В жидкостях и твердых телах при любой температуре есть определенная часть молекул
, кинетическая энергия теплового движения которых достаточна для преодоления потенциальной энергии взаимодействия, и они могут оторваться от поверхности жидкости или твердого тела и перейти в окружающее пространство. Это явление для жидкости называют испарением (или парообразования), для твердых тел - сублимацией.
Испарение происходит при любой температуре, но его интенсивность с повышением температуры возрастает. При испарении температура жидкости снижается, поскольку ее покидают молекулы с наибольшей кинетической энергией. Так, после купания, когда вода испаряется с поверхности тела, нам становится холоднее.
Скорость испарения зависит от температуры, площади свободной поверхности жидкости, атмосферного давления. Кроме того, при одинаковых внешних условиях разные жидкости испаряются неодинаково. Например, налитые на стеклянную пластинку эфир, спирт, вода и масло испаряются в таком порядке: сначала исчезнет эфир, потом спирт, далее вода и только потом масло.
Вместе с процессом испарения происходит компенсирующий его процесс конденсации пара в жидкость. Если число молекул, покидающих жидкость за единицу времени через единицу поверхности, равна числу молекул, переходящих из пара в жидкость, то наступает динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации.
Для большинства твердых тел процесс сублимации при обычных температурах незначителен и давление пара над поверхностью твердого тела мал, он увеличивается с повышением температуры. Интенсивно сублимируют такие вещества, как нафталин, камфора, что выявляется резким, свойственным им запахом. Особенно интенсивно сублимация происходит в вакууме, который используется для изготовления зеркал. Известный пример сублимации - превращение льда в пар - мокрое белье высыхает на морозе.
Если твердое тело нагревать, то его внутренняя энергия (состоит из энергии колебаний частиц в узлах решетки и энергии взаимодействия этих частиц) возрастает. При повышении температуры амплитуда колебаний частиц увеличивается до тех пор, пока кристаллические решетки не начнут разрушаться - твердое тело плавится. На рис. 6.1, а изображена зависимость T (Q), где Q - количество теплоты, которое получает тело при плавлении. По мере предоставления твердому телу теплоты его температура повышается, а при температуре плавления Tпл начинается переход тела из твердого состояния в жидкое.
Температура Tпл остается постоянной до тех пор, пока весь кристалл не расплавится, и только тогда температура жидкости снова начнет повышаться. Нагрев твердого тела до Tпл еще не переводит его в жидкое состояние, поскольку энергия частиц вещества должна быть достаточной для разрушения кристаличноих решеток. В процессе плавления теплота пе передается веществу, идет на совершение работы по разрушению решетки, поэтому Tпл = const к расплавлению всего кристалла. Затем теплота подводится, снова пойдет на увеличение энергии движения частиц жидкости и ее температура начнет повышаться. Количество теплоты, необходимое для расплавления 1 кг вещества, называют удельной теплотой плавления.
Если жидкость охлаждать, то процесс протекает в обратном направлении сначала температура жидкости снижается, затем при постоянной температуре, равной Tпл, начинается кристаллизация, после ее
завершения температура кристалла продолжает уменьшаться.
Для кристаллизации вещества необходимо наличие так называемых центров кристаллизации - кристаллических зародышей, которыми могут быть не только кристаллы вещества, образующиеся но и примеси, а также пыль, сажа и т.д.. Например, всем известно, что когда начинается дождь, становится теплее.
Это происходит как раз потому, что водяной пар, который всегда есть в воздухе, начинает кристаллизоваться на дополнительных центрах кристаллизации - на падающих частицах снега. Так что при этом выделяется некоторое количество тепла. Отсутствие центров кристаллизации в чистой жидкости сдерживает образование микроскопических кристаллов, и вещество, оставаясь в жидком состоянии, охлаждается до температуры, меньшей температуры кристаллизации, при этом образуется переохлажденная жидкость. При сильном переохлаждении начинается спонтанное образование центров кристаллизации и вещество кристаллизуется довольно быстро.