Открытый урок по теме: "Плавление и отвердевание твердых тел"

Задача урока:
Ознакомить с агрегатными состояниями вещества, с процессами плавления и отвердевания тел., а также с графиками плавления и отвердевания тел.

Цели урока:

Образовательные:
- раскрыть понятия о явлении плавления и отвердевания тел;
- экспериментально подтвердить изученные теоретические знания.

Развивающие:
- учить представлять графически процессы плавления и отвердевания твердых тел, анализировать и делать выводы;
- развивать монологическую речь учащихся, умение ставить вопросы и отвечать на них;
- развивать умение учащихся работать в группе.

Воспитательные:
- воспитывать любознательность, внимательность, усидчивость;
- ориентировать учащихся на использование теоретических знаний в жизни и практической деятельности.

Оборудование: Кристаллические решетки различных твердых тел, стальная ложка, алюминиевая ложка, олово, воск, пластмасса, стекло, спиртовка.

ХОД УРОКА

Учитель: Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях, например в твердом, жидком, газообразном: лед, вода и водяной пар (см. рис. 1, 2, 3). Эти состояния называют агрегатными. Вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое и на практике это широко используется.

Рис.1	Рис. 2.	Рис. 3.

Учитель: Сможете ли вы привести примеры практического использования перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое?

Ответ: В металлургии плавят металлы, чтобы получить из них сплавы. Пар, полученный из воды при ее нагревании, используют на электростанциях, в паровых турбинах, сжиженными газами пользуются в холодильных установках и т.д.

Учитель: Мы живем на поверхности твердого тела – Земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел – домах. Наше тело, хотя и содержит приблизительно 65% воды (мозг – 80%), тоже твердое. Орудия труда, машины также сделаны из твердых тел. Знать свойства твердых тел, жидкостей жизненно необходимо.

Учитель: Каковы особенности молекулярного строения твердых тел, жидкостей и газов?

Ответ: В газах при атмосферном давлении расстояние между молекулами много больше размера самих молекул. Притяжение между молекулами слабое. Движение молекул хаотичное. Газы легко сжимаемы. В жидкостях и твердых телах, плотность которых во много раз больше плотности газа. Молекулы расположены ближе друг к другу. Средняя кинетическая энергия молекул недостаточна для того, чтобы совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения. Поэтому молекулы в жидкостях и особенно в твердых телах не могут далеко удалятся друг от друга.

Учитель:передавая телу энергию можно перевести его из твердого состояния в жидкое, а из жидкого – газообразное. Отнимая энергию (охлаждая) у газа можно получить жидкость (правда это возможно при очень низких температурах); Отнимая энергию у жидкости – получить твердое тело. Сегодня мы рассмотрим переход вещества из твердого состояния в жидкое и наоборот. Переход вещества из твердого состояние в жидкое называют плавлением.

Твердые тела делятся на кристаллические и аморфные.
а) Кристаллом называют тело определенной геометрической формы, ограниченное естественными плоскими гранями. (см. рис. 4-15)

Название кристалла	Вид кристалла	Форма кристалла
Алмаз	Рис. 4.	Рис. 5
Гранат	Рис. 6	Рис. 7
Изумруд	Рис. 8	Рис. 9
Кварц	Рис. 10	Рис. 11
Турмалин	Рис. 12	Рис. 13
Каменная соль	Рис. 14	Рис. 15.

Правильность внешней формы кристаллических тел обусловлено тем, что частицы, из которых эти тела состоят, расположены относительно друг друга в определенном порядке, на строго определенных расстояниях друг от друга.

Рис. 16. Графит

Рис. 17.. Алмаз

Частицы (атомы, молекулы), в следствие теплового движения, совершают колебания около определенных точек - положений равновесия частиц. Именно эти точки (они называются узлами) и расположены в определенном порядке, и если узлы соединить прямыми линиями, то получается пространственная решетка, называемая кристаллической (см. Рисуноки16 -17).

Рис. 18. Снежинки

К кристаллам относятся металлы, лед, нафталин, снежинки, каменная соль, берилл, алмаз, гранат, кварц, турмалин, изумруд, кальцит.
Не все твердые тела – кристаллы. Существует множество аморфных тел (от греческого слова amorphous – бесформенный). Признаком аморфного тела является неправильная форма поверхности при изломе. К аморфным телам относятся: смола (рис. 19.), вар, пластмасса, воск (рис. 20.) и т.д.

Рис. 19 Смола

Рис. 20. Воск

Между плавлением кристаллических и аморфных тел есть существенное различие.
Что необходимо сделать, чтобы кристаллическое тело начало плавится?

Ответ: нагреть.

Учитель: Необходимо нагреть до определенной для каждого вещества температуры, называемой температурой плавления. Температуры плавления некоторых веществ при нормальном атмосферном давлении приведены в таблице.

Температура плавления некоторых веществ, о С
(при нормальном атмосферном давлении)

Водород	-259	Нафталин	80	Золото	1064
Кислород	-219	Натрий	98	Медь	1085
Азот	-210	Олово	232	Чугун	1200
Ртуть	-39	Свинец	327	Сталь	1500
Лед	0	Цинк	420	Платина	1772
Цезий	29	Алюминий	660	Осмий	3045
Калий	63	Серебро	962	Вольфрам	3387

Какое вещество, из перечисленных, является тугоплавким, легкоплавким?

Ответ: Вольфрам и лед.

Учитель: Чтобы вещество расплавилось недостаточно его нагреть до температуры плавления, необходимо продолжать подводить к нему теплоту, т.е. увеличивать его внутреннюю энергию. Во время плавления температура кристаллического тела не меняется.
Какую энергию мы называем внутренней?

Ответ: Внутренняя энергия – это кинетическая и потенциальная энергия всех составляющих его молекул.

Учитель: Т.к. температура тела во время плавления остается постоянной., то средняя кинетическая энергия его молекул не изменяется. Но при превращении твердого тела в жидкость разрушается кристаллическая решетка, т.е. увеличивается потенциальная энергия молекул. Переход из твердого состояния в жидкое происходит резко. Скачком, либо жидкость, либо твердое тело. Если тело продолжать нагревать дальше, после плавления. Температура его расплава будет расти.
Рассмотрим график зависимости температуры (рис. 21) кристаллического тела (нафталина) от времени его нагревания.

Рис. 21.
Что происходит на каждом участке графика?

Ответ:АВ – нагревание твердого тела (нафталина);
ВС – плавление (при плавлении температура не меняется);
СD – нагревание расплава.

Учитель: Кривизна и наклон графиков АВ и СD зависит от условий процесса (массы тела, мощности нагревателя, удельной теплоемкости).

б) Совсем не так ведут себя аморфные тела. При нагревании они постепенно , по мере повышения температуры, размягчаются и в конце концов становятся жидкими.
Никакой определенной температуры перехода из твердого состояния в жидкое у аморфных тел нет (рис. 22).

Рис. 22.
Учитель: Смогу ли я расплавить олово в стальной ложке?

Ответ: Да, т.к. сталь плавится при температуре 1500 С, а олово при 232ºС.

Опыт 1. Плавление олова в стальной ложке.

Учитель: Можно ли расплавить олово в алюминиевой ложке?

Ответ: Да, алюминий плавится при температуре 660ºС.

Опыт 2:Плавление олова в алюминиевой ложке.

Учитель: Можно ли вольфрам в стальной ложке?

Ответ:Нет, т.к. стальная ложка расплавится раньше, чем вольфрам (3387ºС).

Учитель: Переход вещества из жидкого состояния в твердое называю отвердеванием или кристаллизацией. Чтобы началась кристаллизация расплавленного тела. Оно должно остыть до определенной температуры. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называют температурой кристаллизации и ли отвердевания. Практика показывает: что вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Если сравнить температуру плавления твердой ртути (-39ºС) и твердого спирта (-114ºС ), у какого из этих веществ температура плавления выше?

Ответ: У ртути.

Учитель: Почему для измерения температуры наружного воздуха в холодных районах применяют термометры со спиртом, а не с ртутью?

Ответ: В холодных районах температура бывает ниже -39ºС, а спирт отвердевает при – 114ºС.

Учитель: Между отвердеванием кристаллических и аморфных тел имеются различия.
А) При охлаждении расплавленного кристаллического тела (расплава) оно продолжает оставаться в жидком состоянии пока температура его не снизится до определенного значения. Температура кристаллического тела во время отвердевания не изменяется.
При дальнейшем охлаждении тела, когда весь расплав отвердеет, температура снова будет уменьшаться (рис. 23).

Рис.23.
Что происходит на каждом участке графика отвердевания нафталина?
Почему участок графика В1С1 параллелен оси времени?
А1В1 – охлаждение жидкости (расплава);
В1С1 - отвердевание;
С1D1 – охлаждение твердого тела.
В1С1 – параллелен оси времени т.к. при отвердевании температура не меняется.

Учитель: Переход вещества из жидкого состояния в твердое при кристаллизации происходят резко без промежуточных состояний. Во время затвердевания вещества его молекулы располагаются упорядоченно, образуя кристаллическую решетку. Их потенциальная энергия в процессе кристаллизации уменьшается. А кинетическая энергия остается неизменной. Поэтому при кристаллизации температура не изменяется и происходит отдача количества теплоты окружающим телам.
Б) Затвердевание аморфного тела, например смолы, происходит постепенно.
Определенной температуры отвердевания нет. Происходит постепенное загустевание (рис. 24).

Рис. 24.
Итак, аморфные вещества не имеют определенной температуры плавления и отвердевания, не имеют строгого порядка в расположении молекул, в этом главное отличие аморфных тел от кристаллических.
Для закрепления материала можно рассмотреть график зависимости температуры льда от времени его нагревания по учебнику (стр.33 , §.14) и ответить на вопросы:

1. Что происходит на каждом участке графика?
2. Как по графику можно судить об изменении температуры вещества при нагревании и охлаждении?
3. какие участки графика соответствуют плавлению и отвердеванию?
4. Почему эти участки параллельны оси времени?

Решить задачу:
В сосуде находится лед при температуре – 10º С. Сосуд поставили на горелку, которая дает в равные промежутки времени одинаковое количество теплоты. Укажите, какой график (рис. 25) соответствует описанному случаю, и в чем ошибочны остальные графики?

Рис. 25.

Ответ: Средний. Верхний график соответствует телам, имеющим одинаковую удельную теплоемкость в твердом и жидком состояниях, нижний не для льда.

Домашнее задание: §12-14. Упражнение 7.