달 할 때까지 일정하게 유지됩니다. 예를 들어 액체 물의 일부가 끓는점에 도달하면 모든 물이 증기로 변할 때까지 온도가 일정하게 유지됩니다.
이러한 이유로 온난화 곡선은 증가하는 부분과 수평 부분의 조합으로 구성 될 것으로 예상되며, 후자는 위상 변화에 해당합니다. 이 곡선 중 하나는 주어진 물질에 대해 그림 3에 나와 있습니다.
그림 3. 계단과 경사를 기반으로 한 일반적인 구성으로 주어진 물질의 가열 곡선.
가열 곡선의 해석
성장 간격 ab, cd 및 ef에서 물질은 각각 고체, 액체 및 기체로 발견됩니다. 이 지역에서는 운동 에너지가 증가하고 온도와 함께 증가합니다.
기원전에는 고체에서 액체로 상태가 변경되므로 두 단계가 공존합니다. 이것은 샘플이 액체에서 기체로 바뀌는 섹션에서 발생합니다. 여기서 위치 에너지는 변하고 온도는 일정하게 유지됩니다.
반대 절차도 가능합니다. 즉, 샘플을 냉각하여 다른 상태를 연속적으로 채택 할 수 있습니다. 이 경우 우리는 냉각 곡선을 말합니다.
가열 곡선은 물론 동일한 수치 값은 아니지만 모든 물질에 대해 동일한 일반적인 모양을 갖습니다. 일부 물질은 상태를 변경하는 데 다른 물질보다 오래 걸리며 서로 다른 온도에서 녹고 증발합니다.
이러한 점은 각각 녹는 점과 끓는점으로 알려져 있으며 각 물질의 특성입니다.
그렇기 때문에 가열 곡선은 정상으로 간주되는 온도 범위와 대기압에서 고체 및 액체로 존재하는 수백만 물질에 대해 이러한 온도의 수치를 나타 내기 때문에 매우 유용합니다.
워밍업 곡선은 어떻게 만드나요?
원칙적으로 매우 간단합니다. 교반기가 장착 된 용기에 물질 샘플을 넣고 온도계를 넣고 고르게 가열하면됩니다.
동시에 절차 시작시 스톱워치가 활성화되고 해당 온도-시간 쌍이 수시로 기록됩니다.
열원은 가열 속도가 좋은 가스 버너이거나 가열시 열을 방출하는 전기 저항 일 수 있으며, 다양한 전력을 얻기 위해 가변 소스에 연결할 수 있습니다.
정밀도를 높이기 위해 화학 실험실에서 널리 사용되는 두 가지 기술이 있습니다.
-차동 열 분석.
-시차 주사 열량 측정.
연구중인 샘플과 용융 온도가 높은 다른 참조 샘플 (거의 항상 산화 알루미늄) 간의 온도 차이를 비교합니다. 이러한 방법을 사용하면 녹는 점과 끓는점을 쉽게 찾을 수 있습니다.
예 (물, 철 …)
그림에 표시된 물과 철의 가열 곡선을 고려하십시오. 시간 척도는 표시되어 있지 않지만 각 그래프의 지점 B에 해당하는 두 물질의 용융 온도를 즉시 구별하는 것이 즉각적입니다. 물의 경우 0ºC, 철의 경우 1500ºC입니다.
그림 4. 물과 철의 가열 곡선.
물은 보편적 인 물질이며 상태 변화를 확인하는 데 필요한 온도 범위는 실험실에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 철에는 훨씬 더 높은 온도가 필요하지만 위에서 언급했듯이 그래프의 모양은 크게 변하지 않습니다.
얼음 녹이기
얼음 샘플을 가열 할 때 그래프에 따르면 우리는 0ºC 미만의 온도 인 지점 A에 있습니다. 온도가 0ºC에 도달 할 때까지 일정한 속도로 상승하는 것이 관찰됩니다.
얼음 안의 물 분자는 더 큰 진폭으로 진동합니다. 녹는 온도 (점 B)에 도달하면 분자는 이미 서로 앞으로 이동할 수 있습니다.
도착한 에너지는 분자 사이의 인력을 줄이는 데 투자되므로 모든 얼음이 녹을 때까지 B와 C 사이의 온도는 일정하게 유지됩니다.
물을 증기로 바꾸기
물이 완전히 액체 상태가되면 분자의 진동이 다시 증가하고 온도는 C와 D 사이에서 끓는점 100º C까지 급격히 증가합니다. D와 E 사이의 온도는 그 값으로 유지됩니다. 도착한 에너지는 용기의 모든 물이 증발하도록합니다.
모든 수증기를 용기에 담을 수 있다면 E 지점에서 F 지점까지 계속 가열 할 수 있으며 그 한계는 그래프에 표시되지 않습니다.
철 샘플도 이와 동일한 변화를 겪을 수 있습니다. 그러나 재료의 특성상 온도 범위가 매우 다릅니다.
참고 문헌
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