Promjene tipova stanja i njihovih obilježja (s primjerima)



promjene države oni su termodinamički fenomen gdje se materija pretvara u reverzibilne fizičke promjene. Kaže se da je termodinamički jer se prijenos topline odvija između tvari i okoline; ili što je isto, postoje interakcije između materije i energije koje induciraju preraspodjelu čestica.

Čestice koje doživljavaju promjenu stanja ostaju iste prije i poslije. Pritisak i temperatura su važne varijable u tome kako su smještene u jednoj ili drugoj fazi. Kada dođe do promjene stanja, formira se dvofazni sustav koji se sastoji od istog materijala u dva različita fizička stanja.

Gornja slika prikazuje glavne promjene stanja koje je materijal doživio u normalnim uvjetima.

Čvrsta kocka plavkaste tvari može postati tekuća ili plinovita, ovisno o temperaturi i tlaku okoline. Samo po sebi predstavlja samo jednu fazu: čvrstu. No, u trenutku taljenja, tj. Taljenja, uspostavlja se ravnoteža kruto-tekuće zvano fuzija (crvena strelica između kocke i plavičaste kapi).

Da bi došlo do fuzije, kocka mora apsorbirati toplinu iz okoline kako bi povećala svoju temperaturu; dakle, to je endotermni proces. Jednom kad se kocka potpuno otopi, ponovno se pojavljuje samo jedna faza: ona tekućeg stanja.

Ovaj plavkasti pad može i dalje apsorbirati toplinu, što povećava njezinu temperaturu i dovodi do stvaranja plinovitih mjehurića. Opet, postoje dvije faze: jedna tekućina i drugi plin. Kada je sva tekućina isparila kroz vrelište, tada je rečeno da je prokuhana ili isparavana.

Sada se plavkaste kapi pretvaraju u oblake. Do sada su svi procesi endotermni. Plavičasti plin može nastaviti apsorbirati toplinu dok se ne zagrije; međutim, s obzirom na zemaljske uvjete, to naprotiv ima tendenciju da se ohladi i opet kondenzira u tekućini (kondenzacija).

S druge strane, oblaci se također mogu odložiti izravno na čvrstu fazu, ponovno formirajući čvrstu kocku (taloženje). Ova posljednja dva procesa su egzotermna (plave strelice); to jest, oslobađaju toplinu u okolinu ili okolinu.

Osim kondenzacije i taloženja, dolazi do promjene stanja kada plavičasta kapljica zamrzne na niskim temperaturama (skrućivanje).

indeks

  • 1 Vrste statusnih promjena i njihove karakteristike
    • 1.1 Fuzija
    • 1.2 Isparavanje
    • 1.3 Kondenzacija
    • 1.4 Skrućivanje
    • 1.5 Sublimacija
    • 1.6 Deponiranje
  • 2 Ostale promjene statusa
  • 3 Reference

Vrste statusnih promjena i njihove karakteristike

Slika prikazuje tipične promjene za tri (najčešća) stanja tvari: čvrste, tekuće i plinovite. Promjene praćene crvenim strelicama su endotermne, one uključuju apsorpciju topline; dok su oni popraćeni plavim strelicama egzotermni, oslobađaju toplinu.

U nastavku slijedi kratak opis svake od tih promjena, naglašavajući neke njezine karakteristike iz molekularnog i termodinamičkog zaključivanja.

integracija

U čvrstom stanju čestice (ioni, molekule, grozdovi, itd.) Su "zatvorenici", smješteni u fiksnim položajima prostora bez mogućnosti slobodnog kretanja. Međutim, oni su sposobni vibrirati na različitim frekvencijama, a ako su vrlo jaki, rigorozni poredak koji nameću intermolekularne sile će se "raspasti"..

Kao rezultat, dobivaju se dvije faze: jedna u kojoj čestice ostaju zatvorene (čvrste), a druga gdje su slobodnije (tekuće), dovoljno da povećaju udaljenosti koje ih razdvajaju jedna od druge. Da bi se to postiglo, čvrsta tvar mora apsorbirati toplinu, pa će njezine čestice vibrirati s većom silom.

Iz tog razloga je fuzija endotermna, a kada je započela, kaže se da se odvija ravnoteža između faza krutina-tekućina.

Toplina potrebna za nastanak ove promjene naziva se toplinska ili toplinska entalpija fuzije (ΔH)FUS). To izražava količinu topline (energije, uglavnom u jedinicama kJ) koja mora apsorbirati jedan mol tvari u čvrstom stanju da bi se rastopila, a ne samo povećati njezinu temperaturu..

grudva snijega

Imajući to na umu, shvatit ćete zašto se gruda snijega topi u ruci (gornja slika). Time se apsorbira tjelesna toplina, što je dovoljno za podizanje temperature snijega iznad 0 ° C.

Kristali leda prisutni u snijegu apsorbiraju toplinu samo da bi se istopili i da bi njihove molekule vode usvojile više poremećenu strukturu. Dok se snijeg topi, nastala voda neće povisiti njezinu temperaturu, jer snijeg koristi svu toplinu ruke kako bi dovršio svoju fuziju..

isparavanje

Nastavljajući s primjerom vode, sada stavljajući šaku snijega u lonac i paleći vatru, primjećuje se da se snijeg brzo topi. Kako se voda zagrijava, unutar nje se počinju stvarati mali mjehurići ugljičnog dioksida i druge moguće plinovite nečistoće..

Toplota širi neuređene konfiguracije vode molekularno, proširujući njezin volumen i povećavajući njegov tlak pare; stoga postoji nekoliko molekula koje izlaze iz površinskog produkta povećanog isparavanja.

Tekuća voda polako povećava svoju temperaturu zbog visoke specifične topline (4.184J / ° C ∙ g). Dolazi točka u kojoj apsorbirana toplina više ne koristi tu energiju za podizanje temperature, već za pokretanje ravnoteže tekućine i pare; to jest, on počinje kuhati i sva će tekućina ući u plinovito stanje dok apsorbira toplinu i održava temperaturu stalnom.

Ovdje se promatra intenzivno mjehuriće na površini prokuhane vode (gornja slika). Toplina koju tekuća voda apsorbira tako da je tlak para njezinih početnih mjehurića jednak vanjskom tlaku, naziva se entalpija isparavanja (ΔH)VAP).

Uloga pritiska

Pritisak je također odlučujući za promjene stanja. Kakav je njezin učinak na isparavanje? Da je pri višem tlaku veća toplina koju voda mora apsorbirati da bi prokuhala, i stoga se isparava iznad 100 ° C.

To je zbog toga što povećanje tlaka ometa izlazak molekula vode iz tekućine u plinsku fazu.

Aparati za kuhanje pod tlakom koriste ovu činjenicu u svoju korist za zagrijavanje hrane u vodi na temperaturu iznad njezine točke vrenja.

S druge strane, kako postoji vakuum ili smanjenje tlaka, tekućoj vodi je potrebna niža temperatura za vrenje i prelazak u plinsku fazu. S velikim ili malim tlakom, u vrijeme ključanja voda treba apsorbirati odgovarajuću toplinu isparavanja kako bi dovršila promjenu stanja.

kondenzacija

Voda je isparila. Što je sljedeće? Vodena para još uvijek može povećati svoju temperaturu i postati opasna struja koja može uzrokovati ozbiljne opekline.

Međutim, pretpostavimo da se umjesto toga hladi. Kako? Otpuštanje topline u okolinu i oslobađanje topline se kaže da se odvija egzotermni proces.

Kada oslobađaju toplinu, energične plinovite molekule vode počinju usporavati. Također, njihove interakcije počinju biti učinkovitije kada temperatura pare padne. Stvorit će se prve kapljice vode, kondenzirane iz pare, nakon čega slijede veće kapljice koje privlači gravitacija.

Da biste u potpunosti zadovoljili određenu količinu pare, morate osloboditi istu energiju, ali s suprotnim znakom, na ΔHVAP; to jest, njena entalpija kondenzacije ΔHUslov. Dakle, inverzna ravnoteža, para-tekućina je stabilna.

Mokri prozori

Kondenzacija se može uočiti u prozorima kuća. U hladnoj klimi, vodena para u kući sudara s prozorom, koji zbog svog materijala ima nižu temperaturu od ostalih površina.

Tamo je lakše da se molekule pare grupiraju zajedno, stvarajući tanki bjelkasti sloj koji se lako ručno može ukloniti. Kako te molekule oslobađaju toplinu (zagrijavaju staklo i zrak), počinju stvarati brojnije nakupine sve dok ne mogu kondenzirati prve kapi (gornja slika).

Kada kapljice uvelike povećaju svoju veličinu, klize kroz prozor i ostavljaju bdenje vode.

očvršćavanje

Od tekuće vode, koje druge fizičke promjene možete trpjeti? Skrućivanje zbog hlađenja; drugim riječima, zamrzava se. Za zamrzavanje, voda mora osloboditi istu količinu topline koju led apsorbira da bi se otopio. Opet, ova toplina se naziva entalpija skrućivanja ili zamrzavanja, ΔHCong (-ΔHFUS).

Kada se ohlade, molekule vode gube energiju i njihove intermolekularne interakcije postaju jače i usmjerene. Kao rezultat toga, oni su poredani po vodikovim vezama i tvore takozvane ledene kristale. Mehanizam kojim rastu kristali leda utječu na njihov izgled: prozirni ili bijeli.

Ako kristali leda rastu vrlo sporo, oni ne začepljuju nečistoće, kao što su plinovi koji se na niskim temperaturama otapaju u vodi. Dakle, mjehurići bježe i ne mogu međusobno djelovati sa svjetlom; i stoga, postoji led koji je proziran kao onaj iznimne statue leda (gornja slika).

Isto se događa s ledom, može se dogoditi s bilo kojom drugom supstancom koja se stvrdnjava hlađenjem. Možda je to najsloženija fizička promjena u zemaljskim uvjetima, budući da se može dobiti nekoliko polimorfa.

sublimacija

Može li voda sublimirati? Ne, barem ne u normalnim uvjetima (T = 25 ° C, P = 1 atm). Da bi došlo do sublimacije, odnosno promjene stanja iz krutog u plin, tlak pare krutine mora biti visok.

Također je bitno da njihove intermolekularne sile nisu jako jake, po mogućnosti ako se sastoje samo od sila raspršivanja

Najznačajniji primjer je kruti jod. To je kristalna krutina sivkasto-ljubičastih tonova, koja ima visoki tlak pare. To je tako, da se u tom slučaju oslobađa ljubičasta para, čiji volumen i ekspanzija postaju vidljivi kada se podvrgnu grijanju.

Gornja slika prikazuje tipičan eksperiment gdje se čvrsti jod uparava u staklenoj posudi. Zanimljivo je i uočljivo promatrati kako se raspršuju ljubičaste pare, a inicirani učenik može provjeriti odsutnost tekućeg joda.

To je glavna karakteristika sublimacije: nema prisutnosti tekuće faze. Također je endotermna, budući da kruta tvar apsorbira toplinu kako bi povećala svoj tlak pare kako bi odgovarala vanjskom tlaku.

uklanjanje

Paralelno s eksperimentom sublimacije joda, imamo njegovo taloženje. Depozicija je suprotna promjena ili prijelaz: tvar prelazi iz plinovitog stanja u krutinu bez stvaranja tekuće faze.

Kada pare ljubičastog joda dođu u kontakt s hladnom površinom, one oslobađaju toplinu kako bi je zagrijale, gube energiju i pregrupiraju svoje molekule natrag u sivo-ljubičastu krutinu (gornja slika). To je tada egzotermni proces.

Depozicija se naširoko koristi za sintezu materijala gdje se dopiraju s metalnim atomima sofisticiranim tehnikama. Ako je površina vrlo hladna, izmjena topline između nje i čestica pare je nagla, izostavljajući prolaz kroz odgovarajuću tekuću fazu.

Toplina ili entalpija taloženja (a ne uklanjanje) je inverzna sublimacija (ΔH.)pod= -Dep). U teoriji, brojne supstance se mogu sublimirati, ali da bi se to postiglo potrebno je manipulirati pritiscima i temperaturama, osim toga morate imati na raspolaganju svoj dijagram P vs T; u kojima se mogu vizualizirati njegove udaljene moguće faze.

Ostale promjene statusa

Iako se o njima ne spominje, postoje i druga stanja materije. Ponekad ih karakterizira to što imaju "malo svakog od njih" i stoga su kombinacija njih. Da bi ih se stvorilo, pritiscima i temperaturama treba manipulirati uz vrlo pozitivne (velike) ili negativne (male) veličine.

Tako, na primjer, ako se plinovi zagrijavaju prekomjerno, oni će izgubiti svoje elektrone i njihova pozitivno nabijena jezgra u toj negativnoj plimi će činiti ono što je poznato kao plazma. To je sinonim za "električni plin", budući da ima visoku električnu provodljivost.

S druge strane, preveliko snižavanje temperature, materija se može ponašati neočekivano; to jest, oni pokazuju jedinstvena svojstva oko apsolutne nule (0 K).

Jedno od takvih svojstava je superfluidnost i supravodljivost; kao i formiranje kondenzata Bose-Einstein, gdje se svi atomi ponašaju kao jedan.

Čak i neka istraživanja ukazuju na fotoničnu materiju. U njima se čestice elektromagnetskog zračenja, fotoni, grupiraju u fotonske molekule. Odnosno, to bi dalo masu svjetlosnim tijelima, teoretski.

reference

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. studenog 2018.) Popis faznih promjena između stanja materije. Preuzeto s: thoughtco.com
  2. Wikipedia. (2019). Stanje materije Preuzeto s: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Promjena stanja. Preuzeto s: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Promjena faze: isparavanje, kondenzacija, zamrzavanje, topljenje, sublimacija i taloženje. Studija. Preuzeto s: study.com
  5. Bagley M. (11. travnja 2016.). Pitanje: Definicija i pet stanja materije. Preuzeto s: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Učenje.