[讲解]熔点、沸点、凝固点与压强的关系原因分析

[讲解]熔点、沸点、凝固点与压强的关系原因分析 熔点、沸点、凝固点与压强的关系原因分析 一、熔点、沸点、凝固点 1、凝固点 凝固点是晶体物质凝固时的温度，不同晶体具有不同的凝固点。在一定压强下，任何晶体的凝固点，与其熔点相同。同一种晶体，凝固点与压强有关。凝固时体积膨胀的晶体，凝固点随压强的增大而降低;凝固时体积缩小的晶体，凝固点随压强的增大而升高。在凝固过程中，液体转变为固体，同时放出热量。所以物质的温度高于熔点时将处于液态;低于熔点时，就处于固态。非晶体物质则无凝固点。 液-固共存温度浓度越高，凝固点越低，液体变为固体的过程叫凝固 2、沸点 饱和蒸汽压:在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压。 沸点:在一定压力下，某物质的饱和蒸汽压与此压力相等时对应的温度。沸腾是在一定温度下液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象。 液体沸腾时候的温度被称为沸点。 浓度高，沸点高，不同液体的沸点是不同的， 几种不同液体的沸点/摄氏度(在大气压下) 液态铁:2750 液态铅:1740 水银(汞):357 亚麻仁油:287 食用油:约250 萘:218 煤油:150 甲苯:111 水:100 酒精:78 乙醚:35 液态氨:-33 液态氧:-183 液态氮:-196 液态氢:-253 液态氦:-268.9 所谓沸点是针对不同的液态物质沸腾时的温度。 液体开始沸腾时的温度。沸点随外界压力变化而改变，压力低，沸点也低。 沸点:液体发生沸腾时的温度;即物质由液态转变为气态的温度。当液体沸腾时，在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压强相等，气泡才有可能长大并上升，所以，沸点也就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度。液体的沸点跟外部压强有关。当液体所受的压强增大时，它的沸点升高;压强减小时;沸点降低。例如，蒸汽锅炉里的蒸汽压强，约有几十个大气压，锅炉里的水的沸点可在200?以上。又如，在高山上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。这是由于大气压随地势的升高而降低，水的沸点也随高度的升高而逐浙下降。(在海拔1900米处，大气压约为79800帕(600毫米汞柱)，水的沸点是93.5?)。 在相同的大气压下，液体不同沸点亦不相同。这是因为饱和汽压和液体种类有关。在一定的温度下，各种液体的饱和汽压亦一定。例如，乙醚在20?时饱和气压为5865.2帕(44厘米汞柱)低于大气压，温度稍有升高，使乙醚的饱和汽压与大气压强相等，将乙醚加热到35?即可沸腾。液体中若含有杂质，则对液体的沸点亦有影响。液体中含有溶质后它的沸点要比纯净的液体高，这是由于存在溶质后，液体分子之间的引力增加了，液体不易汽化，饱和汽压也较小。要使饱和汽压与大气压相同，必须提高沸点。不同液体在同一外界压强下，沸点不同。沸点随压强而变化的关系可由克劳修斯。 3、熔点(melting point) 熔点是固体将其物态由固态转变(熔化)为液态的温度。进行相反动作(即由液态转为固态)的温度，称之为凝固点。与沸点不同的是，熔点受压力的影响很小。 晶体融化时的温度叫做熔点。物质有晶体和非晶体,晶体有熔点,而非晶体则没有熔点。晶体又因类型不同而熔点也不同.一般来说晶体熔点从高到低为,原子晶体>离子晶体>金属晶体>分子晶体。在分子晶体中又有比较特殊的,如水,氨气等.它们的分子只间因为含有氢键而不符合"同主组元素的氢化物熔点规律性变化''的规律。 熔点是一种物质的一个物理性质。物质的熔点并不是固定不变的，有两个因素对熔点影响很大。一是压强，平时所说的物质的熔点，通常是指一个大气压时的情况;如果压强变化，熔点也要发生变化。熔点随压强的变化有两种不同的情况(对于大多数物质，熔化过程是体积变大的过程，当压强增大时，这些物质的熔点要升高;对于像水这样的物质，与大多数物质不同，冰熔化成水的过程体积要缩小(金属铋、锑等也是如此)，当压强增大时冰的熔点要降低。另一个就是物质中的杂质，我们平时所说的物质的熔点，通常是指纯净的物质。但在现实生活中，大部分的物质都是含有其它的物质的，比如在纯净的液态物质中熔有少量其他物质，或称为杂质，即使数量很少，物质的熔点也会有很大的变化，例如水中熔有盐，熔点就会明显下降，海水就是熔有盐的水，海水冬天结冰的温度比河水低，就是这个原因。饱和食盐水的熔点可下降到约-220?，北方的城市在冬天下大雪时，常常往公路的积雪上撒盐，只要这时的温度高于-22?，足够的盐总可以使冰雪熔化，这也是一个利用熔点在日常生活中的应用。 熔点实质上是该物质固、液两相可以共存并处于平衡的温度,以冰熔化成水为例,在一个大气压下冰的熔点是0?,而温度为0?时,冰和水可以共存,如果与外界没有热交换,冰和水共存的状态可以长期保持稳定。在各种晶体中粒子之间相互作用力不同,因而熔点各不相同。同一种晶体,熔点与压强有关,一般取在1大气压下物质的熔点为正常熔点。在一定压强下,晶体物质的熔点和凝固点都相同。熔解时体积膨胀的物质,在压强增加时熔点就要升高。 在有机化学领域中，对于纯粹的有机化合物，一般都有固定熔点。即在一定压力下，固-液两相之间的变化都是非常敏锐的，初熔至全熔的温度不超过0.5~1?(熔点范围或称熔距、熔程)。但如混有杂质则其熔点下降，且熔距也较长。因此熔点测定是辨认物质本性的基本手段，也是纯度测定的重要方法之一。 测定方法一般用毛细管法和微量熔点测定法 。在实际应用中我们都是利用专业的测熔点仪来对一种物质进行测定。(右图就是一台显微图像熔点仪) 钨(W)是熔点最高的金属，在2000?-2500?高温下，蒸汽压仍很低。钨的硬度大，密度高，高温强度好。 下面是几种物质的熔点/摄氏度(在标准大气压下) 碳 3550 钨 3410 铂 1769 铁 1535 钢 1515 灰铸铁 1177 铜 1083 金 1064 铝 660 铅 328 锡 232 萘 80.5 硫代硫酸钠 48 水(冰) 0 固态水银 -39 固态甲苯 -95 固态酒精 -117 固态氮 -210 固态氧 -218 固态氢 -259 物质的熔点，即在一定压力下，纯物质的固态和液态呈平衡时的温度，也就是说在该压力和熔点温度下，纯物质呈固态的化学势和呈液态的化学势相等，而对于分散度极大的纯物质固态体系(纳米体系)来说，表面部分不能忽视，其化学势则不仅是温度和压力的函数，而且还与固体颗粒的粒径有关. 二影响熔点、沸点的因素 1、影响熔点的因素 熔点，实质上是该物质固、液两相可以共存并处于平衡的温度。以冰熔化成水为例，在一个大气压下冰的熔点是0?，而温度为0?时，冰和水可以共存，如果与外界没有热交换，冰和水共存的状态可以长期保持稳定。 物质的熔点并不是固定不变的，有两个因素对熔点影响很大。 ? 压强。平时所说的物质的熔点，通常是指一个大气压时的情况;如果压强变化，熔点也要发生变化。熔点随压强的变化有两种不同的情况。对于大多数物质，熔化过程是体积变大的过程，当压强增大时，这些物质的熔点要升高;对于像水这样的物质，与大多数物质不同，冰熔化成水的过程体积要缩小 (金属铋、锑等也是如此) ，当压强增大时冰的熔点要降低。 如下两图中OL称为固液两相平衡曲线，又称为熔化曲线。该曲线的左方表示固相稳定存在的区域，右方一定的区域是液相稳定存在的区域，而线上的任一点，都代表固液两相平衡共存的状态。OL线表示了该物质的熔点随压强变化的规律。两图中OL线的斜率都很陡，说明物质的熔点随压强的变化很小。例如冰的熔点，每增加一个大气压，熔点才下降0.0075?，而要使冰的熔点下降1?，则必须使压强增加1.75×107Pa ，约为大气压的170倍。 ? 溶有杂质。以上讨论的都是纯净的液态物质，如果液体中溶有少量其他物质，或称为杂质，即使数量很少，物质的熔点也会有很大的变化。例如水中溶有盐，熔点(固液两相共存并平衡的温度)就会明显下降，海水就是溶有盐的水，海水冬天结冰的温度比河水低，就是这个原因。饱和食盐水的熔点可下降到约-22?，北方的城市在冬天下大雪时，常常往公路的积雪上撒盐，只要这时的温度高于-22?，足够的盐总可以使冰雪熔化。合金又称为固态溶液，因为合金在液态时也可以看作是一种金属溶于另一种金属之中的溶液，因此合金的熔点比单质金属熔点要低，而且比组成合金的每一种金属的熔点都低。例如锡的熔点是232?，铅的熔点是327?，按一定比例组成的铅锡合金的熔点则只有170?，而由铋、锡、铅、镉组成的合金的熔点可降低到70?，常用来制作保险丝、焊丝等。 2、压强与沸点的关系 以水为例子，水的液化和气化有下列平衡H20(l)=可逆=H2O(g) 实验证明在此平衡中水蒸气对水面是有压力，这种压力被成为蒸气压，蒸气压越大水越难以气化，所以开放体系中的水可以自然蒸发掉(水蒸气不断减少会导致蒸气压降低)，而钢瓶中水在水蒸气达到一定量时液态水和气态水达到平衡哪一边既不会增加也不会减少，而水达到沸点(100摄氏度)沸腾时则是分子动能增加到使蒸气压(1标准大气压)不足以压制液水成为气态水而造成的(注意此体系是开放的，开放的体系中液水的表面也存在上述平衡只是正反应进行的程度打些而已;另外温度越高蒸气压越大，只有当时的蒸气压小于当时温度的临界蒸气压的值才不会沸腾)。 蒸气压不仅可以靠该物质的气体提供，还可以通过外界加压而提高，一旦提高则意味液水要成为气体变难水蒸气变为液水更易，因为水分子要由液水跃到空中成为气态水迫于其它水蒸气撞击难以跃入空中所以需要提高液水的分子动能也就是加热，这样导致压力越大，液水越难气化，于是有压强越大，沸点越高。 三、解释现象 滑冰为什么要穿冰鞋呢,冰鞋上的冰刀的刃口很窄，普通冰刀的刀刃只有2mm宽，花样冰刀的刀刃也不过4mm宽，刀的前面呈弯月形，中央凹进一些。因此，冰刀与冰面的接触面积非常小。人对地面的压力是一定的，穿上冰鞋，冰面的受力面积减小了，它受到的压强会大大地增大，一个质量为50kg的人穿上冰鞋，他对冰面的压强高达几百乃至上千个标准大气压。这有什么好处呢,冰的熔化有一个特点:当它受到的压强增大时，熔点将会降低，一般每增加一个标准大气压，冰的熔点大约降低0.0075?。这样使零度以下的冰在冰刀的作用下熔化成水。冰刀下面薄薄的一层水可以起到润滑作用，它减小了冰刀与冰面之间的摩擦，使人们能在冰面上飞跑，或者表演许多优美的运动。 雪球会越滚越大，常常被人们解释为:雪球是依靠黏附力的作用，在滚动过程中把地上的雪粘在一起而造成的。实际情况并不完全如此，在严寒的冬天，雪球和地上的雪片本身都 不潮湿，它们之间没有多大的黏附作用。那么雪球越滚越大的主要原因到底是什么呢, 原来，冰雪只有在标准大气压条件下，才会在0?开始熔化。科学实验证明，当冰受到的压强增大，它的熔点就会相应降低。当压强增大到标准大气压的135倍时，冰雪在,1?时就可以熔化。正是由于冰雪的这种物理特性，导致了雪球在滚动过程中越滚越大。 当我们一开始把疏松的雪捏紧时，加大了雪片之间的压力，雪的熔点下降，在室外低于0?的条件下，雪也会熔化为水。但是，一旦取消这种压力，水在低于0?的温度下，又会重新结冰。这样，将手中的雪一捏一松、一捏一松，雪片就捏成了一个雪球。当雪球在地面上滚动时，被雪球压着的雪片也会先熔化，再结冰，并黏附在雪球上。这样随着雪球的滚动，在雪球经过的地面上，雪片就越来越多地黏附在雪球上，雪球就越滚越大了。