加熱曲線は、試料の温度が一定の速度で、すなわち、圧力を一定に保ち、均一に熱を加えること、時間の関数としてどのように変化するかを示すグラフです。
このタイプのグラフを作成するために、温度と時間の値のペアが取得され、後で縦軸（縦座標）に温度を、横軸（横座標）に時間を配置してグラフ化されます。
図1.物質の加熱曲線は、一定時間ごとに熱を加えて温度を測定することで得られます。出典：Pixabay。
次に、これらの実験点に最も適切な曲線を当てはめ、最後に温度Tのグラフを時間tの関数として取得します。T（t）を取得します。
加熱曲線とは何ですか？
加熱されると、物質はさまざまな状態を次々に通過します。固体から蒸気になり、ほとんどの場合液体状態を通過します。これらのプロセスは状態変化と呼ばれ、分子動力学理論によって示されるように、熱が加えられている間にサンプルはその内部エネルギーを増加させます。
サンプルに熱を加える場合、2つの可能性があります。
-粒子が激しくかき混ぜられると、物質は温度を上げます。
-材料は、温度が一定に保たれる相変化を受けています。熱を加えると、粒子をまとめる力をある程度弱める効果があります。そのため、たとえば、氷から液体の水に移動するのは簡単です。
図2は、固体、液体、気体、プラズマの4つの物質の状態と、それらの間の遷移を可能にするプロセスの名前を示しています。矢印はプロセスの方向を示します。
図2.問題の状態と、一方と他方の間を行き来するために必要なプロセス。出典：ウィキメディア・コモンズ。
-物質の状態変化
固体状態のサンプルから始めて、溶融すると液体状態になり、気化するとガスになり、イオン化によってプラズマになります。
固体は昇華として知られているプロセスによって直接ガスに変換されてもよい。室温で昇華しやすい物質があります。最もよく知られているのは、CO 2またはドライアイス、ナフタレン、ヨウ素です。
サンプルの状態が変化している間、温度は新しい状態になるまで一定のままです。つまり、たとえば、液体の水の一部が沸点に達した場合、その温度は、すべての水が蒸気になるまで一定に保たれます。
このため、温暖化曲線は増加するセクションと水平セクションの組み合わせで構成され、後者は位相変化に対応すると予想されます。これらの曲線の1つを、所定の物質について図3に示します。
図3.特定の物質の加熱曲線。ステップと勾配に基づく一般的な構成。
加熱曲線の解釈
成長間隔ab、cd、efでは、物質はそれぞれ固体、液体、気体として検出されます。これらの領域では、運動エネルギーが増加し、それに伴って温度が上昇します。
紀元前には固体から液体に状態が変化しているため、2つの相が共存しています。これは、サンプルが液体から気体に変わるセクションで発生します。ここでは、ポテンシャルエネルギーが変化し、温度は一定のままです。
逆の手順も可能です。つまり、サンプルを冷却して、他の状態を連続的に採用できます。この場合、冷却曲線について説明します。
加熱曲線は、すべての物質で同じ一般的な外観ですが、もちろん同じ数値ではありません。一部の物質は、他の物質よりも状態が変化するまでに時間がかかり、異なる温度で溶融して蒸発します。
これらの点はそれぞれ融点と沸点として知られており、それぞれの物質の特徴です。
加熱曲線は、常温および大気圧で考えられる温度範囲で固体および液体として存在する何百万もの物質のこれらの温度の数値を示しているため、非常に有用です。
ウォーミングアップ曲線をどのように作成しますか？
原則として、それは非常に簡単です。物質のサンプルを攪拌機を備えた容器に入れ、温度計を挿入して均一に加熱するだけです。
同時に、手順の開始時にストップウォッチが作動し、対応する温度と時間のペアが時々記録されます。
熱源は、良好な加熱速度のガスバーナー、または加熱時に熱を放出する電気抵抗であり、さまざまな出力に接続してさまざまな出力を実現できます。
精度を高めるために、化学実験室で広く使用されている2つの手法があります。
-示差熱分析。
-示差走査熱量測定。
彼らは、研究中のサンプルと高融点、ほとんどの場合酸化アルミニウムを含む別の参照サンプルとの温度差を比較します。これらの方法では、融点と沸点を簡単に見つけることができます。
例（水、鉄…）
図に示す水と鉄の加熱曲線を考えます。時間スケールは表示されていませんが、各グラフのポイントBに対応する両方の物質の溶融温度を区別することはすぐにできます。水では0℃、鉄では1500℃。
図4.水と鉄の加熱曲線。
水は普遍的な物質であり、その状態の変化を確認するために必要な温度範囲は、実験室で簡単に達成できます。鉄にははるかに高い温度が必要ですが、上記のように、グラフの形状は実質的に変化しません。
氷を溶かす
氷のサンプルを加熱すると、グラフによれば、点Aで0℃未満の温度になります。温度が0℃に達するまで一定の割合で上昇していることが観察されます。
氷の中の水分子はより大きな振幅で振動します。溶融温度（B点）に到達すると、分子はすでに互いの前を移動できます。
到達するエネルギーは、分子間の引力を減らすために費やされるため、氷がすべて溶けるまで、BとCの間の温度は一定に保たれます。
水を蒸気に変える
水が完全に液体状態になると、分子の振動が再び増加し、温度がCとDの間で100℃の沸点まで急速に上昇します。DとEの間では、温度はその値のままですが、到達するエネルギーにより、コンテナ内のすべての水が蒸発します。
水蒸気がすべてコンテナに含まれる場合、E点からF点まで加熱を続けることができますが、その限界はグラフには示されていません。
鉄のサンプルは、これらと同じ変更を行うことができます。ただし、材料の性質上、温度範囲は大きく異なります。
参考文献
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