固体から液体への転移。物質の集合状態の変化

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注意！スライドプレビューは情報提供のみを目的としており、プレゼンテーションのすべての機能を表しているわけではありません。この作品に興味があれば、ぜひ完全版をダウンロードしてください。

目標:物体の融解と結晶化、融解温度と結晶化の概念の形成。得た知識を応用して簡単な問題を解決する能力を開発し、生徒の視野を広げ、主題への関心を育み、総合的に発達した人格を育てます。

必要な機器:教師のワークステーション、8 年生向けのシリルとメトディウスからの物理の授業、氷、ろうそく、マッチ。

説明:学生の回答は本文中で斜体で示されています。

レッスンプラン：

整理の時間。
新しい教材を学ぶ。
統合。
宿題。
レッスンのまとめ。

授業中

1. 組織の瞬間

– 今日のレッスンでは、物質のさまざまな状態について話し、どのような条件下で物質がある状態または別の状態になり得るか、物質をある状態から別の状態に変えるには何をする必要があるかを調べます。

2. 新しい教材を学ぶ

– 写真を見てみましょう (スライド 2)。彼らの共通点は何だと思いますか?

– 写真は、固体、液体、気体の 3 つの異なる状態にある水を示しています。

- 右。水に限らず、あらゆる物質には 3 つの状態があります。これらの状態は何と呼ばれますか?

–

– 物質はある状態から別の状態に変化する可能性がありますか? たとえば、氷を水に変えることは可能でしょうか？

– はい。

- これを行う方法？

– 加熱する必要があります。

-ほぼその通りです。氷に一定量の熱を与えると言ったほうが正しいでしょう。では、熱量はどれくらいでしょうか？

– 熱量は、熱伝達の過程で物体が受け取るか放出するエネルギーです。

– 内部エネルギーとは何ですか?

– 内部エネルギーは、体を構成する粒子の運動と相互作用のエネルギーです。

- 実験をしてみましょう。皿の上に 1 つの氷を残し、それに何が起こるかを見て、キャンドルから 2 番目の氷にある程度の熱を伝えてみましょう。どの氷がより早く水に変わりますか?その理由は何ですか?

– 2 番目のケースでは、2 番目の氷が環境から最初の氷よりもキャンドルからより多くの熱を受け取るため、氷が水に変化するプロセスがより速く起こります。

- 右。これは、より多くのエネルギーを与えられた氷片がより早く水に変わることを意味します。

– 教科書で調べてください (p. 31) 物質が固体から液体に変化するプロセスの名前は何ですか?

プロセス 物質が固体から液体に変化することを融解といいます (スライド 3)

- これが私たちのレッスンのテーマです。ノートに書いてみましょう - 溶けていく身体。

– 断片を使用して溶解プロセスを見てみましょう (8 年生のシリルとメトディウスからの物理の授業)。あなたの仕事は、このプロセス中に温度が変化するかどうかに気づくことです。

– 溶解プロセス中に温度は変化しません。

- 右。教科書 (p. 32) で、物質が液体から固体に変化する過程の名前を調べてください。

物質が液体から固体状態に変化することを固化または結晶化といいます (スライド 4)

– このプロセスをフラグメントを使って考えてみましょう (8 年生のシリルとメトディウスによる電子物理学の授業)。硬化プロセス中に温度は変化しましたか?

– 硬化プロセス中に温度は変化しませんでした。

– 溶融と凝固の過程では、物質の温度は変化しないことを思い出してください。次のレッスンで、なぜこれが起こるのかを見ていきます。

– 溶けるプロセスを開始するには、本体が特定の温度に達している必要があります。彼女の名前は何ですか？

物質が溶ける温度を融点といいます。

- 右！これは、融点がそれを超えると物質が固体状態で存在できなくなる温度であることを意味します。融点表から氷の融点を求めます。

– 0に等しい○ と。

– 水は何度くらいの温度で固まりますか?

– 水も0で固まる○ と。

- 右。これは、物質が溶ける温度と同じ温度で凝固することを意味します。
グラフ (スライド 5) を使用して、氷が固体状態から液体状態に移行するプロセスを検討します (Peryshkin A.V.、p. 33)。
氷の温度が-20℃になった瞬間から観察を開始しました。さらに加熱すると、氷の温度は0℃になるまで上昇しました。この瞬間、氷が溶け始め、その温度が上昇しました。増加が止まりました。融解時間全体を通じて、エネルギーは氷に供給され続けましたが、氷の温度は変化しませんでした。
20℃に達すると、物質にエネルギーが与えられなくなり、水は冷え始め、0℃になると水の結晶化のプロセスが始まります。硬化時間全体を通じて、物質の温度は再び変化しませんでした。グラフから、融解温度が結晶化温度に等しいことも明らかです。

3. 統合

1. グラフ (スライド 6) は、鉛が加熱および冷却されるときに温度が時間の経過とともにどのように変化するかを示しています。グラフの各セクションはどの状態に対応しますか?

AB、BC – 固体、CD – 溶融、
DE、EF – 液体状態、FG – 結晶化、GH – 固体状態。

2. 実験では、アルミニウム、鉄、銅、亜鉛、鋼、銀、金を別々に 1000℃まで加熱しました (スライド 7、8)。これらの金属は、示された温度でどのような状態 (液体または固体) でしたか?

3. 写真 (スライド 2) は、固体、液体、気体の 3 つの異なる状態にある水を示しています。

– これらの状態は何と呼ばれますか?

– それらは集合状態と呼ばれます。

– 物質はある状態から別の状態に変化する可能性がありますか?
はい。固体の分子にエネルギーを伝達することにより、物質を固体から液体、液体から気体に移行させることができます。気体分子からエネルギーを奪えば、液体が得られ、そこから固体が得られます。

4. – -10℃の温度で採取した氷を加熱し始めます。温度はどうなりますか?

– 氷の温度が上がります。

– 氷の温度が 0℃ に達しました。氷が溶け始めます。彼の体温はどうなっているのでしょうか？

– 溶解プロセス全体が終了するまで、温度の変化は止まります。

– 氷は完全に水に変わりました。加熱プロセスは継続します。温度は変わりますか？どうやって？

– また水温が上がってきているのでしょうか？

5. 結晶化の際、物質の温度は変化しますか?

あらゆる物体は、特定の温度と圧力において、固体、液体、気体、プラズマ状態など、さまざまな凝集状態になる可能性があります。

ある凝集状態から別の凝集状態への移行は、外部からの物体の加熱が冷却よりも速く起こる条件下で起こります。逆に、外部からの体の冷却が、内部エネルギーによる体の加熱よりも早く起こる場合も同様です。

別の凝集状態に移行するとき、物質は同じままで、同じ分子が残り、それらの相対的な配置、移動速度、相互作用の力だけが変化します。

それらの。物体の粒子の内部エネルギーが変化すると、状態のある段階から別の段階に変化します。また、この状態は外部環境の広い温度範囲において維持することができる。

凝集状態を変化させる際には、ある程度のエネルギーが必要となります。そして移行の過程では、エネルギーは体温の変化ではなく、体の内部エネルギーの変化に費やされます。

ある凝集状態から別の凝集状態への移行中に身体に供給される熱量 Q に対する体温 T (一定圧力における) の依存性をグラフに表示してみましょう。

質量のある物体を考える メートル、ある温度では固体状態です T1.

身体は、ある状態から別の状態にすぐには移行しません。まず、内部エネルギーを変化させるにはエネルギーが必要であり、これには時間がかかります。転移速度は物体の質量とその熱容量によって異なります。

体を温め始めましょう。数式を使用すると、次のように記述できます。

Q = c⋅m⋅(T 2 -T 1)

温度 T1 から T2 まで加熱するには、身体は非常に多くの熱を吸収する必要があります。

固体から液体への転移

さらに、物体ごとに異なる臨界温度 T2 になると、分子間結合が破壊され始め、物体は別の凝集状態、つまり液体、つまり液体に移行します。分子間の結合が弱まり、分子はより大きな振幅、より大きな速度、より大きな運動エネルギーで動き始めます。したがって、同じ物体の液体状態の温度は固体状態の温度よりも高くなります。

体全体が固体から液体の状態に移行するには、内部エネルギーが蓄積されるのに時間がかかります。このとき、すべてのエネルギーは体を加熱するために使われるのではなく、古い分子間結合を破壊し、新しい分子間結合を作成するために使われます。必要なエネルギー量:

λ - 物質の融解および結晶化の比熱 (J/kg)。物質ごとに異なります。

物体全体が液体状態になった後、この液体は次の式に従って再び加熱され始めます。 Q = c⋅m⋅(T-T 2); [J]。

物体の液体状態から気体状態への遷移

新しい臨界温度 T 3 に達すると、液体から蒸気への新しい移行プロセスが始まります。液体から蒸気にさらに移動するには、エネルギーを消費する必要があります。

r は物質のガス形成と凝縮の比熱 (J/kg) であり、物質ごとに異なります。

液相を経由せずに、固体状態から気体状態への遷移が可能であることに注意してください。このプロセスはと呼ばれます昇華、その逆のプロセスは 昇華解除.

物体の気体状態からプラズマ状態への遷移

プラズマ- 正電荷と負電荷の密度がほぼ等しい、部分的または完全にイオン化したガス。

プラズマは通常、数千℃以上の高温で発生します。形成方法に基づいて、ガスが高温に加熱されるときに発生する熱プラズマと、ガス環境での放電中に形成されるガスプラズマの 2 種類のプラズマが区別されます。

このプロセスは非常に複雑ですが、説明は簡単ですが、日常の状況では達成できません。したがって、この問題については詳しく説明しません。

私たちは固体の表面で生きています- 地球、固体から作られた構造物、- 家々。私たちの体は約65％が水分ですが（脳は80％）、固体でもあります。工具や機械も固体から作られています。固体の性質を知ることは非常に重要です。

で§2.6 結晶固体の分子構造を簡単に説明しました。ここで、それらの特性と構造を詳しく見てみましょう。

クリスタル

砂糖、塩、硫酸銅、ナフタレンなどの粒子を虫眼鏡や顕微鏡で観察すると、磨かれたような平らな端によって境界が定められていることがわかります。このような自然な面の存在は、その物質が結晶状態にあることを示しています。結晶* は、自然の平らなエッジによって境界が定められた、特定の幾何学的形状の本体です。

*ギリシャ語のクリスタロスから - 文字通り：氷。

単結晶および多結晶体

一つの結晶体であるものを単結晶といいます。

図 8.1 は大きな石英の単結晶 (ロッククリスタル) を示しています。小さな粒のグラニュー糖も単結晶です。細心の注意を払うことで、大きなサイズの金属単結晶を成長させることが可能です。

ほとんどの結晶体は、ランダムに配置され融合した多数の小さな結晶で構成されています。このような物体は多結晶体と呼ばれます。すべての金属と鉱物は多結晶です。砂糖も多結晶体です。

結晶の形と大きさ

異なる物質の結晶は異なる形状を持っています。図 8.2 は結晶を示しています: 岩塩 1, ベリル 2, ダイヤモンド 3、手榴弾 4, 石英 5, トルマリン 6, エメラルド 7 と方解石 8。奇妙な形の雪の結晶 (図 8.3) を形成する氷の結晶の種類の 1 つは、正六角柱 (図 8.4) です。

結晶の大きさも様々です。結晶の中には大きくて肉眼で簡単に見えるものもあれば、非常に小さいため顕微鏡でしか見ることができないものもあります。

多結晶結晶のサイズは時間の経過とともに変化する可能性があります。このようにして、鉄と鋼の小さな結晶が大きな結晶に変わります。この移行は衝撃やショックによって加速されます。鉄道のレール、車の車軸、鋼橋などで常に発生し、時間の経過とともにこれらの構造物の強度が低下します。

ポリモーフィズム

結晶状態では同じ化学組成を持つ多くの物体が、条件に応じて 2 つ以上の種類 (変種) で存在することがあります。この性質をポリモーフィズム（多形性）といいます。たとえば、氷には、研究室で得られる最大 10 個の異なる修飾が施されています。自然界では、1 つの種だけが見つかります (図 8.4 を参照)。

炭素の多形性はテクノロジーにとって特に重要です。炭素はグラファイトとダイヤモンドという 2 つの修飾で結晶化します。グラファイトはマットな黒色の柔らかい素材です。例えば、鉛筆の芯はそれから作られます。ダイヤモンドはグラファイトとは全く異なります。透明で非常に硬い結晶です。約 150 °C の温度（真空中で加熱した場合）で、ダイヤモンドはグラファイトに変わります。グラファイトをダイヤモンドに変えるには、1010 Paの圧力下で2000℃まで加熱する必要があります。現在、人造ダイヤモンドの工業生産はマスターされています。人造ダイヤモンドはさまざまな切削工具に広く使用されています。

「三重点」とは何ですか?またその座標を決定する方法は何ですか? 実験により、それぞれの物質には、蒸気、液体、結晶が任意の長時間にわたって同時に共存できる条件 (圧力と温度) があることが示されています。たとえば、氷が浮いている水を密閉容器の中にゼロ度で入れると、水と氷の両方が蒸発して自由空間になります。ただし、蒸気圧は0.006気圧です。（これは空気によって生成される圧力を考慮しない「独自の」圧力です）および温度が0.01°Cになると、蒸気の質量の増加は止まります。この瞬間から、氷、水、蒸気はその質量を無限に保持します。これが水の三重点です（左図）。左の領域に水や水蒸気を入れると氷になります。「下部領域」に液体や固体を加えると蒸気が発生します。右側の領域では、水が凝結し、氷が溶けます。

同様の図は、どのような物質についても作成できます。このような図の目的は、どのような圧力およびどのような温度で物質はどのような状態で安定するのかという質問に答えることです。例えば、右の図は二酸化炭素の場合です。この物質の三重点の「圧力」座標は 5.11 atm、つまり通常の大気圧よりも大幅に大きくなります。したがって、通常の条件（圧力 1 気圧）では、「三重点より下」の遷移、つまり固体から気体への独立した変換のみを観察できます。 1 気圧の圧力では、これは -78 °C の温度で発生します (三重点の下の点線を参照)。

私たちは皆、「通常の状態」の値に「近い」、つまり主に 1 気圧に近い圧力で生活しています。したがって、大気圧が三重点に対応する圧力より低い場合、物体が加熱されても液体は見えず、固体はすぐに蒸気に変わります。これはまさに「ドライアイス」の動作であり、アイスクリーム販売者にとっては非常に便利です。アイスクリームブリケットは「ドライアイス」のかけらと重ねることができ、アイスクリームが濡れることを心配する必要はありません。三重点に対応する圧力が大気圧より低い場合、その物質は「溶融」として分類されます。温度が上昇すると、最初に液体になり、次に沸騰します。

ご覧のとおり、物質の集合体変態の特徴は、圧力と温度の現在の値が圧力-温度図上の「三重点」の座標にどのように関係するかに直接依存します。

最後に、通常の条件下では常に昇華する、あなたが知っている物質の名前を挙げてみましょう。これはヨウ素、黒鉛、「ドライアイス」です。通常とは異なる圧力や温度では、これらの物質は液体、さらには沸騰状態でも観察できます。

固体の状態
液体状態
気体の状態
物質の状態の変化

化学の勉強は重要です。「物質」とは何でしょうか？ 物質とは質量と体積を持つあらゆるものです。物質は、次の 3 つの凝集状態のいずれかになります。 固体、液体、気体.

1.固体状態

固体内の粒子 (分子) は結合されて堅い繰り返し構造になります - 結晶格子。結晶格子内の粒子は、平衡中心の周りで小さな振動を受けます。固体には、形状そして音量.

2.液体状態

固体とは異なり、液体には特定の形状はありませんが、体積があります。これは、液体では固体よりも粒子間の距離が遠くなり、より活発に動くという事実によって説明されます。

液体中の粒子は固体よりも密度が低く、結晶格子を形成できないため、液体は特定の形状を持ちません。

3. 気体の状態

気体では、粒子は液体よりもさらに遠くに位置します。さらに、粒子は常に混沌とした（無秩序な）運動をしています。したがって、ガスは供給された体積を均一に満たす傾向があります (したがって、ガスは特定の形状を持たないという事実があります)。

4. 物質の状態の変化

簡単な例を取り上げて、水の状態が変化するプロセスを追ってみましょう。

固体状態では、水は氷です。氷の温度は 0℃ 未満です。加熱すると氷が溶け始め、水に変わります。これは、結晶格子内にある氷の粒子が加熱されると動き始め、その結果格子が破壊されるという事実によって説明されます。物質が溶ける温度を温度といいます 「融点」物質。水の融点は0℃です。

なお、氷が完全に溶けるまでは氷の温度は0℃になります。

物質の相変化中、温度は一定に保たれます

氷が完全に水になったら加熱を続けます。水温が上昇し、熱の影響で粒子の動きがますます加速します。これは、水が次の状態変化点に達するまで起こります。沸騰.

この瞬間は、水の粒子の結合が完全に壊れ、動きが自由になるときに起こります。つまり、水が蒸気に変わります。

物質が液体から気体状態に変化する過程をといいます。沸騰

液体が沸騰する温度をといいます。 "沸点".

沸点は圧力に依存することに注意してください。常圧（760 mm Hg）では、水の沸点は 100 ℃です。

溶解と同様に、水が完全に蒸気になるまで、温度は一定に保たれます。

要約します。加熱の結果、水のさまざまな相状態が得られました。

氷→水→蒸気または N 2 0 (t) → N 2 0 (g) → N 2 0 (g)

水蒸気を冷却し始めるとどうなるでしょうか? 水中で相変化の逆のプロセスが起こることを推測するのに「優等生」である必要はありません。

蒸気→水→氷

物質によっては、液相を経由せずに固体状態から直接気体状態に変化するものもあります。このプロセスはと呼ばれます昇華または昇華。これは、たとえば「ドライアイス」（二酸化窒素 CO 2 ）の挙動です。加熱すると、水滴は見えなくなり、「ドライアイス」が目の前で蒸発するように見えます。

昇華（物質が気体状態から固体状態に変化すること）の逆のプロセスを昇華といいます。 昇華解除.

固体から液体への転移。 物質の集合状態の変化