Az állami típusok és jellemzőik változásai (példákkal)



az állapotváltozások termodinamikai jelenség, ahol az anyag reverzibilis fizikai változásokon megy keresztül. Azt mondják, hogy termodinamikát jelent, mivel az anyag és a környezet között hőátadás történik; vagy ami ugyanaz, az anyag és az energia kölcsönhatásai vannak, amelyek a részecskék átrendeződését indukálják.

Azok a részecskék, amelyek az államváltást tapasztalják, az előtt és után is változatlanok maradnak. A nyomás és a hőmérséklet fontos változók azokban az esetekben, amikor egy vagy több fázisban elhelyezik őket. Amikor állapotváltozás történik, kétfázisú rendszer jön létre, amely ugyanazon anyagból áll, két különböző fizikai állapotban.

A felső képen az anyag normál körülmények között tapasztalt főbb változásai láthatók.

A kékes anyag szilárd kockája folyékony vagy gázalakúvá válhat a környezet hőmérsékletétől és nyomásától függően. Ez önmagában csak egy fázist jelent: a szilárdtestet. Az olvadás pillanatában, vagyis olvadáskor, egy szilárd-folyadék egyensúly alakul ki, amelyet fúziónak nevezünk (piros nyíl a kocka és a kékes csepp között).

A fúzió előfordulásához a kocka hőmérsékletét megnöveli a környezetéből származó hőt; ezért endoterm folyamat. Miután a kocka teljesen megolvadt, ismét csak egy fázis van: a folyékony állapot.

Ez a kékes csepp folytathatja a hő elnyelését, ami növeli a hőmérsékletét és a gázalakú buborékok kialakulásához vezet. Ismét két fázis van: egy folyadék és a másik gáz. Amikor az összes folyadék elpárolog a forráspontján, azt mondják, hogy forralt vagy párologtatott.

Most, a kékes cseppek felhőkké alakultak. Eddig minden folyamat endotermikus. A kékes gáz tovább melegítheti a hőt melegítésig; azonban a szárazföldi viszonyok figyelembevételével ez inkább hűti és újra kondenzálódik a folyadékban (kondenzáció)..

Másrészről a felhők közvetlenül a szilárd fázisra is lerakódhatnak, és ezáltal ismét szilárd kocka képződnek (lerakódás). Ezek az utolsó két folyamat exoterm (kék nyilak); azaz a hőt a környezetre vagy a környezetre bocsátják ki.

A kondenzáció és a lerakódás mellett az állapotváltozás akkor következik be, amikor a kékes csepp alacsony hőmérsékleten fagy..

index

  • 1 Az állapotváltozások típusai és jellemzői
    • 1.1 Fúzió
    • 1.2 Párolgás
    • 1.3 Kondenzáció
    • 1.4 Szilárdítás
    • 1.5 Szublimáció
    • 1.6 Lerakódás
  • 2 Egyéb állapotváltozások
  • 3 Referenciák

Az állapotváltozások típusai és jellemzői

A kép a három (leggyakoribb) állapotállapot tipikus változását mutatja: szilárd, folyékony és gáznemű. A piros nyilakkal együtt járó változások endotermikusak, magukban foglalják a hő felszívódását; míg a kék nyilak kíséretében exotermikusak, a hőt kibocsátják.

Az alábbiakban röviden ismertetjük ezeket a változásokat, kiemelve néhány jellemzőjét egy molekuláris és termodinamikai érvelésből.

egyesülés

A szilárd állapotban a részecskék (ionok, molekulák, klaszterek stb.) "Foglyok", amelyek a tér rögzített helyzetében helyezkednek el, anélkül, hogy szabadon mozognának. Azonban különböző frekvenciákon képesek rezegni, és ha igen erősek, az intermolekuláris erők által előírt szigorú sorrend „morzsolódik”..

Ennek eredményeként két fázist kapunk: az egyik, ahol a részecskék zárt maradnak (szilárdak), és egy másik, ahol szabadabbak (folyékonyak), elég ahhoz, hogy növeljék egymástól egymástól elválasztott távolságokat. Ennek eléréséhez a szilárd anyagnak fel kell szívnia a hőt, és így a részecskék nagyobb erővel rezegnek.

Ezért a fúzió endotermikus, és amikor elindul, azt mondják, hogy a szilárd-folyadék fázisok között egyensúly van..

A változás előidézéséhez szükséges hőt hőnek vagy a fúzió olvadó entalpiájának nevezik (ΔHfus). Ez kifejezi a hő (főként kJ egységben kifejezett energia) mennyiségét, amely az olvadék megakadályozásához egy mól szilárd szilárd anyagot kell felszívnia, és nem csak a hőmérséklet emelkedését.

hógolyó

Ezt szem előtt tartva megérti, miért olvad a hógolyó a kezedben (felső kép). Ez elnyeli a testhőt, ami elegendő ahhoz, hogy a hó hőmérsékletét 0 ° C fölé emelje.

A hóban jelenlévő jégkristályok elnyelik az olvadékot, és a vízmolekuláik egy rendezetlenebb szerkezetet vesznek fel. Miközben a hó elolvad, a képződött víz nem növeli a hőmérsékletét, mivel a hó minden hőjét használja a fúzió befejezéséhez..

párologtatás

Folytatva a víz példáját, most egy maréknyi hóot helyezve egy potba és megvilágítva a tüzet, megfigyelhető, hogy a hó gyorsan elolvad. Ahogy a víz felmelegszik, belsejében kis szén-dioxid-buborékok és más lehetséges gáz-szennyeződések keletkeznek..

A hő molekulárisan meghosszabbítja a víz rendezetlen konfigurációit, növeli a térfogatát és növeli a gőznyomását; ennélfogva több molekula van, amelyek a növekvő párolgás felszíni termékéből menekülnek.

A folyékony víz lassan növeli hőmérsékletét a magas fajlagos hő (4,84J / ° C) miatt. Olyan pont jön létre, ahol a felszívódó hő már nem használja a hőmérséklet növelésére, hanem a folyadékgőz-egyensúly elindításához; azaz forralni kezd, és az összes folyadék a gáznemű állapotba kerül, miközben elnyeli a hőt és a hőmérséklet állandó marad.

Ez az, ahol a forralt víz felszínén intenzív buborékképződés figyelhető meg (felső kép). A folyékony víz által elnyelt hőt, hogy a kezdeti buborékok gőznyomása megegyezik a külső nyomással, úgy nevezik elpárologtató entalpiának (ΔHVap).

A nyomás szerepe

A nyomás az államváltozásokban is meghatározó. Mi a hatása a párologtatásra? Magasabb nyomáson, annál nagyobb a hő, amit a víznek fel kell vennie, és ezért 100 ° C fölé párolog.

Ez azért van, mert a nyomásnövekedés akadályozza a vízmolekuláknak a folyadékból a gázfázisba történő kiszabadulását.

A nyomás alatti sütők ezt a tényt használják, hogy melegítsék a vizet a forráspontját meghaladó hőmérsékletre.

Másrészt, mivel van vákuum vagy nyomáscsökkenés, a folyékony víznek alacsonyabb hőmérsékletre van szüksége ahhoz, hogy forraljon és a gázfázisba lépjen. Nagy vagy kis nyomással a víz forrása idején az állapotváltás befejezéséhez abból kell kiegyenlítenie a megfelelő párolgási hőt..

kondenzáció

A víz elpárolog. Mi a következő? A vízgőz még mindig növelheti hőmérsékletét, és veszélyes áramgá válhat, amely súlyos égési sérüléseket okozhat.

Tegyük fel azonban, hogy helyette lehűl. Hogyan? Hő kibocsátása a környezetbe, és a hő felszabadítása azt mondja, hogy egy exoterm folyamat folyik.

A hő felszabadításakor a nagy energiájú gázmolekulák lassulni kezdnek. Az interakciók is hatékonyabbá válnak, ha a gőz hőmérséklete csökken. Az első vízcseppek a gőzből kondenzálódnak, majd nagyobb cseppek kerülnek, amelyeket a gravitáció vonz..

Ahhoz, hogy egy bizonyos mennyiségű gőzt teljesen el lehessen zárni, ugyanezt az energiát kell felszabadítania, de ellenkező jele az ΔH-raVap; azaz a kondenzáció ΔH entalpiájavez. Így az inverz egyensúly, a gőz-folyadék stabil.

Nedvesített ablakok

A páralecsapódás megfigyelhető az otthonok ablakaiban. Hideg éghajlatban a ház belsejében lévő vízgőz ütközik az ablakkal, amely anyagának alacsonyabb hőmérséklete van, mint más felületeknél.

Ott könnyebb a gőzmolekulák csoportosulni, így egy vékony, fehéres réteget hozhat létre, amely kézzel könnyen eltávolítható. Mivel ezek a molekulák hőt termelnek (az üveg és a levegő fűtése), számtalan klasztert alkotnak, amíg az első cseppeket nem képesek kondenzálni (felső kép).

Amikor a cseppek nagymértékben növelik a méretüket, az ablakon átnyúlnak, és a víz felébrednek.

megszilárdulás

A folyékony vízből milyen más fizikai változást szenvedhet? A hűtés következtében megszilárdul; Más szavakkal, lefagy. A fagyasztáshoz a víznek ugyanolyan mennyiségű hőt kell felszabadítania, amennyit a jég elnyel. Ez a hő ismét megszilárdulás vagy fagyasztás entalpiája, AHCong (-ΔHfus).

Hűtéskor a vízmolekulák energiát veszítenek, és intermolekuláris kölcsönhatásuk erősebbé és irányítottabbá válik. Ennek eredményeképpen a hidrogénkötések rendezik, és az úgynevezett jégkristályokat alkotják. A jégkristályok növekedésének mechanizmusa hatással van a megjelenésre: átlátszó vagy fehér.

Ha a jégkristályok nagyon lassan nőnek, nem zárják le a szennyeződéseket, például olyan gázokat, amelyek alacsony hőmérsékleten vízben oldódnak. Így a buborékok menekülnek és nem tudnak kölcsönhatásba lépni a fénygel; és ennek következtében jég olyan átlátszó, mint egy rendkívüli jég szoboré (felső kép).

Ugyanez történik a jéggel, bármi más olyan anyaggal történhet, amely a hűtéssel megszilárdul. Talán ez a legösszetettebb fizikai változás a földi körülmények között, mivel több polimorf érhető el.

szublimáció

Lehet víz szublimálni? Nem, legalább nem normál körülmények között (T = 25 ° C, P = 1 atm). A szublimáció előfordulása, azaz a szilárd anyagról a gázra történő váltás esetén a szilárd gőznyomásnak magasnak kell lennie.

Szintén elengedhetetlen, hogy az intermolekuláris erők nem túl erősek, előnyösen csak diszperziós erőkből állnak

A legjellemzőbb példa a szilárd jód. Ez egy kristályos, szürkés-lila tónusú szilárd anyag, amely magas gőznyomással rendelkezik. Ez így van, hogy ennek hatására bíbor gőz szabadul fel, amelynek térfogata és tágulása észrevehető lesz, ha melegítésnek van kitéve..

A felső képen egy tipikus kísérlet látható, ahol a szilárd jódot üvegedényben elpárologtatják. Érdekes és feltűnő megfigyelni, hogyan szóródnak a lila gőzök, és a kezdeményezett hallgató ellenőrizheti a folyékony jód hiányát..

Ez a szublimáció fő jellemzője: nincs folyadékfázis. Az endotermikus is, mivel a szilárd anyag elnyeli a hőt, hogy növelje a gőznyomását, hogy megfeleljen a külső nyomásnak.

lerakódás

A jód szublimációs kísérletével párhuzamosan van a lerakódása. A lerakódás az ellenkező változás vagy átmenet: az anyag folyékony fázis kialakulása nélkül halad át a gázállapotból a szilárd anyagba.

Amikor a bíbor jódgőzök érintkeznek egy hideg felületsel, akkor a hőt kihajtják, hogy hevítsék, energiájukat elveszítsék és molekuláikat a szürke-lila szilárd anyagba visszük át (felső kép). Ekkor egy exoterm folyamat.

A lerakódást széles körben használják olyan anyagok szintézisére, ahol a fém atomokkal kifinomult technikákkal adalékolt. Ha a felület nagyon hideg, a hő és a gőzrészecskék közötti hőcserélés hirtelen, a megfelelő folyadékfázisban való áthaladás nélkül.

A lerakódás hője vagy entalpiája (és nem lerakódás) a szublimáció fordított értéke (ΔHtengeralattjáró= - AHdep). Elméletileg számos anyag szublimálható, de ennek eléréséhez szükséges a nyomás és a hőmérséklet manipulálása, amellett, hogy a P-t ábrázolja a T-vel; ahol távoli lehetséges fázisai vizualizálhatók.

Egyéb állapotváltozások

Bár nincs említés ezekről, vannak más ügyállapotok is. Néha jellemezzük, hogy "egy kicsit mindegyikből" állnak, és ezért ezek kombinációja. Ahhoz, hogy létrehozzuk őket, a nyomást és a hőmérsékletet nagyon pozitív (nagy) vagy negatív (kis) nagyságrendekkel kell manipulálni.

Így például, ha a gázokat túlzottan melegítik, elveszítik elektronjukat, és pozitív töltésű magjaik abban az esetben, ha a negatív árapály a plazma néven ismert. Ez az "elektromos gáz" szinonimája, mivel magas elektromos vezetőképességgel rendelkezik.

Másrészt, ha a hőmérsékletet túlságosan csökkenti, az anyag nem várt módon viselkedhet; azaz egyedi tulajdonságokat mutatnak abszolút nulla körül (0 K).

Az egyik ilyen tulajdonság a szuperfluiditás és a szupravezetés; valamint a Bose-Einstein kondenzátumok képződése, ahol az összes atom egyben viselkedik.

Még néhány kutatás a fotonikus anyagra utal. Ezekben az elektromágneses sugárzás részecskéit, a fotonokat, foton molekulák alkotják. Vagyis elméletileg a fénytestek tömegét adná.

referenciák

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. november 19.). Az egyes államok közötti fázisváltozások listája. A lap eredeti címe: thinkco.com
  2. Wikipedia. (2019). Az anyag állapota Lap forrása: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Változó állapotok. Visszaváltva: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Fázisváltozás: párolgás, kondenzáció, fagyasztás, olvadás, szublimáció és lerakódás. Tanulmány. Visszaváltva: study.com
  5. Bagley M. (2016. április 11.). Matter: Definíció és az Öt Anyagi Állam. A lap eredeti címe: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.