11.12: עקומות חימום וקירור

חימום או קירור חומר מובילים לשינויים בטמפרטורה, ובעקבות זאת לשינויי מצב. חימום חומר מעלה את האנרגיה התרמית של המולקולות שלו, שבא לידי ביטוי בעליית טמפרטורה עד שהחומר מגיע לנקודת מעבר. כשחומר סופג מספיק חום, ניתן להתגבר על כוחות המשיכה בין המולקולות שלו ולהוביל לשינוי מצב צבירה בטמפרטורה קבועה.

ברגע ששינוי מצב הצבירה מושלם, חימום מוביל לעלייה נוספת בטמפרטורה. כשמפחיתים חום מחומר, הירידה באנרגיה התרמית של המולקולות שלו תואמת לירידה בטמפרטורה, עד שהוא מגיע לנקודת מעבר. אז הטמפרטורה נשארת קבועה בעת שכוחות בין-מולקולריים חזקים נוצרים במהלך שינוי מצב הצבירה.

ניתן לייצג התנהגות של חומר בתגובה לשינויי טמפרטורה באמצעות עקומות חימום או עקומות קירור, שבהן שינוי הטמפרטורה משורטט כפונקציה של החום שנוסף או הופחת. חשבו על כוס כימית מלאה בקוביות קרח, תחילה במינוס 20 מעלות צלזיוס. כשהחום זורם פנימה, טמפרטורת הקרח עולה בהתמדה.

כמות החום הנספגת במהלך חימום הקרח תלויה בקיבולת החום הספציפית של קרח. ברגע שהקרח הגיע לנקודת ההתכה, הטמפרטורה מפסיקה לעלות למרות החום הזורם ללא הרף. ההשפעה של החום הנספג היא החלשה של הכוחות הבין מולקולריים עד שהקרח מותך לגמרי והופך למים במצב נוזל.

העקומה הישרה של שיווי משקל בין מוצקים לנוזלים מאפיינת את שינוי מצב הצבירה בטמפרטורה קבועה. השינוי באנתלפיה בין תחילת העקומה לסופה מייצג את כמות החום הדרוש לתהליך הההתכה, או במילים אחרות, האנתלפיה של היתוך מים. כשתהליך ההיתוך מושלם, החום הנספג גורם לעלייה לינארית מקבילה בטמפרטורה.

קיבולת החום הסגולית של מים מכתיבה את כמות החום הנספגת. בנקודת הרתיחה, הטמפרטורה מפסיקה לעלות. במקום לעליית טמפרטורה, החום הנספג תורם להתגברות על כוחות המשיכה בין מולקולות מים עד שהמים מתאדים לחלוטין.

העקומה הישרה בשיווי משקל של נוזל וגז מייצגת את שינוי מצב הצבירה בטמפרטורה קבועה. השינוי באנתלפיה בין תחילת הרמה לסופה הוא האנתלפיה של אידוי מים. לאחר שכל הנוזל מתאדה, חום נוסף מוביל לעלייה נוספת בטמפרטורה.