Spremembe tipov držav in njihovih značilnosti (s primeri)



The spremembe države gre za termodinamični pojav, pri katerem so snovi predmet reverzibilnih fizikalnih sprememb. Rečeno je, da je termodinamičen, ker pride do prenosa toplote med snovjo in okolico; ali kaj je isto, obstajajo interakcije med snovjo in energijo, ki inducirajo prerazporeditev delcev.

Delci, ki doživljajo spremembo stanja, ostajajo enaki pred in po njem. Tlak in temperatura sta pomembni spremenljivki pri tem, kako sta nastanjeni v eni ali drugi fazi. Ko pride do spremembe stanja, se oblikuje dvofazni sistem, ki je sestavljen iz istega materiala v dveh različnih fizikalnih stanjih.

Na zgornji sliki so prikazane glavne spremembe stanja, do katerih je prišlo v normalnih pogojih.

Trdna kocka modrikaste snovi lahko postane tekoča ali plinasta, odvisno od temperature in tlaka okolice. Samo po sebi predstavlja samo eno fazo: trdno. Toda v trenutku taljenja, to je taljenje, se vzpostavi ravnotežje med trdno in tekočo fuzijo (rdeča puščica med kocko in modrikasto kapljico).

Da bi prišlo do fuzije, mora kocka absorbirati toploto iz okolice, da bi povečala svojo temperaturo; zato je endotermni proces. Ko se kocka popolnoma stopi, je ponovno le ena faza: tekoča.

Ta modrikasta kapljica lahko še naprej absorbira toploto, kar poveča njeno temperaturo in povzroči nastanek plinastih mehurčkov. Ponovno imamo dve fazi: eno tekočino in drugi plin. Ko se vsa tekočina izhlapi skozi njeno vrelišče, se reče, da je vrela ali uparila.

Zdaj se modrikaste kapljice spremenijo v oblake. Do sedaj so bili vsi procesi endotermni. Modrikasti plin lahko še naprej absorbira toploto, dokler se ne segreje; vendar se glede na zemeljske razmere to nasprotno nagiba k ohlajanju in kondenzaciji v tekočini (kondenzacija).

Po drugi strani pa se lahko oblaki odlagajo tudi neposredno na trdno fazo, ponovno tvorijo trdno kocko (usedanje). Zadnja dva procesa sta eksotermna (modre puščice); to pomeni, da oddajajo toploto okolju ali okolici.

Poleg kondenzacije in odlaganja pride do spremembe stanja, ko modrikasta kapljica zamrzne pri nizkih temperaturah (strjevanje).

Indeks

  • 1 Vrste statusnih sprememb in njihove značilnosti
    • 1.1 Fuzija
    • 1.2 Izhlapevanje
    • 1.3 Kondenzacija
    • 1.4 Strjevanje
    • 1.5 Sublimacija
    • 1.6 Odlaganje
  • 2 Druge spremembe statusa
  • 3 Reference

Vrste statusnih sprememb in njihove značilnosti

Slika prikazuje tipične spremembe za tri (najpogostejša) stanja snovi: trdno, tekoče in plinasto. Spremembe, ki jih spremljajo rdeče puščice, so endotermne, vključujejo absorpcijo toplote; medtem ko so tisti, ki jih spremljajo modre puščice, eksotermni, sproščajo toploto.

Spodaj je podan kratek opis vsake od teh sprememb, pri čemer so nekatere njegove značilnosti poudarjene z molekularnim in termodinamičnim razmišljanjem.

Fuzija

V trdnem stanju so delci (ioni, molekule, grozdi itd.) »Zaporniki«, ki se nahajajo v fiksnih prostorih prostora, ne da bi se lahko prosto gibali. Vendar pa so sposobni vibrirati na različnih frekvencah, in če so zelo močni, se bo strog red, ki ga nalagajo medmolekularne sile, začel "sesivati"..

Tako dobimo dve fazi: eno, v kateri delci ostanejo zaprti (trdni), in drugi, kjer so bolj prosti (tekoči), dovolj za povečanje razdalj, ki jih ločujejo drug od drugega. Da bi to dosegli, mora trdna snov absorbirati toploto, zato bodo njeni delci vibrirali z večjo močjo.

Zaradi tega je fuzija endotermna, in ko se začne, se pravi, da pride do ravnotežja med fazama trdna in tekoča..

Toplota, potrebna za to spremembo, se imenuje toplotna ali talilna entalpija taljenja (ΔH)Fus). To izraža količino toplote (energije, v glavnem v kJ), ki mora absorbirati en mol snovi v trdnem stanju, da se tali, in ne zgolj zvišati njene temperature..

Snowball

S tem v mislih, razumete, zakaj se snežne kepe v vaši roki topijo (zgornja slika). To absorbira telesno toploto, kar je dovolj za dvig temperature snega nad 0 ° C.

Ledeni kristali, ki so prisotni v snegu, absorbirajo toploto samo zato, da se stopijo, in da njihove vodne molekule sprejmejo bolj neurejeno strukturo. Medtem ko se sneg stopi, nastala voda ne bo povečala njene temperature, saj se vso toploto roke uporablja za dokončanje fuzije snega.

Izhlapevanje

Če nadaljujemo z zgledom vode, zdaj postavimo peščico snega v lonec in razsvetlimo ogenj, opazimo, da se sneg hitro topi. Ko se voda segreje, se v njej začnejo tvoriti majhni mehurčki ogljikovega dioksida in druge možne nečistoče..

Toplota razširja neurejene konfiguracije vode molekularno, povečuje njen volumen in povečuje njegov parni tlak; zato obstaja več molekul, ki izhajajo iz površinskega produkta povečanega izhlapevanja.

Tekoča voda počasi poveča svojo temperaturo zaradi visoke specifične toplote (4,184 J / ° C) g). Pride točka, kjer se absorbirana toplota ne uporablja več za dvig temperature, ampak za začetek ravnotežja tekočine in pare; to pomeni, da začne vreti in vsa tekočina bo šla v plinasto stanje, medtem ko absorbira toploto in ohranja temperaturo konstantno.

Tu opazimo intenzivno mehurjenje na površini kuhane vode (zgornja slika). Toplota, ki jo absorbira tekoča voda, tako da je parni tlak njenih začetnih mehurčkov enaka zunanjemu tlaku, se imenuje entalpija uparjanja (ΔH)Vap).

Vloga pritiska

Tlak je odločilen tudi pri spremembah stanja. Kakšen je njegov učinek na izhlapevanje? To pri višjem tlaku, večja je toplota, ki jo mora voda absorbirati do vrenja, zato se upari nad 100 ° C.

To je zato, ker povečanje tlaka ovira iztekanje vodnih molekul iz tekočine v plinsko fazo.

Tlačni štedilniki to dejstvo uporabljajo v svojo korist za ogrevanje hrane v vodi do temperature nad vreliščem.

Po drugi strani, ker je vakuum ali zmanjšanje tlaka, tekoča voda potrebuje nižjo temperaturo, da zavre in se premakne v plinsko fazo. Pri velikem ali majhnem pritisku mora voda v času vretja absorbirati svojo toploto izparevanja za dokončanje spremembe stanja..

Kondenzacija

Voda se je uparila. Kaj je naslednje? Vodna para lahko še vedno poveča svojo temperaturo in postane nevarna struja, ki lahko povzroči hude opekline.

Predpostavimo, da se namesto tega ohladi. Kako? Sproščanje toplote v okolje in sproščanje toplote pomeni, da se pojavlja eksotermni proces.

Pri sproščanju toplote se začnejo upočasniti visoko energetske plinske molekule vode. Tudi njihove interakcije so učinkovitejše, ko temperatura pare pade. Prve kapljice vode se bodo oblikovale, kondenzirane iz pare, sledile pa bodo večje kapljice, ki jih bo privlačila gravitacija.

Za popolno spuščanje določene količine hlapov morate sprostiti enako energijo, vendar z nasprotnim znakom, na ΔHVap; to je njena entalpija kondenzacije ΔHCond. Tako je inverzno ravnovesje, para-tekočina, stabilno.

Mokra okna

Kondenzacijo lahko opazimo v oknih domov. V hladnem podnebju je vodna para v hiši trčila z oknom, ki ima zaradi materiala nižjo temperaturo od drugih površin..

Mogoče je, da se molekule hlapov lažje združijo, kar ustvarja tanko belo plast, ki se lahko ročno enostavno odstrani. Ko te molekule sproščajo toploto (segrevanje stekla in zraka), začnejo tvoriti številnejše skupine, dokler ne morejo kondenzirati prvih kapljic (top slika)..

Ko kapljice zelo povečajo svojo velikost, drsijo skozi okno in pustijo vodo.

Strjevanje

Kakšne druge fizične spremembe lahko trpiš iz tekoče vode? Strjevanje zaradi hlajenja; z drugimi besedami, zamrzne. Za zamrznitev mora voda sprostiti enako količino toplote, kot jo absorbira led, da se topi. Tudi ta toplota se imenuje entalpija strjevanja ali zamrzovanja, ΔHCong (-AHFus).

Ko se ohladijo, vodne molekule izgubijo energijo in njihove medmolekularne interakcije postanejo močnejše in usmerjene. Posledično jih urejajo vodikove vezi in tvorijo tako imenovane ledene kristale. Mehanizem, s katerim rastejo kristali ledu, vpliva na njihov videz: prozorni ali beli.

Če ledeni kristali rastejo zelo počasi, ne prekrivajo nečistoč, kot so plini, ki so pri nizkih temperaturah topni v vodi. Tako mehurčki uhajajo in ne morejo vplivati ​​na svetlobo; in zato je led tako pregleden kot izreden ledeni kip (zgornja slika).

Enako se zgodi z ledom, lahko se zgodi s katero koli drugo snovjo, ki se strdi s hlajenjem. Morda je to najbolj zapletena fizična sprememba v kopenskih pogojih, saj je mogoče dobiti več polimorfov.

Sublimacija

Ali lahko voda sublimira? Ne, vsaj ne v normalnih pogojih (T = 25 ° C, P = 1 atm). Da bi prišlo do sublimacije, tj. Spremembe stanja iz trdnega v plin, mora biti parni tlak trdne snovi visok.

Prav tako je pomembno, da njihove medmolekularne sile niso zelo močne, po možnosti če so sestavljene samo iz razpršilnih sil

Najbolj simboličen primer je trden jod. Gre za kristalno trdno sivkasto-vijoličast ton, ki ima visok parni tlak. To je tako, da se pri tem sprosti vijolična para, katere volumen in ekspanzija postaneta opazna, kadar sta izpostavljena segrevanju.

Zgornja slika prikazuje tipičen eksperiment, pri katerem se trdni jod upari v stekleni posodi. Zanimivo in zanimivo je opazovati, kako se razpršijo vijolične pare, in iniciirani študent lahko preveri odsotnost tekočega joda..

To je glavna značilnost sublimacije: ni prisotna tekoča faza. Prav tako je endotermičen, saj trdna snov absorbira toploto, da bi povečala svoj parni tlak, da se ujema z zunanjim tlakom.

Odlaganje

Vzporedno z eksperimentom sublimacije joda imamo njegovo odlaganje. Odstranjevanje je nasprotna sprememba ali prehod: snov prehaja iz plinastega stanja v trdno brez tvorbe tekoče faze.

Ko vijolične jodove pare pridejo v stik s hladno površino, sproščajo toploto, da jo segrejejo, izgubijo energijo in ponovno združijo svoje molekule v sivo-vijolično trdno snov (top image). To je potem eksotermni proces.

Depozicija se pogosto uporablja za sintezo materialov, kjer jih dopirajo s kovinskimi atomi s prefinjenimi tehnikami. Če je površina zelo mrzla, je izmenjava toplote med njo in parnimi delci nenadna, izpuščanje prehoda skozi posamezno tekočo fazo..

Toplota ali entalpija usedanja (in ne. \ T polog) je inverzna sublimacija (ΔH.)Pod= - ΔHDep). Teoretično lahko številne snovi sublimiramo, toda za dosego tega je potrebno manipulirati s pritiski in temperaturami, poleg tega pa morate imeti na razpolago svoj diagram P vs T; v katerih se lahko vizualizirajo njegove oddaljene faze.

Druge spremembe statusa

Čeprav se o njih ne omenja, obstajajo še druga stanja snovi. Včasih so označene z "malo vsakega" in so zato kombinacija. Da bi jih ustvarili, je treba pritiske in temperature uravnavati z zelo pozitivnimi (velikimi) ali negativnimi (majhnimi) velikostmi.

Tako, na primer, če se plini prekomerno segrejejo, bodo izgubili svoje elektrone in njihova pozitivno nabita jedra v tem negativnem toku bodo predstavljala tako imenovano plazmo. Je sinonim za "električni plin", saj ima visoko električno prevodnost.

Po drugi strani pa se lahko s prevelikim znižanjem temperature materija obnaša nepričakovano; to pomeni, da imajo edinstvene lastnosti okrog absolutne ničle (0 K).

Ena od teh lastnosti je superfluidnost in superprevodnost; kot tudi nastanek Bose-Einsteinovega kondenzata, kjer se vsi atomi obnašajo kot eni.

Tudi nekatere raziskave kažejo na fotonsko snov. V njih so delci elektromagnetnega sevanja, fotoni, združeni v fotonske molekule. To pomeni, da bi teoretično dala maso svetlobnim telesom.

Reference

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. november 2018). Seznam faznih sprememb med stanjem stvari. Vzpostavljeno iz: thoughtco.com
  2. Wikipedija. (2019). Stanje snovi Vzpostavljeno iz: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Spreminjanje stanja. Vzpostavljeno iz: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Sprememba faze: izhlapevanje, kondenzacija, zamrzovanje, taljenje, sublimacija in odlaganje. Študija. Vzpostavljeno iz: study.com
  5. Bagley M. (11. april 2016). Zadeva: definicija in pet stanj snovi. Vzpostavljeno iz: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.