Промени в типовете на състоянието и техните характеристики (с примери)



на промени в държавата те са термодинамичен феномен, където материята претърпява обратими физически промени. Смята се, че е термодинамичен, защото преносът на топлина се случва между материя и околна среда; или това, което е същото, има взаимодействия между материя и енергия, които предизвикват прегрупиране на частиците.

Частиците, които преживяват промяната на състоянието, остават същите преди и след нея. Налягането и температурата са важни променливи в начина, по който те се настаняват в една или друга фаза. При промяна на състоянието се образува двуфазна система, състояща се от един и същ материал в две различни физични състояния.

Най-горното изображение показва основните промени в състоянието на материала при нормални условия.

Твърд куб от синкаво вещество може да стане течен или газообразен в зависимост от температурата и налягането на околната среда. Сама по себе си тя представлява само една фаза: твърдата. Но в момента на топене, т.е. топене, се установява равновесие в твърдо и течно състояние, наречено сливане (червена стрелка между куба и синкавата капка).

За да се получи синтез, кубът трябва да абсорбира топлината от околността, за да повиши температурата си; следователно това е ендотермичен процес. След като кубът се разтопи напълно, отново има само една фаза: тази на течното състояние.

Този синкав спад може да продължи да абсорбира топлината, което увеличава температурата му и води до образуването на газови мехурчета. Отново, има две фази: една течност и другият газ. Когато цялата течност се изпари през точката на кипене, тогава се казва, че тя е сварена или изпарена.

Сега синкавите капки се превръщат в облаци. Досега всички процеси са били ендотермични. Синкавият газ може да продължи да абсорбира топлината до нагряване; въпреки това, предвид земните условия, това напротив има тенденция да се охлажда и кондензира отново в течността (кондензация).

От друга страна, облаците могат също да се отлагат директно върху твърда фаза, отново образувайки твърдия куб (отлагане). Тези два последни процеса са екзотермични (сини стрелки); т.е. те отделят топлина на околната среда или околността.

В допълнение към кондензацията и отлагането, промяна на състоянието настъпва, когато синкавата капка замръзва при ниски температури (втвърдяване).

индекс

  • 1 Видове промени в състоянието и техните характеристики
    • 1.1 Сливане
    • 1.2 Изпаряване
    • 1.3 Кондензация
    • 1.4 Втвърдяване
    • 1.5 Сублимация
    • 1.6 Отлагане
  • 2 Други промени в състоянието
  • 3 Препратки

Видове промени в състоянието и техните характеристики

Изображението показва типичните промени за трите (най-често срещани) състояния на материята: твърдо, течно и газообразно. Промените, придружени от червените стрелки, са ендотермични, те включват абсорбцията на топлина; докато тези, придружени от сините стрелки, са екзотермични, те освобождават топлина.

По-долу е дадено кратко описание на всяка от тези промени, подчертавайки някои от неговите характеристики от молекулярно и термодинамично разсъждение.

сливане

В твърдото състояние частиците (йони, молекули, купове и т.н.) са "затворници", разположени в неподвижни позиции на пространството, без да могат да се движат свободно. Въпреки това, те са способни да вибрират на различни честоти, а ако са много силни, строгият ред, наложен от междумолекулните сили, ще започне да се "разпада"..

В резултат се получават две фази: една, в която частиците остават затворени (твърди), а другата, където те са по-свободни (течни), достатъчно, за да увеличат разстоянията, които ги разделят един от друг. За да постигне това, твърдото вещество трябва да абсорбира топлината и по този начин частиците му ще вибрират с по-голяма сила.

Поради тази причина сливането е ендотермично и когато започне, се казва, че се получава баланс между фазите на твърда и течна фаза..

Топлината, необходима за предизвикване на тази промяна, се нарича топлинна или топителна енталпия на сливане (АНмрежовото). Това изразява количеството топлина (енергия, основно в единици kJ), които трябва да абсорбират един мол от веществото в твърдо състояние, за да се стопят, а не просто да повишават температурата му.

снежна топка

Имайки това предвид, вие разбирате защо една снежна топка се топи в ръката ви (отгоре изображение). Това абсорбира топлината на тялото, което е достатъчно, за да повиши температурата на снега над 0 ° C.

Ледените кристали, присъстващи в снега, поглъщат топлината само за да се стопят и техните водни молекули приемат по-разбъркана структура. Докато снегът се топи, образуваната вода няма да повиши температурата му, тъй като цялата топлина на ръката се използва от снега, за да завърши сливането му..

изпаряване

Продължавайки с примера на водата, сега поставяйки шепа сняг в гърне и запалвайки огъня, се забелязва, че снегът бързо се топи. Когато водата се нагрява, вътре в нея започват да се образуват малки мехурчета въглероден диоксид и други възможни газообразни примеси..

Топлината удължава разрушените конфигурации на водата молекулярно, разширявайки нейния обем и увеличавайки налягането на парите; следователно има няколко молекули, които излизат от повърхностния продукт на нарастващо изпаряване.

Течната вода бавно увеличава температурата си поради високата си специфична топлина (4.184J / ° C ∙ g). Идва точка, в която абсорбираната топлина вече не я използва, за да повиши температурата си, а да започне равновесието между течността и парата; това означава, че започва да кипи и цялата течност ще отиде в газообразно състояние, докато абсорбира топлината и поддържа температурата постоянна.

Това е мястото, където се наблюдава интензивно барботиране на повърхността на преварена вода (отгоре изображение). Поглъщаната от течната вода топлина, така че налягането на парите на неговите начални мехурчета да е равно на външното налягане, се нарича енталпия на изпаряване (ΔH)Вап).

Ролята на натиска

Натискът също е определящ фактор в промяната на състоянието. Какъв е ефектът му върху изпарението? Това при по-високо налягане, толкова по-голяма е топлината, която водата трябва да абсорбира, за да заври, и следователно, тя се изпарява над 100 ° C.

Това е така, защото увеличаването на налягането пречи на изтичането на водни молекули от течността към газовата фаза.

Готварските печки под налягане използват този факт в тяхна полза, за да затоплят храната във вода до температура над точката на кипене.

От друга страна, тъй като има вакуум или намаление на налягането, течната вода се нуждае от по-ниска температура за кипене и преминаване към газовата фаза. При много или малко налягане във времето на кипене водата трябва да абсорбира съответната топлина на изпаряване, за да завърши промяната на състоянието си.

кондензация

Водата се изпари. Какво следва? Водната пара все още може да повиши температурата си, като се превръща в опасен ток, който може да причини тежки изгаряния.

Но нека предположим, че вместо това се охлажда. Как? Изпускане на топлина в околната среда и освобождаване на топлина се казва, че се осъществява екзотермичен процес.

Когато отделят топлина, високоенергийните газообразни водни молекули започват да се забавят. Също така, техните взаимодействия започват да бъдат по-ефективни, когато температурата на парата спадне. Първите капчици вода ще се образуват, кондензирани от изпаренията, последвани от по-големи капчици, които в крайна сметка ще бъдат привлечени от гравитацията.

За да овладеете изцяло определено количество пари, трябва да освободите същата енергия, но с противоположен знак, на ΔHВап; неговата енталпия на кондензация АНДир. Така, обратното равновесие, пара-течност е стабилно.

Омокрени прозорци

Кондензацията може да се наблюдава в прозорците на домовете. В студен климат, водната пара вътре в къщата се сблъсква с прозореца, който поради своя материал има по-ниска температура от другите повърхности..

Там е по-лесно за молекулите на парите да се групират заедно, създавайки тънък белезникав слой, който лесно се отстранява на ръка. Тъй като тези молекули отделят топлина (загряват стъклото и въздуха), те започват да образуват многобройни клъстери, докато могат да кондензират първите капки (отгоре изображение).

Когато капките се увеличат много, те се плъзгат през прозореца и оставят вода.

втвърдяване

От течна вода, какви други физически промени може да страдате? Втвърдяването поради охлаждане; с други думи, замръзва. За да замръзне, водата трябва да освободи същото количество топлина, което ледът поглъща, за да се стопи. Отново, тази топлина се нарича енталпия на втвърдяване или замразяване, ΔHCong (-ΔHмрежовото).

Когато се охладят, водните молекули губят енергия и техните междумолекулни взаимодействия стават по-силни и насочени. В резултат на това те са подредени по техните водородни връзки и образуват така наречените ледени кристали. Механизмът, с който растат ледените кристали, оказва влияние върху външния им вид: прозрачен или бял.

Ако ледените кристали растат много бавно, те не запушват примесите, като газове, които при ниски температури се солюбилизират във вода. Така мехурчетата излизат и не могат да взаимодействат със светлината; и следователно, има лед, който е прозрачен като този на извънредна ледена статуя (отгоре изображение).

Същото се случва и с леда, може да се случи с всяко друго вещество, което се втвърдява чрез охлаждане. Може би това е най-сложната физическа промяна в земните условия, тъй като могат да се получат няколко полиморфи.

сублимация

Може ли водата да се сублимира? Не, поне при нормални условия (T = 25 ° C, P = 1 atm). За да възникне сублимация, т.е. промяната на състоянието от твърдо към газ, налягането на парите на твърдото вещество трябва да бъде високо.

Също така е важно техните междумолекулни сили да не са много силни, за предпочитане, ако те се състоят само от сили на разпръскване

Най-емблематичният пример е твърдият йод. Това е кристално твърдо вещество с сиво-пурпурни тонове, което има високо налягане на парите. Това е така, че при действието му се освобождава пурпурен пара, чийто обем и разширение стават забележими, когато се подлагат на нагряване.

Горният образ показва типичен експеримент, при който твърдият йод се изпарява в стъклен съд. Интересно и впечатляващо е да се наблюдава как се разпространяват пурпурни изпарения, а инициираният ученик може да провери отсъствието на течен йод.

Това е основната характеристика на сублимацията: няма наличие на течна фаза. Той е също ендотермичен, тъй като твърдото вещество абсорбира топлината, за да увеличи налягането на парите, за да съвпадне с външното налягане.

отлагане

Паралелно с експеримента за сублимация на йод, имаме неговото отлагане. Отлагането е обратната промяна или преход: веществото преминава от газовото състояние към твърдото вещество без образуването на течна фаза.

Когато пурпурни йодни пари влязат в контакт със студена повърхност, те освобождават топлина, за да я загряват, губят енергия и прегрупират молекулите си обратно в сиво-пурпурно твърдо вещество (отгоре изображение). Тогава е екзотермичен процес.

Отлагането е широко използвано за синтеза на материали, където те са легирани с метални атоми чрез сложни техники. Ако повърхността е много студена, обменът на топлина между него и парните частици е рязък, като се пропуска преминаването през съответната течна фаза..

Топлината или енталпията на отлагането (и не отлагане) е обратното на сублимацията (АНподводница= -Dep). На теория много субстанции могат да бъдат сублимирани, но за да се постигне това е необходимо да се манипулират наляганията и температурите, освен това, че трябва да имате на разположение вашата диаграма P vs T; в които могат да се визуализират неговите далечни възможни фази.

Други промени в състоянието

Въпреки че не се споменава за тях, има и други състояния на материята. Понякога те се характеризират с това, че имат "малко от всеки един" и следователно са комбинация от тях. За да ги генерират, наляганията и температурите трябва да бъдат манипулирани при много положителни (големи) или отрицателни (малки) величини.

Така например, ако газовете се нагреят прекомерно, те ще загубят електроните си и техните положително заредени ядра в този отрицателен прилив ще представляват това, което е известно като плазма. Той е синоним на "електрически газ", тъй като има висока електрическа проводимост.

От друга страна, чрез понижаване на температурата твърде много, материята може да се държи неподозирано; т.е. те притежават уникални свойства около абсолютна нула (0 K).

Едно от тези свойства е свръхфлуидността и свръхпроводимостта; както и формирането на бозе-айнщайските кондензати, където всички атоми се държат като едно.

Дори някои изследвания сочат към фотонна материя. В тях частиците на електромагнитното излъчване, фотоните, се групират, за да образуват фотонни молекули. Тоест, теоретично, тя би давала маса на светлинните тела.

препратки

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 ноември 2018 г.). Списък на фазовите промени между състоянията на материята. Изтеглено от: thoughtco.com
  2. Wikipedia. (2019). Състояние на въпроса Изтеглено от: en.wikipedia.org
  3. Дорлинг Киндерсли. (2007 г.). Промяна на състояния. Възстановен от: factmonster.com
  4. Майерс Ами. (2019). Промяна на фазите: изпаряване, кондензация, замразяване, топене, сублимация и отлагане. Изследване. Изтеглено от: study.com
  5. Bagley M. (11 април 2016 г.). Въпрос: Определение и петте състояния на материята. Взето от: livescience.com
  6. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.