Промене типова држава и њихових карактеристика (уз примере)



Тхе промене државе они су термодинамички феномен где материја пролази кроз реверзибилне физичке промене. Каже се да је термодинамички јер се пренос топлоте одвија између материје и околине; или оно што је исто, постоје интеракције између материје и енергије које индукују прерасподелу честица.

Честице које доживе промену стања остају исте пре и после њега. Притисак и температура су важне варијабле у томе како су оне смјештене у једној или другој фази. Када дође до промене стања, формира се двофазни систем који се састоји од истог материјала у два различита физичка стања.

Горња слика приказује главне промене стања које је материјал доживио у нормалним условима.

Чврста коцка плавичасте супстанце може да постане течна или гасовита у зависности од температуре и притиска околине. Само по себи представља само једну фазу: чврсту. Али, у тренутку топљења, тј. Топљења, успоставља се равнотежа чврста и течна, која се назива фузија (црвена стрелица између коцке и плавичастог пада).

Да би дошло до фузије, коцка мора да апсорбује топлоту из околине како би повећала своју температуру; стога је то ендотермни процес. Када се коцка потпуно отопи, поново постоји само једна фаза: она текућег стања.

Овај плавкасти пад може наставити да апсорбује топлоту, што повећава њену температуру и доводи до стварања гасовитих мехурића. Опет, постоје две фазе: једна течна и друга. Када је сва течност испарила кроз тачку кључања, онда се каже да је прокувана или испарила.

Сада, плавичасте капи се претварају у облаке. До сада су сви процеси били ендотермни. Плавичасти гас може наставити да апсорбује топлоту док се не загреје; међутим, с обзиром на земаљске услове, то супротно има тенденцију да се охлади и поново кондензује у течности (кондензација).

С друге стране, облаци се такође могу одложити директно на чврсту фазу, поново формирајући чврсту коцку (таложење). Ова последња два процеса су егзотермна (плаве стрелице); то јест, ослобађају топлоту околини или околини.

Поред кондензације и таложења, долази до промене стања када плавичаста капљица замрзне на ниским температурама (очвршћавање).

Индек

  • 1 Врсте статусних промјена и њихове карактеристике
    • 1.1 Фузија
    • 1.2 Испаравање
    • 1.3 Кондензација
    • 1.4 Солидификација
    • 1.5 Сублимација
    • 1.6 Депозиција
  • 2 Остале статусне промјене
  • 3 Референце

Врсте статусних промјена и њихове карактеристике

Слика приказује типичне промене за три (најчешћа) стања материје: чврста, течна и гасовита. Промене праћене црвеним стрелицама су ендотермне, оне укључују апсорпцију топлоте; док су они праћени плавим стрелицама егзотермни, ослобађају топлоту.

У наставку је дат кратак опис сваке од ових промена, наглашавајући неке њене карактеристике из молекуларног и термодинамичког резоновања.

Фусион

У чврстом стању честице (јони, молекули, кластери, итд.) Су "затвореници", смјештени у фиксним положајима простора без могућности слободног кретања. Међутим, они су способни да вибрирају на различитим фреквенцијама, а ако су веома јаки, ригорозни поредак који намећу интермолекуларне силе ће почети да се "распада"..

Као резултат, добијају се две фазе: једна у којој честице остају затворене (чврсте), а друга где су слободније (течне), довољно да повећају раздаљине које их раздвајају једна од друге. Да би се то постигло, чврста материја мора апсорбовати топлоту, па ће њене честице вибрирати са већом силом.

Из тог разлога је фузија ендотермна, а када се почне, каже се да се успоставља равнотежа између фаза чврсте и течне фазе.

Топлота која је потребна да би се дошло до ове промене назива се топлотна или енталпија топљења фузије (ΔХ)Фус). Ово изражава количину топлоте (енергије, углавном у јединицама кЈ) која мора апсорбовати један мол супстанце у чврстом стању да би се растопила, а не само да повиси њену температуру..

Сновбалл

Имајући то на уму, разумете зашто се снежна груда топи у руци (горња слика). Ово апсорбује телесну топлоту, што је довољно да се температура снијега подигне изнад 0 ° Ц.

Кристали леда присутни у снегу апсорбују топлоту само да би се истопили и да би њихови молекули воде усвојили неуређену структуру. Док се снијег топи, настала вода неће повећати температуру, јер се сва топлина руке користи од снијега за довршетак фузије..

Вапоризатион

Настављајући пример воде, сада стављајући шаку снега у лонац и палећи ватру, примећује се да се снег брзо топи. Како се вода загријава, унутра се стварају мали мјехурићи угљичног диоксида и друге могуће плиновите нечистоће..

Топлота шири неуређене конфигурације воде молекуларно, проширујући њен волумен и повећавајући притисак паре; стога постоји неколико молекула који излазе из површинског продукта повећаног испаравања.

Течна вода постепено повећава температуру због високе специфичне топлоте (4.184Ј / ° Ц) г). Долази тачка у којој апсорбована топлота више не користи за подизање температуре, већ за покретање равнотеже течности и паре; то јест, он почиње да кува и сва течност ће ући у гасовито стање док апсорбује топлоту и одржава температуру константном.

Ту се уочава интензивна бубрења на површини прокуване воде (горња слика). Топлота која се апсорбује у течној води тако да је притисак паре њених почетних мехурића једнак спољашњем притиску, назива се енталпија испаравања (ΔХ)Вап).

Улога притиска

Притисак је такође детерминантан у промјенама државе. Какав је његов ефекат на испаравање? Да је при вишем притиску већа топлота коју вода мора да апсорбује да прокључа, и стога се испарава изнад 100 ° Ц.

То је зато што повећање притиска спречава излазак молекула воде из течности у гасну фазу.

Штедњаци користе ову чињеницу у своју корист да загреју храну у води до температуре изнад њене тачке кључања.

С друге стране, пошто постоји вакуум или смањење притиска, текућој води је потребна нижа температура да би се загрејала и прешла у гасну фазу. Са великим или малим притиском, у време кључања вода треба да апсорбује своју одговарајућу топлоту испаравања да би довршила своју промену стања.

Кондензација

Вода је испарила. Шта је следеће? Водена пара још увијек може повећати своју температуру и постати опасна струја која може изазвати озбиљне опекотине.

Међутим, претпоставимо да се уместо тога хлади. Како? Отпуштање топлоте у околину и ослобађање топлоте се каже да се одвија егзотермни процес.

Када ослобађају топлоту, високо енергетски гасни молекули воде почињу да се успоравају. Такође, њихове интеракције почињу да буду ефикасније када температура паре падне. Прве капљице воде ће се формирати, кондензоване из паре, праћене већим капљицама које на крају привлаче гравитација.

Да бисте у потпуности опустили одређену количину паре, морате ослободити исту енергију, али са супротним знаком, на ΔХВап; то јест, њена енталпија кондензације ΔХЦонд. Дакле, инверзна равнотежа, пара-течност је стабилна.

Мокри прозори

Кондензација се може уочити на прозорима кућа. У хладној клими, водена пара у кући се судара са прозором, који због свог материјала има нижу температуру од осталих површина.

Тамо је лакше да се молекуле паре групишу заједно, стварајући танки бели слој који се лако може уклонити руком. Како ови молекули ослобађају топлоту (загревање стакла и ваздуха), они почињу да формирају више бројних кластера све док не могу кондензовати прве капи (горња слика).

Када капљице јако повећају своју величину, клизе кроз прозор и остављају воду.

Солидификација

Од течне воде, које друге физичке промене можете да патите? Стврдњавање услед хлађења; другим ријечима, замрзава се. Да би се замрзнула, вода мора ослободити исту количину топлине коју лед апсорбује да би се растопио. Опет, ова топлота се назива енталпија солидификације или замрзавања, ΔХЦонг (-АХФус).

Када се охладе, молекули воде губе енергију и њихове интермолекуларне интеракције постају јаче и усмјерене. Као резултат тога, они су поредани по својим водоничним везама и формирају такозване ледене кристале. Механизам којим расту кристали леда утичу на њихов изглед: прозирни или бели.

Ако кристали леда расту веома споро, они не зачепљују нечистоће, као што су гасови који се при ниским температурама растварају у води. Због тога, мехурићи бјеже и не могу међусобно дјеловати са свјетлом; и стога, постоји лед који је транспарентан као онај изванредне ледене статуе (горња слика).

Иста ствар се дешава са ледом, може се десити са било којом другом супстанцом која се очвршћава хлађењем. Можда је ово најсложенија физичка промена у земаљским условима, пошто се може добити неколико полиморфа.

Сублимација

Може ли вода сублимирати? Не, барем не у нормалним условима (Т = 25 ° Ц, П = 1 атм). Да би дошло до сублимације, односно промене стања из чврстог у гас, притисак паре чврсте супстанце мора бити висок.

Такође је битно да њихове интермолекуларне силе нису јако јаке, пожељно ако се састоје само од сила распршивања

Најкарактеристичнији пример је чврсти јод. То је кристална маса сивкасто-љубичастих тонова, која има висок притисак паре. То је тако, да се у том чину ослобађа љубичаста пара, чији волумен и експанзија постају примјетни када се подвргну загревању.

Горња слика приказује типичан експеримент где се чврсти јод упарава у стакленој посуди. Интересантно је и упадљиво посматрати како се љубичасте паре шире, а иницирани ученик може да потврди одсуство течног јода.

Ово је главна карактеристика сублимације: нема присуства течне фазе. Такође је ендотермна, јер чврста материја апсорбује топлоту да би повећала притисак паре да би се ускладила са спољним притиском.

Депоситион

Паралелно са експериментом сублимације јода, имамо његово таложење. Депозиција је супротна промена или прелаз: супстанца прелази из гасовитог стања у чврсто без формирања течне фазе.

Када паре љубичастог јода дођу у контакт са хладном површином, оне ослобађају топлоту да је загреју, губе енергију и прегрупишу своје молекуле назад у сиво-љубичасту чврсту (горња слика). То је онда егзотермни процес.

Депозиција се широко користи за синтезу материјала где се допирају са атомима метала софистицираним техникама. Ако је површина веома хладна, измена топлоте између ње и честица паре је нагла, изостављајући пролаз кроз одговарајућу течну фазу.

Топлина или енталпија таложења (а не депозит) је инверзна сублимација (ΔХ)Суб= - ΔХДеп). У теорији, бројне супстанце се могу сублимирати, али да би се то постигло неопходно је манипулисати притисцима и температурама, поред тога што морате имати на располагању свој дијаграм П вс Т; у којима се могу визуализирати његове удаљене фазе.

Остале промјене статуса

Иако се о њима не спомиње, постоје и друга стања материје. Некада их карактерише "мало од сваког", и стога су њихова комбинација. Да би их се генерисало, притисци и температуре морају да се манипулишу веома позитивним (великим) или негативним (малим) магнитудама.

Тако, на пример, ако се гасови загреју претерано, они ће изгубити своје електроне и њихова позитивно наелектрисана језгра у тој негативној плими ће представљати оно што је познато као плазма. То је синоним за "електрични гас", јер има високу електричну проводљивост.

С друге стране, смањењем температуре превише, материја се може понашати неочекивано; то јест, они показују јединствене особине око апсолутне нуле (0 К).

Једно од ових својстава је суперфлуидност и суправодљивост; као и формирање кондензата Босе-Ајнштајн, где се сви атоми понашају као један.

Чак и нека истраживања указују на фотонску материју. У њима се честице електромагнетног зрачења, фотони, групишу тако да формирају фотонске молекуле. Другим речима, то би дало масу светлосним телима, теоретски.

Референце

  1. Хелменстине, Анне Марие, Пх.Д. (19. новембар 2018). Списак фазних промена између стања материје. Преузето са: тхоугхтцо.цом
  2. Википедиа. (2019). Стање материје Преузето са: ен.википедиа.орг
  3. Дорлинг Киндерслеи. (2007). Цхангинг статес. Преузето са: фацтмонстер.цом
  4. Меиерс Ами. (2019). Промена фазе: испаравање, кондензација, замрзавање, топљење, сублимација и таложење. Студија. Преузето са: студи.цом
  5. Багли М. (11. април 2016.). Материја: Дефиниција и пет стања материје. Добављено из: ливесциенце.цом
  6. Вхиттен, Давис, Пецк & Станлеи. (2008). Цхемистри (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг.