เกิดอะไรขึ้นกับอุณหภูมิของน้ำแข็งเมื่อละลาย?

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• การเปลี่ยนแปลงเฟสกินพลังงาน
• ความสมดุลมีอยู่ที่จุดหลอมเหลว
• เพิ่มความร้อนมากขึ้นหรือความดันบางส่วน

หากอุณหภูมิโดยรอบชิ้นส่วนของน้ำแข็งเพิ่มขึ้นอุณหภูมิของน้ำแข็งก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน อย่างไรก็ตามการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของอุณหภูมิจะหยุดทันทีที่น้ำแข็งถึงจุดหลอมเหลว เมื่อถึงจุดนี้น้ำแข็งจะเปลี่ยนสถานะและเปลี่ยนเป็นน้ำของเหลวและอุณหภูมิของมันจะไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะละลาย คุณสามารถทดสอบสิ่งนี้ได้ด้วยการทดสอบอย่างง่าย ทิ้งถ้วยน้ำแข็งไว้ในรถยนต์ที่ร้อนจัดและตรวจสอบอุณหภูมิด้วยเครื่องวัดอุณหภูมิ คุณจะพบว่าน้ำเย็นยะเยือกยังคงอยู่ที่อุณหภูมิ 32 องศาฟาเรนไฮต์ (0 องศาเซลเซียส) จนกระทั่งละลายหมด เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นคุณจะสังเกตเห็นอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากน้ำยังคงดูดซับความร้อนจากภายในรถ

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

เมื่อคุณทำให้น้ำแข็งร้อนอุณหภูมิของมันจะเพิ่มสูงขึ้น แต่ทันทีที่น้ำแข็งเริ่มละลายอุณหภูมิจะคงที่จนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะละลาย สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะพลังงานความร้อนทั้งหมดจะทำลายพันธะของโครงสร้างตาข่ายผลึกน้ำแข็ง

การเปลี่ยนแปลงเฟสกินพลังงาน

เมื่อคุณให้ความร้อนน้ำแข็งโมเลกุลแต่ละตัวจะได้รับพลังงานจลน์ แต่จนกว่าอุณหภูมิจะถึงจุดหลอมเหลวพวกเขาไม่มีพลังงานที่จะทำลายพันธะที่ยึดมันไว้ในโครงสร้างผลึก พวกมันสั่นเร็วขึ้นภายในขอบเขตเมื่อคุณเพิ่มความร้อนและอุณหภูมิของน้ำแข็งเพิ่มขึ้น ณ จุดวิกฤติ - จุดหลอมเหลว - พวกเขาได้รับพลังงานเพียงพอที่จะทำลายได้ฟรี เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นพลังงานความร้อนทั้งหมดที่เติมลงในน้ำแข็งจะถูกดูดซับโดย H₂O โมเลกุลเปลี่ยนเฟส ไม่มีสิ่งใดเหลือเพื่อเพิ่มพลังงานจลน์ของโมเลกุลในสถานะของเหลวจนกว่าพันธะทั้งหมดที่ถือโมเลกุลในโครงสร้างผลึกจะแตก ดังนั้นอุณหภูมิจะคงที่จนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะละลาย

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อคุณทำให้น้ำร้อนจนถึงจุดเดือด น้ำจะร้อนจนกระทั่งอุณหภูมิสูงถึง 212 F (100 C) แต่จะไม่ร้อนจนกว่าจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ตราบใดที่น้ำของเหลวยังคงอยู่ในกระทะเดือดอุณหภูมิของน้ำอยู่ที่ 212 F ไม่ว่าเปลวไฟจะร้อนอยู่ข้างใต้

ความสมดุลมีอยู่ที่จุดหลอมเหลว

คุณอาจสงสัยว่าทำไมน้ำที่ละลายจะไม่ร้อนขึ้นตราบใดที่มีน้ำแข็งอยู่ ก่อนอื่นคำสั่งนั้นไม่ถูกต้องนัก หากคุณให้ความร้อนในกระทะขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยน้ำที่มีก้อนน้ำแข็งก้อนเดียวน้ำที่อยู่ไกลจากน้ำแข็งจะเริ่มร้อนขึ้น แต่ในสภาพแวดล้อมทันทีของก้อนน้ำแข็งอุณหภูมิจะคงที่ วิธีหนึ่งที่จะเข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้เกิดขึ้นคือการตระหนักว่าในขณะที่น้ำแข็งบางส่วนกำลังละลายน้ำบางส่วนที่อยู่รอบ ๆ น้ำแข็งจะถูกแช่แข็งอีกครั้ง สิ่งนี้สร้างสถานะสมดุลที่ช่วยรักษาอุณหภูมิคงที่ เมื่อน้ำแข็งละลายมากขึ้นอัตราการละลายจะเพิ่มขึ้น แต่อุณหภูมิจะไม่สูงขึ้นจนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะหายไป

เพิ่มความร้อนมากขึ้นหรือความดันบางส่วน

เป็นไปได้ที่จะสร้างอุณหภูมิเชิงเส้นเพิ่มขึ้นหรือน้อยลงหากคุณเพิ่มความร้อนมากพอ ตัวอย่างเช่นวางกระทะน้ำแข็งบนกองไฟและบันทึกอุณหภูมิ คุณอาจไม่เห็นความล่าช้ามากที่จุดหลอมเหลวเนื่องจากปริมาณความร้อนมีผลต่ออัตราการหลอมละลาย หากคุณเพิ่มความร้อนเพียงพอน้ำแข็งสามารถละลายได้มากหรือน้อยตามธรรมชาติ

หากคุณกำลังต้มน้ำคุณสามารถเพิ่มอุณหภูมิของของเหลวในหม้อโดยการเพิ่มแรงดัน วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือ จำกัด ไอน้ำในพื้นที่ปิด ด้วยการทำเช่นนั้นคุณจะทำให้โมเลกุลเปลี่ยนเฟสยากขึ้นและพวกมันจะอยู่ในสถานะของเหลวในขณะที่อุณหภูมิของน้ำสูงขึ้นผ่านจุดเดือด นี่คือแนวคิดเบื้องหลังหม้อหุงความดัน