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11.12: 熱・冷却曲線
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Chemistry

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Heating and Cooling Curves
 

11.12: 熱・冷却曲線

環境から隔離された物質に熱の変化を与えると、それに応じて物質の温度や位相が変化します。これらは加熱・冷却曲線のグラフで表せます。

例えば、熱を加えると固体の温度が上昇するが、吸収される熱量は固体の熱容量に依存する(q = mcsolidΔT)。熱化学によれば、物質が吸収または放出する熱量qとそれに伴う温度変化 ΔTの関係は次のようになります。

Eq1

ここでmは物質の質量、cはその比熱です。この関係は、物質が加熱されたり冷却されたりする場合に適用されるが、状態が変化することはありません。

温度が十分に高くなると、固体は溶け始めます(図1の点A)。吸収される熱は固体の熱容量(qmcsolidΔT)に依存し、融点で水平状態となります。この水平状態は固体から液体への状態変化を示しており、その間は融解熱(qmΔH融解)によって温度が上昇することはありません。つまり、さらなる熱の増加は、分子の運動エネルギーの増加ではなく、分子間引力の減少の結果です。その結果、物質の状態が変化しても、その温度は一定となります。

固体が完全に溶けると(図1の点B)、液体が温まり始め、温度が上昇していきます。吸収される熱量は、液体の熱容量(qmcliquidΔT)に依存します。液体が沸点に達すると、液体は気化し始め(図1の点C)、熱を投入し続けても温度は一定になります。液体から気体への変化の際、液体の沸点では気化熱(q=mΔHvap)により、別の水平状態(一定の温度)が観測されます。液体が沸騰している間は、この同じ温度が維持されます。熱の供給速度が大きくなれば、液体の温度は上がらず、むしろ沸騰の勢いが増します(急速になる)。液体がすべて気化した後、(図1の点D)、気体の温度が上昇します。

Image1

図 1. 物質の代表的な加熱曲線は、物質が熱を吸収すると生じます。温度の変化を表しています。 曲線の水平状態(温度が一定の領域)は、物質が相転移したときに現れます。

このテキストは、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 10.3 : Phase Transitions から引用しています。

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