ĐƯỜNG CONG SƯỞI ẤM: NÓ LÀ GÌ, NÓ ĐƯỢC THỰC HIỆN NHƯ THẾ NÀO, VÍ DỤ - VẬT LÝ - 2026

Một đường cong nóng là đại diện đồ họa như thế nào nhiệt độ của một mẫu khác nhau như một hàm của thời gian, giữ hằng số áp lực và thêm nhiệt thống nhất, có nghĩa là, với một tốc độ không đổi.

Để xây dựng một biểu đồ kiểu này, các cặp giá trị của nhiệt độ và thời gian được lấy, sau đó được lập đồ thị bằng cách đặt nhiệt độ trên trục tung (tọa độ) và thời gian trên trục hoành (abscissa).

Hình 1. Đường cong đốt nóng của một chất nhận được bằng cách thêm nhiệt và đo nhiệt độ trong mỗi khoảng thời gian nhất định. Nguồn: Pixabay.

Sau đó, đường cong thích hợp nhất được lắp vào các điểm thí nghiệm này và cuối cùng thu được đồ thị của nhiệt độ T dưới dạng hàm của thời gian t: T (t).

Đường cong nhiệt là gì?

Khi bị nung nóng, một chất liên tiếp trải qua nhiều trạng thái khác nhau: từ thể rắn nó có thể trở thành thể hơi, hầu như luôn chuyển qua trạng thái lỏng. Các quá trình này được gọi là sự thay đổi trạng thái, trong đó mẫu tăng nội năng của nó trong khi nhiệt được thêm vào, như được chỉ ra bởi lý thuyết động học phân tử.

Khi thêm nhiệt vào một mẫu có hai khả năng:

- Chất tăng nhiệt độ, cho rằng các hạt của nó bị kích động với cường độ lớn hơn.

- Vật liệu đang trải qua một sự thay đổi pha, trong đó nhiệt độ không đổi. Thêm nhiệt có tác dụng làm suy yếu ở một mức độ nhất định lực giữ các hạt lại với nhau, đó là lý do tại sao nó dễ dàng chuyển từ nước đá sang nước lỏng.

Hình 2 cho thấy bốn trạng thái của vật chất: rắn, lỏng, khí và plasma, và tên của các quá trình cho phép chuyển đổi giữa chúng. Các mũi tên chỉ ra hướng của quá trình.

Hình 2. Các trạng thái của vật chất và các quá trình cần thiết để truyền giữa vật này và vật kia. Nguồn: Wikimedia Commons.

-Những thay đổi trạng thái trong một chất

Bắt đầu với một mẫu ở trạng thái rắn, khi nóng chảy nó chuyển sang trạng thái lỏng, khi hóa hơi nó chuyển thành khí và thông qua quá trình ion hóa, nó chuyển thành plasma.

Chất rắn có thể được chuyển đổi trực tiếp thành khí bằng một quá trình được gọi là thăng hoa. Có những chất dễ thăng hoa ở nhiệt độ thường. Được biết đến nhiều nhất là CO ₂ hoặc đá khô, cũng như naphthalene và iốt.

Trong khi mẫu trải qua sự thay đổi trạng thái, nhiệt độ vẫn không đổi cho đến khi nó đạt đến trạng thái mới. Điều này có nghĩa là nếu bạn có một phần nước lỏng đã đạt đến điểm sôi, thì nhiệt độ của nó sẽ không đổi cho đến khi toàn bộ nước chuyển thành hơi.

Vì lý do này, đường cong nóng lên dự kiến ​​sẽ bao gồm sự kết hợp của các phần tăng dần và các phần nằm ngang, trong đó phần sau tương ứng với sự thay đổi pha. Một trong những đường cong này được thể hiện trong Hình 3 đối với một chất nhất định.

Hình 3. Đường cong đốt nóng của một chất nhất định, với cấu hình điển hình dựa trên các bước và độ dốc.

Giải thích đường cong nhiệt

Trong các khoảng thời gian tăng trưởng ab, cd và ef, chất được tìm thấy lần lượt là rắn, lỏng và khí. Ở những vùng này, động năng tăng lên và cùng với nó là nhiệt độ.

Trong khi ở bc, nó đang chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng, do đó hai pha cùng tồn tại. Điều này xảy ra trong phần, trong đó mẫu chuyển từ chất lỏng sang chất khí. Ở đây thế năng thay đổi, và nhiệt độ không đổi.

Quy trình ngược lại cũng có thể thực hiện được, tức là, mẫu có thể được làm lạnh để áp dụng liên tiếp các trạng thái khác. Trong trường hợp này, chúng ta nói về một đường cong làm mát.

Các đường cong đốt nóng có cùng hình thức chung cho tất cả các chất, mặc dù tất nhiên không phải là các giá trị số giống nhau. Một số chất mất nhiều thời gian hơn những chất khác để thay đổi trạng thái, chúng tan chảy và hóa hơi ở các nhiệt độ khác nhau.

Những điểm này được gọi tương ứng là điểm nóng chảy và điểm sôi, và là đặc điểm của mỗi chất.

Đó là lý do tại sao các đường cong nhiệt rất hữu ích, vì chúng chỉ ra giá trị số của những nhiệt độ này đối với hàng triệu chất tồn tại dưới dạng chất rắn và chất lỏng trong phạm vi nhiệt độ được coi là bình thường và ở áp suất khí quyển.

Làm thế nào để bạn thực hiện một đường cong khởi động?

Về nguyên tắc rất đơn giản: chỉ cần cho mẫu chất vào bình chứa có gắn máy khuấy, lắp nhiệt kế và đun đều.

Đồng thời, khi bắt đầu quy trình, đồng hồ bấm giờ được kích hoạt và các cặp nhiệt độ - thời gian tương ứng được ghi nhận theo thời gian.

Nguồn nhiệt có thể là đầu đốt gas, tốc độ đốt nóng tốt, hoặc điện trở tỏa nhiệt khi đốt nóng, có thể nối với nguồn biến thiên để đạt được công suất khác nhau.

Để có độ chính xác cao hơn, có hai kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm hóa học:

- Phân tích nhiệt vi sai.

- Nhiệt lượng quét vi sai.

Họ so sánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu đang nghiên cứu và một mẫu đối chứng khác có nhiệt độ nóng chảy cao, hầu như luôn luôn là một oxit nhôm. Với những phương pháp này có thể dễ dàng tìm được điểm nóng chảy và điểm sôi.

Ví dụ (nước, sắt …)

Xét các đường cong đun nóng của nước và sắt được thể hiện trong hình. Thang đo thời gian không được hiển thị, tuy nhiên có thể phân biệt ngay nhiệt độ nóng chảy của cả hai chất tương ứng với điểm B của mỗi đồ thị: đối với nước là 0 º C, đối với sắt là 1500 º C.

Hình 4. Các đường cong cấp nhiệt cho nước và sắt.

Nước là một chất phổ quát và có thể dễ dàng đạt được phạm vi nhiệt độ cần thiết để xem sự thay đổi trạng thái của nó trong phòng thí nghiệm. Nhiệt độ cao hơn nhiều là yêu cầu đối với sắt, nhưng như đã nói ở trên, về cơ bản hình dạng của biểu đồ không thay đổi.

Làm tan băng

Khi đun nóng mẫu nước đá, theo đồ thị ta đang ở điểm A, nhiệt độ dưới 0º C. Người ta quan sát thấy nhiệt độ tăng với tốc độ không đổi cho đến khi đạt 0º C.

Các phân tử nước bên trong băng dao động với biên độ lớn hơn. Khi đạt đến nhiệt độ nóng chảy (điểm B), các phân tử đã có thể chuyển động trước mặt nhau.

Năng lượng thu được được đầu tư vào việc giảm lực hút giữa các phân tử, do đó nhiệt độ giữa B và C không đổi cho đến khi tất cả băng tan hết.

Biến nước thành hơi nước

Khi nước hoàn toàn ở trạng thái lỏng, dao động của các phân tử lại tăng lên và nhiệt độ tăng nhanh giữa C và D lên đến điểm sôi 100º C. Giữa D và E, nhiệt độ vẫn ở giá trị đó trong khi năng lượng đến đảm bảo rằng tất cả nước trong bình chứa bay hơi.

Nếu có thể chứa tất cả hơi nước trong một bình chứa, nó có thể tiếp tục đốt nóng từ điểm E đến điểm F, giới hạn của hơi nước không được thể hiện trên đồ thị.

Một mẫu sắt có thể trải qua những thay đổi tương tự. Tuy nhiên, do bản chất của vật liệu, các phạm vi nhiệt độ rất khác nhau.

Người giới thiệu

1. Atkins, P. Nguyên tắc Hóa học: Con đường khám phá. Biên tập Médica Panamericana. 219-221.
2. Chung, P. Đường cong sưởi ấm. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org.
3. Các đường cong sưởi ấm. Nhiệt nhiệt hạch và hóa hơi. Phục hồi từ: wikipremed.com.
4. Hewitt, Paul. 2012. Khoa học Vật lý Khái niệm. ngày 5. Ed. Pearson. 174-180.
5. Đại học Valladolid. Bằng cấp về Hóa học, được cấp lại từ: lodging.uva.es.