Valstybinių tipų ir jų charakteristikų pokyčiai (su pavyzdžiais)

The valstybės pokyčiai jie yra termodinaminis reiškinys, kai medžiaga patiria grįžtamąjį fizinį pasikeitimą. Manoma, kad jis yra termodinaminis, nes šilumos perdavimas vyksta tarp medžiagos ir aplinkos; arba tai, kas yra ta pati, yra sąveikos tarp medžiagos ir energijos, kurios sukelia dalelių pertvarkymą.

Dalys, kurios patiria valstybės pasikeitimą, lieka tos pačios ir po jos. Slėgis ir temperatūra yra svarbūs kintamieji, kaip jie yra vienoje ar kitoje fazėje. Kai pasikeičia būsena, susidaro dviejų fazių sistema, sudaryta iš tos pačios medžiagos dviejose skirtingose ​​fizinėse būsenose.

Viršutiniame paveikslėlyje matyti pagrindiniai medžiagos pokyčiai įprastomis sąlygomis.

Kieta mėlynos medžiagos kubas gali tapti skystas arba dujinis, priklausomai nuo jo aplinkos temperatūros ir slėgio. Savo ruožtu jis yra tik vienas etapas: kietasis. Tačiau lydymosi momentu, ty lydant, susidaro kieta-skysta pusiausvyra, vadinama sintezė (raudona rodyklė tarp kubo ir melsvojo kritimo).

Kad susidarytų sintezė, kubas turi sugerti šilumą iš savo aplinkos, kad padidintų jo temperatūrą; todėl tai yra endoterminis procesas. Kai kubas visiškai ištirps, vėl yra tik viena fazė: skystos būsenos.

Šis melsvas lašas gali toliau absorbuoti šilumą, kuris padidina jo temperatūrą ir sukelia dujinius burbulus. Vėlgi yra du etapai: vienas skystis ir kita dujos. Kai visas skystis išgaruoja per jo virimo temperatūrą, sakoma, kad jis yra virintas arba išgarintas.

Dabar melsvai lašai virsta debesimis. Iki šiol visi procesai buvo endoterminiai. Melsva dujos gali toliau absorbuoti šilumą, kol jis bus šildomas; tačiau, atsižvelgiant į sausumos sąlygas, atvirkščiai, jis vėl atvėsina ir kondensuojasi skystyje (kondensatas)..

Kita vertus, debesys taip pat gali būti nusodinami tiesiai ant kietos fazės, vėl formuojant kietą kubą (nusodinimą). Šie du paskutiniai procesai yra egzoterminiai (mėlynos rodyklės); tai reiškia, kad jie išleidžia šilumą į aplinką ar aplinką.

Be kondensacijos ir nusėdimo, pasikeičia būklė, kai melsva lašas užšalsta žemoje temperatūroje (kietėjimas).

Indeksas

• 1 Būsenos pokyčių tipai ir jų charakteristikos
  • 1.1 „Fusion“
  • 1.2 Garinimas
  • 1.3 Kondensatas
  • 1.4 Kietėjimas
  • 1.5 Sublimacija
  • 1.6 Nusodinimas
• 2 Kiti būsenos pakeitimai
• 3 Nuorodos

Būsenos pokyčių tipai ir jų charakteristikos

Paveikslėlyje parodyti tipiški trijų (dažniausiai pasitaikančių) materijos būsenų pokyčiai: kietas, skystas ir dujinis. Pakeitimai, kuriuos lydi raudonos rodyklės, yra endoterminiai, susiję su šilumos absorbcija; o kartu su mėlynomis rodyklėmis yra egzoterminiai, jie atleidžia šilumą.

Toliau pateikiamas trumpas kiekvieno iš šių pakeitimų aprašymas, išryškinant kai kurias jo savybes iš molekulinio ir termodinaminio argumentavimo.

„Fusion“

Kietoje būsenoje dalelės (jonai, molekulės, klasteriai ir tt) yra „kaliniai“, esantys fiksuotose erdvės padėtyse, nesugebėdami laisvai judėti. Tačiau jie sugeba vibruoti skirtingais dažniais, ir jei jie yra labai stiprūs, griežta tarpmolekulinių jėgų nustatyta tvarka pradės „trupėti“..

Dėl to gaunamos dvi fazės: viena, kur dalelės lieka uždarytos (kietos), o kita, kur jos yra laisvesnės (skystos), kad pakaktų atstumus, kurie juos atskiria vienas nuo kito. Norint tai pasiekti, kieta medžiaga turi sugerti šilumą, todėl jos dalelės vibruos didesne jėga.

Dėl šios priežasties sintezė yra endoterminė, o pradėjus sakyti, kad atsiranda pusiausvyra tarp kietųjų ir skystųjų fazių..

Šiam pokyčiui sukelti reikalinga šiluma vadinama šiluma arba lydančia suliejimo entalpija (ΔH_Fusas). Tai išreiškia šilumos kiekį (energiją, daugiausia kJ vienetais), kuris turi sugerti vieną molį kietos būsenos medžiagos, kad išlydytų, o ne tik pakelti jo temperatūrą.

Snieguolė

Turint tai omenyje, jūs suprantate, kodėl rankoje lydomas sniego gniūžtė (viršutinis vaizdas). Tai sugeria kūno šilumą, kuris yra pakankamas pakelti sniego temperatūrą virš 0 ° C.

Sniego ledo kristalai sugeria šilumą, kad tik išlydytų, ir kad jų vandens molekulės sukurtų netvarkingesnę struktūrą. Lydydamas sniegas, susidaręs vanduo nesumažina jo temperatūros, nes visa sniego šiluma yra naudojama, kad užbaigtų sintezę.

Garinimas

Tęsiant vandens pavyzdį, dabar įdėjus saują sniego į puodą ir apšvietus ugnį, pastebima, kad sniegas greitai ištirpsta. Kai vanduo įkaista, viduje susidaro nedideli anglies dioksido ir kitų galimų dujinių priemaišų burbuliukai..

Šiluma plečia netvarkingas vandens molekulines konfigūracijas, plečiant jo tūrį ir didinant garų slėgį; todėl yra keletas molekulių, kurios išsiskiria iš paviršinio produkto, kuris padidina garavimą.

Skystas vanduo lėtai didina savo temperatūrą dėl didelio savitosios šilumos (4,184J / ° C). Atsiranda taškas, kur sugeriama šiluma nebenaudoja jo temperatūros, bet pradeda skysčio-garų pusiausvyrą; tai reiškia, kad jis pradeda virti ir visas skystis pateks į dujinę būseną, sugeriant šilumą ir palaikant pastovią temperatūrą.

Čia stebimas intensyvus burbuliavimas ant virinto vandens paviršiaus (viršutinis vaizdas). Skystojo vandens absorbuota šiluma, kad jo pradinių burbuliukų garų slėgis yra lygus išoriniam slėgiui, vadinamas garinimo entalpija (ΔH_Vap).

Slėgio vaidmuo

Slėgis taip pat lemia valstybės pokyčius. Koks yra jo poveikis garinimui? Kuo didesnis slėgis, tuo didesnė šiluma, kurią vanduo turi sugerti, kad virtų, ir todėl jis garuoja virš 100 ° C.

Taip yra todėl, kad slėgio padidėjimas stabdo vandens molekulių išsiskyrimą iš skysčio į dujų fazę.

Slėgio viryklės naudoja šį faktą naudodamos maistą vandenyje iki jo virimo temperatūros.

Kita vertus, kadangi yra vakuumas arba slėgio sumažėjimas, reikia, kad skystas vanduo virtų ir pereitų į dujų fazę. Turint didelį ar mažą spaudimą, virimo metu vanduo turi sugerti atitinkamą garavimo šilumą, kad būtų baigtas jo pasikeitimas.

Kondensatas

Vanduo išgaruoja. Kas toliau? Vandens garai gali dar padidinti savo temperatūrą, tampa pavojinga srovė, galinti sukelti sunkius nudegimus.

Tačiau darysime prielaidą, kad jis atvės. Kaip? Šilumos išleidimas į aplinką ir šilumos atleidimas sako, kad vyksta egzoterminis procesas.

Atleidžiant šilumą, labai energingos dujinės vandens molekulės pradeda sulėtėti. Be to, jų sąveika pradeda veikti efektyviau, kai sumažėja garų temperatūra. Susidarys pirmieji vandens lašai, kondensuoti iš garų, po kurių atsiras didesnių lašelių, galų gale traukiančių gravitaciją.

Norint visiškai užkirsti kelią tam tikram garų kiekiui, jums reikia išleisti tą pačią energiją, bet su priešingu ženklu ΔH_Vap; tai yra kondensacijos entalpija ΔH_Sąvoka. Taigi, atvirkštinė pusiausvyra, garų-skystis yra stabili.

Šlapūs langai

Kondensatą galima stebėti namų namuose. Šalto klimato sąlygomis namo viduje esantis vandens garas susiduria su langu, kuris dėl savo medžiagos temperatūros yra mažesnis nei kitų paviršių.

Čia lengviau suskirstyti garų molekules, sukuriant ploną baltą sluoksnį, lengvai nuimamą rankomis. Kadangi šios molekulės išskiria šilumą (šildo stiklą ir orą), jos pradeda formuoti daugiau grupių, kol jie gali kondensuoti pirmuosius lašus (viršutinis vaizdas).

Kai lašai didina jų dydį, jie perstumia pro langą ir palieka vandens.

Kietėjimas

Kokio kito fizinio pasikeitimo galite iš skysto vandens? Kietėjimas dėl aušinimo; kitaip tariant, jis užšąla. Norėdami užšaldyti, vanduo turi atleisti tą patį šilumos kiekį, kurį ledas sugeria. Vėlgi, ši šiluma vadinama kietėjimo arba užšalimo entalpija, ΔH_Cong (-HH_Fusas).

Atvėsinus vandens molekulės praranda energiją ir jų molekulinės sąveikos tampa stipresnės ir kryptingesnės. Kaip rezultatas, jie yra užsakomi pagal jų vandenilio ryšius ir sudaro vadinamuosius ledo kristalus. Ledo kristalų augimo mechanizmas turi įtakos jų išvaizdai: skaidrus arba baltas.

Jei ledo kristalai auga labai lėtai, jie neuždengia priemaišų, pvz., Dujų, kurios žemoje temperatūroje tirpsta vandenyje. Tokiu būdu burbuliukai išeina ir negali sąveikauti su šviesa; ir dėl to yra ledas kaip skaidrus, kaip ir ypatingo ledo statula (viršutinis vaizdas).

Tas pats atsitinka su ledu, tai gali įvykti su bet kuria kita medžiaga, kuri kietėja aušinant. Galbūt tai yra sudėtingiausias fizinis sausumos sąlygų pokytis, nes galima gauti keletą polimorfų.

Sublimacija

Ar gali sublimuoti vandens? Ne, bent jau ne įprastomis sąlygomis (T = 25 ° C, P = 1 atm). Norint įvykti sublimacijai, ty pasikeitus būsenai iš kietos į dujas, kieto garų slėgis turi būti didelis.

Taip pat labai svarbu, kad jų tarpmolekulinės jėgos nebūtų labai stiprios, pageidautina, jei jos susideda tik iš išsklaidymo jėgų

Labiausiai simbolinis pavyzdys yra kietas jodas. Tai yra pilkai violetinių atspalvių kristalinė kieta medžiaga, turinti didelį garų slėgį. Taip atsitinka, kad iš jos išsiskiria purpurinis garas, kurio tūris ir išplitimas tampa pastebimi, kai jie šildomi.

Viršutiniame paveikslėlyje yra tipiškas eksperimentas, kai kietas jodas išgarinamas stiklo inde. Įdomu ir stebina stebėti, kaip pasklidus purpuriniai garai, ir inicijuotas studentas gali patikrinti, ar nėra jodo..

Tai yra pagrindinė sublimacijos ypatybė: nėra skystosios fazės. Jis taip pat yra endoterminis, nes kieta medžiaga sugeria šilumą, kad padidintų garų slėgį, kad atitiktų išorinį slėgį.

Nusodinimas

Lygiagrečiai jodo sublimacijos eksperimentui turime nusodinimą. Nusodinimas yra priešingas pokytis arba perėjimas: medžiaga iš dujinės būsenos patenka į kietą medžiagą, nesukuriant skystosios fazės.

Kai violetiniai jodo garai liečiasi su šaltu paviršiumi, jie atleidžia šilumą, kad ją šildytų, praranda energiją ir pergrupuotų savo molekules atgal į pilkai violetinę kietą medžiagą (viršutinis vaizdas). Tada tai yra egzoterminis procesas.

Nusodinimas yra plačiai naudojamas medžiagų sintezei, kai jų sudėtyje yra metalo atomų. Jei paviršius yra labai šaltas, šilumos mainai tarp jo ir garų dalelių staiga, praleidžiant per atitinkamą skystąją fazę.

Nusodinimo šiluma arba entalpija (ir ne užstatą) yra atvirkštinė sublimacija (ΔH_Sub= - ΔH_Dep). Teoriškai daugelis medžiagų gali būti sublimuotos, tačiau norint tai pasiekti, būtina manipuliuoti slėgiu ir temperatūra, be to, turite turėti savo diagramą P prieš T; kurioje gali būti vizualizuotos jos tolimos galimos fazės.

Kiti būsenos pakeitimai

Nors jų nekalbama, yra ir kitų dalykų. Kartais jiems būdingas „šiek tiek kiekvienos iš jų“ ir todėl yra jų derinys. Norint juos sukurti, slėgis ir temperatūra turi būti valdomi labai teigiamu (dideliu) arba neigiamu (mažu) mastu.

Taigi, pavyzdžiui, jei dujos yra pernelyg šildomos, jos neteks savo elektronų ir jų teigiamai įkrautos branduolys tuo neigiamu banga taps tuo, kas vadinama plazma. Jis yra sinonimas „elektros dujoms“, nes jis turi didelį elektros laidumą.

Kita vertus, pernelyg mažinant temperatūrą, medžiaga gali elgtis nenuspėjamai; tai yra, unikalios savybės aplink absoliučią nulį (0 K).

Viena iš šių savybių yra superfluidumas ir superlaidumas; taip pat Bose-Einšteino kondensatų susidarymas, kur visi atomai veikia kaip vienas.

Net kai kurie tyrimai rodo fotoninę medžiagą. Juose elektromagnetinės spinduliuotės dalelės, fotonai, yra sugrupuotos, kad susidarytų fotoninės molekulės. Kitaip tariant, tai būtų masės suteikimas šviesos kūnams, teoriškai.

Nuorodos

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Lapkričio 19 d.). Fazių pokyčių tarp valstybių narių sąrašas. Gauta iš: thinkco.com
2. Vikipedija. (2019). Medžiagos būklė Gauta iš: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Keičiančios būsenos. Gauta iš: factmonster.com
4. Meyers Ami. (2019). Fazės keitimas: garinimas, kondensacija, užšaldymas, lydymas, sublimacija ir nusodinimas. Tyrimas. Gauta iš: study.com
5. Bagley M. (2016 m. Balandžio 11 d.). Klausimas: Apibrėžimas ir penkios materijos valstybės. Gauta iš: livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemija (8-asis red.). Mokymosi mokymas.