Endringer av statlige typer og deres egenskaper (med eksempler)



den endringer av staten de er et termodynamisk fenomen der saken gjennomgår reversible fysiske endringer. Det sies å være termodynamisk fordi varmeoverføring skjer mellom materie og omgivelser; eller hva som er det samme, er det vekselvirkning mellom materie og energi som fremkaller en omplassering av partiklene.

Partiklene som opplever statsendring forblir de samme før og etter det. Trykk og temperatur er viktige variabler i hvordan de blir innkvartert i en eller annen fase. Når en tilstandsendring oppstår, dannes et tofasesystem som består av det samme materialet i to forskjellige fysiske tilstander.

Toppbildet viser de viktigste endringene i tilstanden som materialet opplever under normale forhold.

En solid kube av en blåaktig substans kan bli flytende eller gassformig, avhengig av temperatur og trykk i omgivelsene. I seg selv representerer den bare en fase: den faste. Men i øyeblikket av smelting, det smelter, etableres en fast-væske likevekt kalt fusjon (rød pil mellom kuben og den blåaktige dråpen).

For fusjon skal oppstå, må kuben absorbere varme fra omgivelsene for å øke temperaturen; Derfor er det en endoterm prosess. Når kuben er helt smeltet, er det igjen en gang bare en fase: den av væsken.

Denne blåaktige dråpen kan fortsette å absorbere varme, noe som øker temperaturen og fører til dannelsen av gassformige bobler. Igjen er det to faser: en væske og den andre gassen. Når all væske har fordampet gjennom kokpunktet, blir det da sagt at den har kokt eller fordampet.

Nå forvandlet de blåaktige dråpene til skyene. Hittil har alle prosesser vært endoterme. Den blåaktige gassen kan fortsette å absorbere varme til oppvarming; Men i motsetning til de terrestriske forhold har dette tvert imot avkjøling og kondensering igjen i væsken (kondensering).

På den annen side kan skyer også avsettes direkte på en fast fase, og igjen danner den faste kuben (avsetning). Disse to siste prosessene er eksoterme (blåpiler); det vil si at de gir varme til miljøet eller omgivelsene.

I tillegg til kondensasjon og avsetning skjer en tilstandsendring når den blåaktig dråpen fryser ved lave temperaturer (størkning).

index

  • 1 Typer statusendringer og deres egenskaper
    • 1.1 Fusjon
    • 1.2 Fordampning
    • 1.3 Kondensering
    • 1.4 Stivelse
    • 1,5 Sublimering
    • 1.6 Deposisjon
  • 2 Andre statusendringer
  • 3 referanser

Typer av statusendringer og deres egenskaper

Bildet viser de typiske endringene for de tre mest vanlige tilstandene: solid, flytende og gassformig. Endringene ledsaget av de røde pilene er endotermiske, de innebærer opptak av varme; mens de som er ledsaget av de blå pilene, er eksoterm, frigjør de varme.

Nedenfor er en kort beskrivelse av hver av disse endringene, og fremhever noen av dens egenskaper fra en molekylær og termodynamisk begrunnelse.

fusjon

I fast tilstand er partiklene (ioner, molekyler, klynger, etc.) "fanger", plassert i faste posisjoner uten å kunne bevege seg fritt. Imidlertid er de i stand til å vibrere ved forskjellige frekvenser, og hvis de er veldig sterke, vil den strenge rekkefølgen påført av intermolekylære krefter begynne å "smuldre"..

Som et resultat oppnås to faser: en hvor partiklene forblir innestengt (fast), og en annen hvor de er mer fri (flytende), nok til å øke avstandene som adskiller dem fra hverandre. For å oppnå dette må det faste stoffet absorbere varme, og dermed vil partiklene vibrere med større kraft.

Av denne grunn er fusjonen endotermisk, og når den starter, sies det at en balanse mellom de faste væskefasene oppstår.

Varmen som er nødvendig for å gi denne forandringen, kalles varme eller smeltende entalpy av fusjon (ΔHFUS). Dette uttrykker mengden varme (energi, i enheter av kJ hovedsakelig) som må absorbere en mol stoff i fast tilstand for å smelte og ikke bare øke temperaturen.

snøball

Med dette i bakhodet forstår du hvorfor en snøball smelter i hånden (toppbilde). Dette absorberer kroppsvarme, som er nok til å øke temperaturen på snøen over 0 ° C.

Iskrystallene tilstede i snøen absorberer varmen bare for å smelte og for deres vannmolekyler å adoptere en mer uordnet struktur. Mens snøen smelter, vil det dannede vannet ikke øke temperaturen, siden all varmen av hånden blir brukt av snøen for å fullføre sin fusjon.

fordamping

Fortsetter med eksempelet på vann, legger nå en håndfull snø i en gryte og lyser brannen, det observeres at snøen raskt smelter. Som vannet oppvarmer, begynner små bobler av karbondioksid og andre mulige gassformige urenheter å formes innvendig..

Varmen utvider de uordnede konfigurasjonene av vann molekylært, utvider dens volum og øker dens damptrykk; Derfor er det flere molekyler som rømmer fra overflateproduktet av økende fordampning.

Flytende vann øker langsomt temperaturen på grunn av den høye spesifikke varmen (4.184J / ° C ∙ g). Det kommer et punkt der den absorberte varmen ikke bruker den til å øke temperaturen, men for å starte væske-damp-likevekten. det begynner å koke og all væske vil gå inn i gassformet tilstand mens du absorberer varmen og holder temperaturen konstant.

Det er her den sterke boblingen på overflaten av det kokte vannet blir observert (toppbilde). Varmen som absorberes av væskevannet, slik at damptrykket av dens begynnende bobler er lik det ytre trykket, kalles fordampningsenthalpi (ΔHVap).

Pressens rolle

Trykket er også determinant i endringer i tilstanden. Hva er dens effekt på fordampning? At ved høyere trykk, jo større er varmen som vannet må absorbere for å koke, og det fordamper derfor over 100 ° C.

Dette skyldes at økningen i trykk hindrer utslipp av vannmolekyler fra væsken til gassfasen.

Trykkkokere bruker dette faktum til fordel for å varme mat i vann til en temperatur over kokepunktet.

På den annen side, da det er et vakuum eller en reduksjon i trykk, trenger det flytende vannet en lavere temperatur å koke og bevege seg til gassfasen. Med mye eller lite trykk, når kokingen er nødvendig, må vannet absorbere sin respektive fordampningsvarme for å fullføre sin tilstandsendring.

kondens

Vannet har fordampet. Hva er neste? Vanndamp kan fortsatt øke temperaturen og bli en farlig strøm som kan forårsake alvorlige forbrenninger.

La oss imidlertid anta at det avkjøles i stedet. Hvordan? Å frigjøre varme til miljøet og frigjøre varme det sies at en eksoterm prosess forekommer.

Ved utgivelse av varme begynner de svært energiske gassformige vannmolekylene å senke seg. Også deres interaksjoner begynner å være mer effektive ettersom damptemperaturen faller. Første dråper med vann dannes, kondensert fra dampen, etterfulgt av større dråper som til slutt blir tiltrukket av tyngdekraften.

For å helt nedkjøle en viss mengde damp trenger du å frigjøre den samme energien, men med motsatt tegn, til ΔHVap; det vil si dens kondensasjons entalh ΔHcond. Dermed er den inverse likevekt, damp-væske stabil.

Wetted vinduer

Kondensasjonen kan observeres i vinduene på hjemmene. I kaldt vær, vanndampen som inneholdes inne i huset støter sammen med vinduet, som for sin materiale har en lavere temperatur enn andre overflater.

Der er det lettere for dampmolekylene å gruppere sammen, og skape et tynt hvitt lag som lett kan fjernes for hånd. Da disse molekylene frigjør varme (oppvarming av glass og luft), begynner de å danne flere klaser til de kan kondensere de første dråpene (toppbildet).

Når dråpene øker størrelsen deres, glir de gjennom vinduet og legger et våknevann.

størkning

Hvilken annen fysisk forandring kan du lide av flytende vann? Stivelsen på grunn av avkjøling; det fryser med andre ord. For å fryse, må vannet frigjøre den samme mengden varme som isen absorberer for å smelte. Igjen kalles denne varmen enthalpi av størkning eller frysning, ΔHCong (-ΔHFUS).

Når avkjølt, mister vannmolekylene energi og deres intermolekylære interaksjoner blir sterkere og retningsbestemt. Som et resultat blir de bestilt av deres hydrogenbindinger og danner de såkalte iskrystaller. Mekanismen ved hvilken iskrystaller vokser har innvirkning på utseendet deres: gjennomsiktig eller hvit.

Hvis iskrystaller vokser veldig sakte, innesluter de ikke urenheter, for eksempel gasser som ved lave temperaturer blir solubilisert i vann. Således kommer bobler til å slippe ut og kan ikke interagere med lys; og derfor er det en is som er så gjennomsiktig som en ekstraordinær isstatue (toppbilde).

Det samme skjer med is, det kan skje med noe annet stoff som størkner ved avkjøling. Kanskje dette er den mest komplekse fysiske forandringen i terrestriske forhold, da flere polymorfer kan oppnås.

sublime

Kan vann sublimere? Nei, i det minste ikke under normale forhold (T = 25 ° C, P = 1 atm). For sublimering skal forekomme, det vil si tilstandsendringen fra fast til gass, må damptrykket til det faste stoffet være høyt.

Det er også viktig at deres intermolekylære krefter ikke er veldig sterke, fortrinnsvis hvis de bare består av spredningskrefter

Det mest symbolske eksempelet er fast jod. Det er et krystallinsk faststoff av grå-lilla toner, som har et høyt damptrykk. Dette er slik at en lilla damp frigjøres i sin handling, hvis volum og ekspansjon blir merkbar når den blir utsatt for oppvarming.

Det øvre bildet viser et typisk eksperiment hvor fast jod fordampes i en glassbeholder. Det er interessant og slående å observere hvordan lilla damper er diffunderte, og den initierte studenten kan verifisere fraværet av flytende jod.

Dette er hovedkarakteristikken for sublimering: det er ingen tilstedeværelse av en væskefase. Det er også endotermisk, siden det faste stoffet absorberer varmen for å øke dens damptrykk for å matche det ytre trykk.

avsetning

Parallelt med forsøket på sublimering av jod, har vi sin avsetning. Deposisjon er den motsatte endringen eller overgangen: stoffet passerer fra gassformen til det faste stoffet uten dannelse av en flytende fase.

Når lilla joddamper kommer i kontakt med en kald overflate, frigjør de varme for å varme den, mister energi og omgrupperer molekylene tilbake i det grå-lilla faste stoffet (toppbildet). Det er da en eksoterm prosess.

Deposisjon er mye brukt til syntese av materialer hvor de er dopet med metallatomer ved sofistikerte teknikker. Hvis overflaten er veldig kald, er varmevekslingen mellom den og damppartiklene brå, idet passasjen utelates gjennom den respektive flytende fase.

Varmen eller entalpien av avsetning (og ikke avsetning) er den inverse av sublimering (ΔHsub= - ΔHDep). I teorien kan mange stoffer sublimeres, men for å oppnå dette er det nødvendig å manipulere trykk og temperaturer, i tillegg må du ha diagrammet ditt P vs T for hånden; der dets fjerne mulige faser kan visualiseres.

Andre statusendringer

Selv om det ikke er noen omtale av dem, er det andre saksforhold. Noen ganger er de preget av å ha "litt av hver og en", og er derfor en kombinasjon av dem. For å generere dem, må trykk og temperaturer manipuleres ved svært positive (store) eller negative (små) størrelser.

For eksempel, hvis gassene blir oppvarmet for mye, vil de miste sine elektroner og deres positivt ladede kjerne i den negative tidevannet vil utgjøre det som er kjent som plasma. Det er synonymt med "elektrisk gass", siden den har en høy elektrisk ledningsevne.

På den annen side, ved å senke temperaturene for mye, kan saken oppføre seg ubemannet; det vil si at de har unike egenskaper rundt absolutt null (0 K).

En av disse egenskapene er superfluiditet og superledningsevne; samt dannelsen av Bose-Einstein-kondensatene, der alle atomer oppfører sig som en.

Selv noen undersøkelser peker på fotonisk materie. I dem grupperes partikler av elektromagnetisk stråling, fotoner, for å danne fotoniske molekyler. Det vil si at det vil gi masse til lysets legemer, teoretisk.

referanser

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. november 2018). Liste over faseendringer mellom tilstandsforhold. Hentet fra: thoughtco.com
  2. Wikipedia. (2019). Materiell Hentet fra: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Endre tilstander. Hentet fra: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Faseendring: Fordampning, kondens, frysing, smelting, sublimering og deponering. Study. Hentet fra: study.com
  5. Bagley M. (11. april 2016). Matter: Definisjon og de fem tilstandene. Hentet fra: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utgave). CENGAGE Learning.