Если кристаллы иода нагреть до 114 °С, они плавятся, образуя жидкий иод. Температура, при которой кристаллы и жидкость находятся в равновесии, т. е. при которой не проявляется тенденции к плавлению кристаллов или кристаллизации жидкости, называется температурой плавления данных кристаллов или температурой затвердевания (замерзания) жидкости. Для иода эта температура равна 114 °С.
Жидкий иод отличается от твердого (кристаллического) главным образом своей текучестью. Подобно газу, жидкость принимает форму сосуда, в котором находится. В то же время в отличие от газа она, как и твердое тело, имеет определенный объем — 1 г жидкого иода занимает объем около 0,2 см3.
С точки зрения молекулярного строения процесс плавления можно описать следующим образом. При нагревании кристалла движение его молекул усиливается и становится все более энергичным; однако при сравнительно низких температурах это тепловое движение не приводит к тому, что та или иная молекула значительно удаляется от определенного положения, которое обусловлено для нее взаимным расположением соседних молекул в кристалле. При температуре плавления молекулярное движение наконец становится настолько энергичным, что приводит к скольжению молекул одна относительно другой и к изменению в той или иной мере их относительного положения. Они продолжают оставаться вблизи одна от другой, но уже не занимают правильно фиксированного положения; вместо этого взаимное расположение молекул непрерывно меняется, порой сильно напоминая плотнейшую упаковку в кристалле, при которой каждая молекула имеет двенадцать ближайших соседних молекул, а порой значительно отличаясь от такого строения, причем тогда молекула имеет лишь десять, девять или восемь ближайших соседних молекул, как это показано на рис. 2.11. Таким образом, в жидкости, как и в кристалле, молекулы находятся довольно близко одна к другой; однако если кристалл характеризуется правильным расположением атомов или молекул, то жидкость характеризуется неупорядоченностью структуры. Неупорядоченность структуры обычно приводит к тому, что плотность жидкости несколько меньше плотности соответствующего кристалла; иными словами, объем, занимаемый жидкостью, обычно несколько превышает объем, занимаемый кристаллом.
Давление насыщенного пара и температура кипения жидкости
Жидкость, подобно кристаллу, при любой температуре находится в равновесии со своим паром, если концентрация парообразных молекул достигает определенного значения. Давление, соответствующее этой концентрации молекул в газообразном состоянии, называется давлением насыщенного пара жидкости при данной температуре.
Давление пара любой жидкости повышается с повышением температуры. Температура, при которой оно достигает стандартного значения (обычно 1 атм), называется температурой кипения (нормальной температурой кипения) данной жидкости. При этой температуре в жидкости могут возникать пузырьки пара, которые поднимаются к поверхности.
Давление насыщенного пара жидкого иода становится равным 1 атм при 184 °С. Следовательно, 184 °С и есть температура кипения иода.
Другие вещества при нагревании претерпевают аналогичные изменения. Медь при температуре плавления (1083 °С) превращается в жидкость, для которой характерно такое же неупорядоченное расположение атомов меди, какое характерно для расположения молекул в жидком иоде. При давлении 1 атм медь кипит при 2310 °С и превращается в газообразную медь; частицы газообразной меди представляют собой отдельные атомы меди.
Следует обратить внимание на то, что газообразные частицы обычно принято называть молекулами, хотя каждая из них может быть лишь отдельным атомом, как в случае меди.
Зависимость давления пара от температуры
Опытным путем было установлено, что давление насыщенного пара над кристаллами и жидкостями возрастает с повышением температуры. Кривые, показывающие температурную зависимость давления паров кристаллического и жидкого иода, приведены на рис. 2.16.
Рис. 2.16. График температурной зависимости давления насыщенного пара кристаллического и жидкого иода. Температура плавления кристаллического иода — температура, при которой кристаллы и жидкость имеют одно и то же давление пара; температура кипения жидкости (при давлении 1 атм)—температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно 1 атм.