,O Antarctica este un continent ingropat subaproape 30 de milioane de km3 de ghea~a.Numai in mijlocul verii temperatura cre~teuneori peste punctul de inghe~are, ~i aceastase intampla doar de-a lungul coastei.

inghetarea este transfor-marea materiei lichide sautopite in materie solidit.Fierberea este transformareaunui lichid in gaz sau vapori.Ace~ti termeni sunt valabilipentru toate substantele, nudoar pentru apit.

molecule se afl~ 1n mi~care continu~, ~i energiaacestei mi~c~ri, adic~ energia cinetic~,determin~ o stare de agregare soli~, lichi~ saugazoas~. La un solid, moleculeleau o energiecinetic~ mic~ ~i vibreaz~ 1n puncte fIXe. La unlichid, moleculele au destul~ energie cinetic~pentru a 1nvinge forta de atraqie pe care o au

~ unele fata de altele; astfel ele se pot ~ca,~ schimband ~i forma lichidului. La un gaz,~ moleculele au o energie cinetic~ mare ~i se pot~ mi~ca aproape liber.o

"'

§' Transformarea lichidului in gaz~ Moleculele unui lichid nu se ~c~ toate cu~ aceea~i vite~. Unde se ~c~ atat de repede~ 1ncat pot s~ treac~ prin suprafata lichidului ~i s~~ ias~ 1n aer formand gaze sau vapori. De

exemplu, dac~ l~s~m neacoperit un pahar cuap~ 1ntr-o camern cal~ timp de mai multe zile,nivelul apei va sc~dea treptat pana ce paharulse gole~te. Acest proces de evapQrare apare lasuprafata lichidului, ~i nu trebuie confundat cufierberea, 1n care transformarea 1n vapori are locin toata masa lichidului.

Deoarece starea de agregare a uneisubstante -indiferent ca este soli~, lichi~ saugazoasa -depinde de m~carea moleculeldrsale, ea poate fi schimbata prin modificareaenergiei cinetice. Adesea noi schimbam starea

lichid sau un gaz. Aceste stari sunt cunoscutesub numele de stari de agregare. jn general, lao temperaturn constarul, solidul are o rrulrime ~io form11 fJXa. lichidul l~i schimb11 forma princurgere, de~i volumul s11u r:lmane constant. Ins11la gaz nu este fJXa nici m11rimea, nici forma.Gazul se Imp~tie sau se restrange, umplandrecipiente de orice rrulrime sau fotm:1 In careeste pus.

Aproape Intreaga materie este formata dinatomi, care sunt grupati In molecule. Aceste

O Fierul topit setoarna intr-o formain turnatorie. Candse race~te laaproximativ 1535°C,fierul se solidifica,adica inghea1a.Aceasta este ~itemperatura la carefierul solid setope~te la incalzire.

F ierul topit se solidific~, sau ingheata, laaproximativ 1535 °C, astfel incit la oricetemperatura mai mica decat aceasta, fierul,

corect spus, este inghetat. Deci "inghe~t" nuinseamn~ neap;lrat ~i "rece".

Punctele de inghetare ~i de fierbere ale uneisubstante variaza in functie de presiune. Astfel,chiar dac~ vorbim despre ap~, termenii"inghetare" ~i "fierbere" pot s~ nu aib~ sensurileobi$nuite. De exemplu, apa fierbe la te~pe-ratura camerei daca presiunea aerului din jureste foarte redus~. Astfel este evident c~ "fiert"nu insearnna intotdeauna ~i "fierbinte".

Chiar ~i in condi!ii norma1e de presiune,multe substante fierb la temperaturi extrem dejoase. Acestea sunt substantele pe care in modnormalle consideram gaze. Azotul ~i oxigenul,de exemplu, sunt principalele gaze din aer.Motivul pentru care in condi!ii normale suntgaze, este c~ ele au temperatura de fierbere cumult sub zero -aproximativ -196°c (azotul) ~i-183°C (oxigenul). Astfel, chiar ~i in cele maireci regiuni ale pamantului aceste substante seafl~ la o temperatura peste punCtul lor defierbere ~i de aceea ele apar in stare gazoas~.

Starile de agregarePentru a intelege fierberea ~i topirea, trebuieintai s~ ~tim de ce o substanta este un solid, un

159

iNGHETAREA ~I FIERBEREA

O Un tip de iglutradi~ional, folosit inregiunea arctica aCanadei, consta dinblocuri de zapadacompactata, aranjatein forma de dom.Daca temperaturacre~te peste punctulde inghe'are a apei,aceasta locuin~a seva topi.

O Cand tempera-tura apei dintr-unele~teu sau un lacscade sub 4°C. apai~i mare~te volumul~i densitatea ei sca-de. Aceasta inseam-na ca apa rece seridica la suprafa,a.Daca racirea conti-nua. in cele din urmase va forma un stratde ghea,a pe supra-fa,a apei.

s-a rncit Inca suficient pentru a se condensa lastarea sa lichi&.

Transformarea lichidului in solidPutem transfonna un lichid Intr-un solid prinreducerea temperaturii. Aceasta se poate faceprin Inconjurarea lichidului cu o substanta: mairece. Reducerea temperaturii determinaIncetinirea moleculelelor lichidului. in cele dinurma ele nu se mai pot rni,)ca In interiorulsubstantei ~i vibreaza doar In pozitii fIXe. candajunge In acest stadiu, lichidul a devenit solid, ~ispunem ca a inghetat. De exemplu, apaIngheata: In conditii normale la DoC ~i setranforma In gheata:.

Majoritatea substantelor fonneaza cristalecind trec din stare lichi& In stare soli&.Clorura de sodiu (sarea de bucatarie), deexemplu, fonneaza cristale de forma cubica.

Solidele pot reveni In stare lichi& princre~terea temperaturii, care face vitezamoleculelor sa creasca din nou.

cand Incalzirn un solid pentru a-l transformain lichid, substanta absoarbe caldura ~itemperatura sa Incepe sa creasca. Dar cand i.5iatinge punctul de topire, temperatura sa ramaneconstanta chiar daca substanta continua saabsoarba caldurn. Aceasta caldurn folositapentru transformarea, la punctul sau de topire,a solidului In lichid la acee~i temperaturn senume~te caldurn latenta de fuziune (topire).

Numai dupa ce 1ntregul solid s-a transfonnat 1nlichid temperatura va 1ncepe sa creasca din nou.

VaporizareaDaca 1ncalzim lichidul 1n continuare, tempera-tura sa cre~te pana el i~i atinge punctul de fier-bere. Apoi temperatura ramane constanta, 1ntimp ce tot mai multa caldura este absorbitapentru transfonnarea lichidului la punctul saude fierbere 1n gaz la aceea~i temperatura. caldu-ra absorbita care face posibila aceasta transfor-mare se nume~te caldura latenta de vaporizare.Odata ce substanta s-a transformat 1n gaz,temperatura sa va 1ncepe diri nou sa creascadoar daca i se fumizeaza mai multa caldura,

Daca se race~te un gaz, la 1nceput tempe-ratura sa va scadea, Apoi, cand el aiinge punctulde topire al substantei, gazul i~i pierde calduralatenta de vaporizare ~i se transforma 1n lichid laaceea~i temperatura. Numai dupa ce intregulgaz s-a transfonnat 1n lichid temperafura va1ncepe sa scada din nou.

de agregare a unei substante supunand-o lacaldurn, care este o forrna de energie. Deexemplu, cand fierbem apa, ea se transforrnaintr-un gaz numit abur, deoarece caldura facemoleculele apei sa se ~te mai repede. In celedin urrna toate moleculele se mi$Ca indeajunsde repede incat forta de atractie pe care oexercita unele asupra altora sa nu mai fiesuficient de puternica pentru a le tine laolalta.Astfel moleculele se elibereaza sub forrna deabur, $i spunem ca apa fierbe. Acest fapt are locin conditii normale la 100°C.

Transformarea gazului in lichidAburul revine In forma de apa lichida daca serace$te Indeajuns. Acest efect se poate -"observa adesea dac~ se las~ sa fiarb~ apa Intr- ~un ceainic. Suprafetele reci din Incapere g,devin umede pentru ca o parte din aburii f,produ$i scad In temperaturn cand intrn In ~contact cu ele. Astfel moleculele aburilor semi$c~ mai Incet $i aburii se transform~ dinnou In ap~ lichi~. Se spune c~ aburii secondenseaz~ revenind in stare lichid~, iarefectul se nume$te condensare.

De$i uneori folosim cuvantul "aburi" cand nereferim la nori$orii albi formati deasupraceainicului, aburii sunt de fapt invizibili.Noir$orii albi pe care li vedem sunt formati dinpic~turi minuscule de ap~ lichi~. Acestea seformeaz~ prin condensarea aburilor care ies dinceainic $i intra: in contact cu aerul relativ recedin jur. Dac~ privim orificiul ceainicului candapa din el fierbe, vom vedea c~ nori$orii albi seformeaz~ la o distanta: mic~ de acesta. Ins~ chiarlang~ orificiu exista o po!iiune transparentaunde apa este inca In stare gazoas~, doarece nu

O Greutatea unui patinator apasa ghea~aprin lame de o~el inguste. Presiunea mareprodusa formeaza instantaneu un strat deapa lichida, pe care patinele aluneca cu

u~urin~a.

160

~

Uneori alpini-5tii se plang ca: nu pot face unceai bun cand sunt pe un munte inalt. Aceastase lntampl;l datoritl faptului ca:, cu cit suntem lao iru1ltime mai mare, cu atat mai putin aer estedeasupra noastrn. Astfel presiunea atmosferic;leste redus;l, determinand apa s;l flarb;lla o tem-peraturn care este prea joas;l pentru a extragelntreaga aronlli din frunzele de ceai. Continu-area lnc;llzirii va lnteti fierberea, dar aceasta nuva detennina cre~terea temperaturii apei.

Efectul opus apare cand apa este flartllntr-o oal;l sub presiune. Aceasta este un recipientcare poate fi etamat, astfellncit aburii produ~iprin fierberea apei nu pot s;l ias;l. Drept rezultat,presiunea din oal;l cre~te. Aceastl cre~tere apresiunii lngreuneaza vaporizarea apei, marindastfel punctul de fierbere a apei, ~i apa rnmaneIn stare lichida parul cand trece de temperaturala care fierbe In conditii normale.

Efectele schimb;lrilor de presiune asupra

O Fulgii de zapada O Cadavrelese formeaza cand se pot pastrainghea~a norii. in azot lichidZapada are o la temperaturastructura cristalina joasa, in caz cacu ~ase sec~iuni. Nu in viitor se va gasiexista doi fulgi de un mijloc de a lezapada identici. reda via~a.

Racirea continua pentru a determinatemperatura sa scada pana ce lichidull$i atingepunctul de 1nghetare. Apoi lichidul l$i pierdecaldura latenta de fuziune $i se transforma 1nsolid la aceea$i temperatura. Cand 1ntregullichid s-a solidificat, temperatura substantei1ncepe din nou sa scada.

PresiuneaDe$i de obicei se spune ca apa 1ngheata la o°c

~ $i fierbe la 100°C, acest fapt este adevarat numai1n conditii normale de presiune atmosferica.Schimbarea presiunii modifica temperaturile la

,, care ea 1$i schimba starea de agregare. De, exemplu, la presiune mai mare scade tempe-

ratura de topire a ghetii $i temperatura de1nghetare a apei lichide. Acest fapt le permitepatinatorilor sa alunece pe gheata la patinoar

sau pe un lac i:nghetat. Greutatea corpului esteconcentrnt:l i:n lamele i:nguste de otel ale patine-lor ~i exercit:l o presiune imensd asupra ghetii.Aceasta ii scade punctul de topire, astfel i:ncattemperatura sa nu mai este i:ndeajuns de redusdpentru ca ea sd rdmarul i:n stare solidd. Prinurmare, gheata de sub lamele patinelor setrnnsfonrul instantaneu i:n apd lichidd. Aceastaformeaz:1 un strnt subtire pe care patinele pot sdalunece. Dupd aceasta, apa, care nu se mai afldsub presiune mare, se trnnsfonrul repede dinnou i:n gheatd. ,

Schimbarea presiunii modificd ~i temperatu-ra de fierbere a apei. De exemplu, la o presiuneredusd asupra apei, moleculele pot ie~i cu maimult:l u~urintd i:n aer, astfel i:ncat apa fierbe la otemperaturd mai scdzut:l decat i:n conditiinom1ale.

j O Refrigerarea~ depinde de absorb~ia

caldurii latente de, catre un refrigerent

in timp ce se

transforma din lichidin gaz.

c O Oxigenul este~ purtat de navele spa-~ 1iale pentru a arde

combustibilii. El estepastrat sub punctulsau de fierbere,

astfel incat ramanein stare lichida.

161

INGHETAREA $1 FIERBEREA

O Mercurul inghea-~a abia la -39°C,astfel ca la tempera-tura camerei el estelichid. Mercurul pre-zentat aici se afla in

forma de picaturisuspendate in ulei.

~~

.c::J O! Arz3toarele de

~~~~~~

O Vehiculele cuaburi, precum aceas-ta locomotiva de

trac~iune, producenergie prin ardereaunui combustibil,cum ar fi carbunele.Aceasta incalze~teapa care, candatinge punctul defierbere, se trans-forma intr-un gaznumit abur. Aburiiproduc o cre~teremare a presiunii incilindri, determinandpistoanele sa puna inmi~care locomotiva.

mai mic~ decat apa lichi&. Cu alte cuvinte, unvolum dat de gheata: cintere~te mai putin decatun volum egal de ap~.

jn jurul Polului Sud ~i al Polului Nord aiP::Imantului, apa 1nghetata formeaza ghetari.Unele dintre aceste blocuri de gheata: plutitoareau rn:lrimi incredibile. jn 1956, cel mai mareaisberg descoperit vreodata a fost localizat 1nPacificul de Sud. Suprafata era mai mare de31.000 km2 -aproximativ de 1,5 ori rn:lrimeaT~rii Ga1ilor.

Si apa se dilat<l In general la Incalzire ~i secontract<lla rncire. Totu~i, cand se rnce~te pan;lla 4° -0°C, apa i'$i rn;lre~te volumul. O conductlde ap;l poate crnpa iama, dac;llngheat.:r apa dinea ~i formeaz;l un volum mare de gheat.:r.Gheata exercit<l o fort.:r asupra conductei, uneorisuficient:l pentru ca aceasta s;l crape.

Dilatarea apeiDeoarece apa se dilat:l cand este Inghetat:l,gheata -fonna solida a apei -are o densitate

, butan alimenteaza

'j baloanele cu aer; ~i cald. Butanul e5te ~ .! pa5trat sub pre5iune ~ ~'

J in stare lichida. Pre- :'E 5iunea sa 5cade cand "'~ trece in aer, deter- ~~ '"O minandu-1 sa fiarba I

~i sa 5e tran5forme .-

in gaz. Ace5ta e5tear5 pentru a incalziaerul din interiorul

balonului.

lichidelor $i gazelor sunt folosite la frigidere.intr-un tip de frigider, prirna dat:! un lichid cupunct de topire redus se transfonna in vapori,prin reducerea presiunii. Aceasta se intfunpl~ intuburile care trec prin compartimentul de racireal frigiderului. Cand se transfonna in vapori,refrigerentul absoarbe c~ldura latent:! dininteriorul frigiderului $i din continutul s~u,determinand astfel racirea lor. Vaporii sunt apoicomprirnati pentru a se transforma din nou inlichid. in acest proces, refrigerentul i$i pierdec~ldura latent:! care este eliberat:! prin levi aflatela spatele frigiderului. Astfel, sistemul functio-nea~ asemenea unei pompe care scoatec~ldura din interiorul frigiderului.

ImpuritatiPunctele de inghelare $i de fierbere aleproduselor necunoscute rezultate din procese ;

chimice $i experimente sunt uneori folositepentru identificarea lor. Totu$i aceast:! metodaeste va1abilil nurnai pentru substante pure,deoarece prezenta impurit:!tior scade punctul i

de inghetare $i cre$te punctul de fierbere. De t-exemplu, daa1 adaugam sare de buc~t:!rie inap~, aceasta va face s~ ii scada punctul deinghetare. Acesta este motivul pentru care iamase impra$tie sare pe drumuri. Punctul deinghetare a apei s~rate poate s~ fie in jur de -

8°C sau chiar rnai redus, $i prin urmareinghetarea nu poate avea loc decat dac~temperatura este in acest punct sau sub el.

Uneori se folose$te un amestec de gheat:l $isare ca 'amestec de inghetare' in experimentelela temperatura sc~Zut:!. Pe m:1sura ce se tope$tegheata din amestec, ea absoarbe a1ldura latent:!necesar~ acestui proces din mediul s~u,determinandu-l s~ se raceasc~. in acest fel seabsoarbe c~ldura atat de mult~ incaitemperatura poate sa scada sub -15°C.

De ce plute~te ghea1aMajoritatea substanlelor se dilata cand suntincalzite $i se contracta cand sunt racite.Mercurul dintr-un termometru, de exemplu, sedilat:! $i se extinde de-a lungul unui tub ingustindicand cre$terea temperaturii. Deoarecemercurul ingheat:l.la a temperatura de -39°C, elnu este potrivit pentru termometre folosite inregiuni reci.

O Multe substan,e formeaza cristale cand sesolidifica. Cristalele prezentate aici sunt denovachelit (dreapta) ~i cuar, alb invelit cu

topaz (mai departe spre dreapta).