שינויים בסוגי המדינה ומאפייניהם (עם דוגמאות)

ה שינויים במדינה הם תופעה תרמודינמית שבה החומר עובר שינויים פיסיקליים הפיכים. הוא אמר להיות תרמודינמי כי העברת חום מתרחשת בין חומר וסביבה; או מה אותו דבר, יש אינטראקציות בין חומר ואנרגיה המניעים סידור מחדש של החלקיקים.

החלקיקים שחווים את השינוי במצב נשארים זהים לפני ואחרי זה. לחץ וטמפרטורה הם משתנים חשובים כיצד הם מאוכלסים בשלב זה או אחר. כאשר מתרחש שינוי במצב, נוצרת מערכת דו-פאזית, המורכבת מאותו חומר בשתי מצבים פיזיים שונים.

התמונה העליונה מציגה את השינויים העיקריים של המדינה חווים את החומר בתנאים רגילים.

קובייה מוצקה של חומר כחלחל יכולה להיות נוזלית או גזייה בהתאם לטמפרטורה וללחץ של סביבתה. כשלעצמה הוא מייצג רק שלב אחד: המוצק. אבל ברגע ההיתוך, כלומר, ההתכה, נוצר שיווי משקל מוצק-נוזלי הנקרא פיוז'ן (חץ אדום בין הקובייה לירידה כחלחלה).

כדי להתמזג, הקוביה צריכה לספוג חום מסביבתה כדי להגדיל את הטמפרטורה שלה; לפיכך, זהו תהליך אנדותרמי. לאחר הקובייה נמסה לחלוטין, יש שוב רק שלב אחד: זה של מצב נוזלי.

זה טיפה כחלחל יכול להמשיך לספוג חום, אשר מגביר את הטמפרטורה שלה מוביל להיווצרות בועות גזי. שוב, ישנם שני שלבים: נוזל אחד וגז אחר. כאשר כל הנוזל התנדף דרך נקודת הרתיחה שלו, הוא אמר אז שהוא מבושל או vaporized.

עכשיו, טיפות כחלחל הפך עננים. עד כה, כל התהליכים היו אנדותרמיים. גז כחלחל יכול להמשיך לספוג חום עד מחומם; עם זאת, בהתחשב בתנאים יבשתיים, זה להיפך נוטה להתקרר שוב להתעבות בנוזל (עיבוי).

מצד שני, עננים יכול להיות גם שהופקדו ישירות על שלב מוצק, שוב להרכיב את הקוביה מוצק (בתצהיר). שני התהליכים האחרונים הם אקסותרמיים (חיצים כחולים); כלומר, הם משחררים חום לסביבה או לסביבה.

בנוסף עיבוי ותצהיר, שינוי המדינה מתרחשת כאשר ירידה כחלחלה קופא בטמפרטורות נמוכות (ביסוס).

אינדקס

• 1 סוגי שינויי סטטוס ומאפייניהם
  • 1.1 היתוך
  • 1.2 אידוי
  • 1.3 עיבוי
  • 1.4 ביסוס
  • 1.5 סובלימציה
  • 1.6 הפקדה
• 2 שינויי סטטוס אחרים
• 3 הפניות

סוגי שינויי סטטוס ומאפייניהם

התמונה מציגה את השינויים האופייניים לשלושת המצבים (הנפוצים ביותר) של החומר: מוצקים, נוזליים וגזים. השינויים המלווים בחצים האדומים הם אנדותמיים, הם כרוכים בקליטת החום; בעוד אלה מלווה החצים הכחולים הם exothermic, הם משחררים חום.

להלן תיאור קצר של כל אחד מהשינויים הללו, תוך הדגשת כמה ממאפייניה של חשיבה מולקולארית ותרמודינמית.

פיוז'ן

במצב מוצק החלקיקים (יונים, מולקולות, אשכולות וכו ') הם "אסירים", הממוקמים במיקומים קבועים של מרחב ללא יכולת לנוע בחופשיות. עם זאת, הם מסוגלים לרטוט בתדרים שונים, ואם הם חזקים מאוד, את הסדר הקפדני שהוטל על ידי כוחות intermolecular יתחילו "להתפורר"..

כתוצאה מכך, שני שלבים מתקבלים: אחד שבו החלקיקים נשארים סגורים (מוצק), והשני שבו הם חופשיים יותר (נוזלי), מספיק כדי להגדיל את המרחקים להפריד ביניהם אחד מהשני. כדי להשיג זאת, מוצק חייב לספוג חום, ולכן חלקיקי שלה ירטוט עם כוח רב יותר.

מסיבה זו היתוך הוא endothermic, וכאשר הוא מתחיל נאמר כי איזון בין שלבי מוצק נוזלי מתרחשת.

החום הדרוש כדי לעורר שינוי זה נקרא חום או אנתלפיה נמס של היתוך (ΔH_פוס). זה מבטא את כמות החום (אנרגיה, ביחידות של kJ בעיקר) כי חייב לספוג שומה אחת של חומר במצב מוצק להמיס, ולא פשוט להעלות את הטמפרטורה שלו.

כדור שלג

עם זה בחשבון, אתה מבין למה כדור שלג נמס ביד שלך (תמונה עליונה). זה סופג חום הגוף, וזה מספיק כדי להעלות את הטמפרטורה של השלג מעל 0 מעלות צלזיוס.

גבישי הקרח הנמצאים בשלג סופגים את החום רק כדי להמיס ולמולקולות המים שלהם לאמץ מבנה מסודר יותר. בעוד השלג נמס, המים יצרו לא יגדיל את הטמפרטורה, שכן כל החום של היד משמש את השלג כדי להשלים את היתוך שלה.

אידוי

בהמשך הדוגמה של מים, עכשיו הצבת קומץ שלג בסיר והדלקת האש, הוא ציין כי השלג נמס במהירות. כאשר המים מתחממים, בועות קטנות של פחמן דו חמצני ועוד זיהומים גזיים אפשריים מתחילים להיווצר בפנים..

החום מרחיב את התצורות המסולקות של מים מולקולריים, מרחיב את עוצמת הקול ומגדיל את לחץ האדים שלה; לכן, ישנם מספר מולקולות כי להימלט מפני השטח של השטח של אידוי גוברת.

מים נוזליים מגדילים לאט את הטמפרטורה בשל החום הספציפי (4.184J / ° C ∙ g). יש מגיע לנקודה שבה החום נספג כבר לא משתמש בו כדי להעלות את הטמפרטורה שלו, אלא כדי להתחיל את שיווי משקל אדי נוזלי; כלומר, הוא מתחיל להרתיח וכל הנוזל ילך למצב הגזי תוך ספיגת החום ושמירה על הטמפרטורה קבועה.

זה המקום שבו מבעבע אינטנסיבי על פני המים הרתיחה הוא ציין (תמונה עליונה). החום נספג על ידי מים נוזליים, כך הלחץ אדי של בועות תחילתו שווה ללחץ החיצוני, נקרא אידוי אידוי (ΔH_Vap).

תפקיד הלחץ

הלחץ הוא גם מכריע בשינויים של המדינה. מה השפעתה על אידוי? כי בלחץ גבוה יותר, כך גדול החום כי המים חייבים לקלוט לרתיחה, ולכן, זה vaporizes מעל 100 מעלות צלזיוס.

הסיבה לכך היא כי הגידול בלחץ מעכב את הבריחה של מולקולות מים מן הנוזל אל השלב גז.

תנורי לחץ להשתמש בעובדה זו לטובתם לחמם מזון במים לטמפרטורה מעל נקודת הרתיחה שלה.

מצד שני, כמו שיש ואקום או ירידה בלחץ, המים נוזלי צריך טמפרטורה נמוכה יותר לרתיחה ולעבור לשלב הגז. עם לחץ הרבה או מעט, בזמן רותחים המים צריך לספוג החום בהתאמה של אידוי כדי להשלים את השינוי במצב שלה.

עיבוי

המים אדים. מה הלאה? אדי מים עדיין יכולים להגביר את הטמפרטורה, ולהפוך זרם מסוכן המסוגל לגרום לכוויות קשות.

עם זאת, נניח שזה cools במקום. איך? שחרור חום לסביבה, שחרור חום נאמר כי תהליך exothermic מתרחשת.

כאשר משחררים חום, המולקולות האנרגטיות האנרגטיות של אנרגיית הגזים מתחילות להאט. כמו כן, האינטראקציות שלהם להתחיל להיות יעיל יותר כמו טמפרטורת קיטור טיפות. טיפות ראשונות של מים יהוו, מעובה מן אדי, ואחריו טיפות גדולות יותר בסופו של דבר להיות נמשך על ידי כוח הכבידה.

כדי להתנשא לחלוטין כמות מסוימת של אדי, אתה צריך לשחרר את אותה אנרגיה, אבל עם סימן הפוך, כדי ΔH_Vap; כלומר, אנטלפיה של עיבוי ΔH_Cond. לפיכך, שיווי משקל ההופך, אדי נוזל יציב.

חלונות רטובים

עיבוי ניתן לצפות בחלונות של בתים. באקלים קר, אדי המים בתוך הבית מתנגש עם החלון, אשר בשל החומר שלה יש טמפרטורה נמוכה יותר מאשר משטחים אחרים.

שם, קל יותר עבור מולקולות אדי לקבץ יחד, יצירת שכבה לבנה דקה נשלף בקלות ביד. כמו אלה מולקולות לשחרר חום (חימום זכוכית ואוויר), הם מתחילים ליצור אשכולות רבים יותר עד שהם יכולים לעבות את טיפות הראשון (תמונה עליונה).

כאשר טיפות להגדיל את גודל מאוד שלהם, הם מחליקים דרך החלון ולהשאיר את המים.

מיצוק

ממים נוזליים, איזה שינוי פיזי אחר אתה יכול לסבול? מיצוק עקב קירור; במילים אחרות, זה קופא. כדי להקפיא, המים חייבים לשחרר את אותה כמות של חום הקרח סופג להמיס. שוב, חום זה נקרא אנתלפיה של מיצוק או הקפאה, ΔH_קונג (-Ayay_פוס).

כאשר מקורר, מולקולות המים מאבדות אנרגיה ואת האינטראקציות intermolecular שלהם להיות חזק כיווני. כתוצאה מכך, הם מסודרים על ידי קשרי המימן שלהם בצורת גבישי קרח שנקרא. המנגנון שבו צומחים גבישי קרח משפיע על המראה שלהם: שקוף או לבן.

אם גבישי קרח צומחים לאט מאוד, הם אינם מסתירים זיהומים, כגון גזים שבטמפרטורות נמוכות מתמוססים במים. לכן, בועות נמלטות ולא יכול לתקשר עם אור; וכתוצאה מכך, יש קרח שקוף כמו זה של פסל קרח יוצא דופן (תמונה עליונה).

אותו דבר קורה עם קרח, זה יכול לקרות עם כל חומר אחר כי מתקשה על ידי קירור. אולי זה השינוי הגופני המורכב ביותר בתנאים יבשתיים, שכן מספר פולימורפים ניתן להשיג.

סובלימציה

האם מים תת-קרקעיים? לא, לפחות לא בתנאים רגילים (T = 25 ° C, P = 1 atm). עבור סובלימציה להתרחש, כלומר, את השינוי של המדינה מן מוצק לגז, הלחץ אדי של מוצק חייב להיות גבוה.

כמו כן חיוני כי כוחות intermolecular שלהם אינם חזקים מאוד, רצוי אם הם מכילים רק כוחות פיזור

הדוגמה הסמלית ביותר היא יוד מוצק. זהו מוצק גבישי של גוונים אפרפר סגול, אשר יש לחץ אדי גבוה. זה כך, כי בפעולה של אדי סגול הוא שוחרר, אשר נפח והרחבה הופכים בולט כאשר נתון חימום.

התמונה העליונה מראה ניסוי טיפוסי שבו יוד מוצק הוא התאדה במיכל זכוכית. מעניין ומרשים לראות כיצד האדים הסגוליים מתפזרים, והתלמיד היוזם יכול לאמת את היעדר היוד הנוזלי.

זהו המאפיין העיקרי של סובלימציה: אין נוכחות של שלב נוזלי. זה גם endothermic, שכן מוצק סופג חום כדי להגדיל את לחץ אדים כדי להתאים את הלחץ החיצוני.

הפקדה

במקביל לניסוי סובלימציה של יוד, יש לנו את התצהיר שלה. ההפקדה היא השינוי ההפוך או המעבר: החומר עובר ממצב הגזי למצב מוצק ללא היווצרות של שלב נוזלי.

כאשר אדים יוד סגול באים במגע עם משטח קר, הם משחררים חום כדי לחמם אותו, לאבד אנרגיה rerouprouping מולקולות שלהם בחזרה מוצק אפור סגול (תמונה עליון). זהו תהליך אקסותרמי.

ההפקדה נמצאת בשימוש נרחב עבור סינתזה של חומרים שבהם הם מסוממים עם אטומי מתכת על ידי טכניקות מתוחכמות. אם השטח הוא קר מאוד, חילופי החום בינו לבין חלקיקי האדים הוא פתאומי, השמטת המעבר דרך בשלב הנוזל בהתאמה.

החום או אנתלפיה של בתצהיר (ולא הפקדה) הוא הפוך של סובלימציה (ΔH_תת= - ΔH_Dep). בתיאוריה, חומרים רבים יכולים להיות סובלימציה, אבל כדי להשיג זאת יש צורך לתפעל את הלחצים והטמפרטורות, וחוץ מזה אתה חייב להיות תרשים שלך לעומת T בהישג יד; שבו ניתן לראות את השלבים האפשריים הרחוקים שלה.

שינויי סטטוס אחרים

אמנם אין אזכור של אותם, יש מצבים אחרים של חומר. לפעמים הם מאופיינים בכך שיש להם "קצת מכל אחד", ולכן הם שילוב של אותם. כדי ליצור אותם, לחצים וטמפרטורות חייב להיות מניפולציה בממדים חיוביים מאוד (גדולים) או שליליים (קטנים).

כך, למשל, אם הגזים מחוממים יתר על המידה, הם יאבדו את האלקטרונים שלהם ואת גרעיניהם טעונים חיובי הגאות השלילית הזו תהווה מה שמכונה פלסמה. זה שם נרדף "גז חשמלי", שכן יש מוליכות חשמלית גבוהה.

מצד שני, על ידי הורדת הטמפרטורות יותר מדי, החומר יכול להתנהג באופן בלתי צפוי; כלומר, הם מציגים מאפיינים ייחודיים סביב אפס מוחלט (0 K).

אחד המאפיינים הללו הוא superluluidity ומוליכות; כמו גם את היווצרותם של מעברי בוז-איינשטיין, שבהם כל האטומים מתנהגים כאחת.

אפילו כמה מחקרים מצביעים על חומר פוטוני. בהם חלקיקי הקרינה האלקטרומגנטית, הפוטונים, מקובצים ליצירת מולקולות פוטוניות. כלומר, זה יהיה מתן המוני לגופים של אור, תיאורטית.

הפניות

1. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (19 בנובמבר 2018). רשימת השינויים בין המדינות. מקור: Thinkco.com
2. ויקיפדיה. (2019). מצב החומר מקור: en.wikipedia.org
3. דורלינג קינדרסלי. (2007). שינוי מדינות. מקור:
4. מאיירס עמי. (2019). שינוי שלב: אידוי, עיבוי, הקפאה, התכה, סובלימציה & הפקדת. מחקר. מקור:
5. בגלי מ '(11 באפריל, 2016). הגדרה: חמש המדינות של עניין. מקור:
6. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. (2008). כימיה (8th ed.). למידה CNGAGE.