Valsts tipu izmaiņas un to raksturojums (ar piemēriem)



The valsts izmaiņas tie ir termodinamiskas parādības, ja vielai notiek atgriezeniskas fiziskas izmaiņas. Tas tiek uzskatīts par termodinamisku, jo siltuma pārnešana notiek starp vielu un apkārtni; vai tas, kas ir tas pats, pastāv mijiedarbība starp vielu un enerģiju, kas izraisa daļiņu pārkārtošanos.

Daļiņas, kas piedzīvo stāvokļa maiņu, paliek nemainīgas pirms un pēc tās. Spiediens un temperatūra ir svarīgi mainīgie faktori, kā tos pielāgot vienā vai citā fāzē. Kad notiek stāvokļa maiņa, tiek veidota divfāzu sistēma, kas sastāv no viena materiāla divos dažādos fiziskos stāvokļos.

Augšējā attēlā redzamas galvenās stāvokļa izmaiņas, ko materiāls saskaras normālos apstākļos.

Zilganas vielas ciets kubs var kļūt šķidrs vai gāzveida atkarībā no apkārtējās vides temperatūras un spiediena. Tā pati par sevi ir tikai viena fāze: cietā. Bet, kausēšanas brīdī, tas ir, kausēšana, tiek izveidots cietais-šķidruma līdzsvars, ko sauc par saplūšanu (sarkanā bultiņa starp kubu un zilganu pilienu)..

Lai saplūšana notiktu, kubam ir nepieciešams absorbēt siltumu no apkārtējās vides, lai palielinātu tās temperatūru; tāpēc tas ir endotermisks process. Kad kubs ir pilnīgi izkusis, atkal ir tikai viena fāze - šķidrā stāvokļa fāze.

Šis zilais piliens var turpināt absorbēt siltumu, kas palielina tās temperatūru un rada gāzveida burbuļu veidošanos. Atkal ir divi posmi: viens šķidrums un cita gāze. Kad viss šķidrums ir iztvaicējis ar tās viršanas temperatūru, tiek teikts, ka tas ir vārīts vai iztvaicējis.

Tagad zilie pilieni pārvēršas mākoņos. Līdz šim visi procesi ir bijuši endotermiski. Zilā gāze var turpināt absorbēt karstumu, līdz tiek karsēts; tomēr, ņemot vērā sauszemes apstākļus, tas, gluži pretēji, atkal atdzesē un kondensējas šķidrumā (kondensāts)..

No otras puses, mākoņus var nogulsnēt arī tieši uz cietas fāzes, atkal veidojot cieto kubu (nogulsnēšanos). Šie divi pēdējie procesi ir eksotermiski (zilas bultiņas); tas nozīmē, ka tie izdala siltumu videi vai apkārtējai videi.

Papildus kondensācijai un nogulsnēšanai stāvokļa maiņa notiek, kad zilganais piliens sasalst zemās temperatūrās (sacietēšana).

Indekss

  • 1 Statusa izmaiņu veidi un to raksturojums
    • 1.1. Kodolsintēze
    • 1.2. Tvaicēšana
    • 1.3 Kondensāts
    • 1.4. Cietināšana
    • 1.5. Sublimācija
    • 1.6 Nosēdumi
  • 2 Citas statusa izmaiņas
  • 3 Atsauces

Statusa izmaiņu veidi un to raksturojums

Attēlā redzamas tipiskas izmaiņas trīs (visbiežāk sastopamajos) vielas stāvokļos: cietā, šķidrā un gāzveida. Izmaiņas, kas saistītas ar sarkanām bultiņām, ir endotermiskas, tās ietver siltuma absorbciju; kamēr zilās bultas ir eksotermiskas, tās atbrīvo siltumu.

Tālāk ir sniegts īss apraksts par katru no šīm izmaiņām, izceļot dažas no tās īpašībām no molekulārā un termodinamiskā pamatojuma.

Kodolsintēze

Cietā stāvoklī daļiņas (joni, molekulas, kopas utt.) Ir "ieslodzītie", kas atrodas fiksētās vietas vietās, nespēj brīvi pārvietoties. Tomēr tie spēj vibrēt dažādās frekvencēs, un, ja tie ir ļoti spēcīgi, stingra kārtība, ko nosaka starpmolekulārie spēki, sāks "sagrūt"..

Rezultātā tiek iegūtas divas fāzes: viena, kur daļiņas paliek ierobežotas (cietas), bet otrā, kur tās ir brīvākas (šķidrums), lai palielinātu attālumus, kas tos atdala viens no otra. Lai to panāktu, cietajai daļai ir jāuzņem siltums, un tā daļiņas vibrē ar lielāku spēku.

Šī iemesla dēļ kodolsintēze ir endotermiska, un, kad sākas, tiek teikts, ka notiek līdzsvars starp cieto un šķidro fāzu..

Siltumu, kas nepieciešams, lai radītu šīs izmaiņas, sauc par karstumu vai kausēšanas entalpiju (ΔHFus). Tas izsaka siltuma daudzumu (enerģiju galvenokārt kJ vienībās), kas absorbē vienu molu cietā stāvoklī esošās vielas, lai izkausētu, nevis vienkārši paaugstinātu tās temperatūru..

Snowball

Paturot to prātā, jūs saprotat, kāpēc sniega pikas kūst jūsu rokā (augšējais attēls). Tas absorbē ķermeņa siltumu, kas ir pietiekams, lai paaugstinātu sniega temperatūru virs 0 ° C.

Sniega kristāli, kas atrodas sniegā, uzsūc siltumu, lai tikai izkausētu, un lai ūdens molekulas varētu veidot vairāk nekārtīgu struktūru. Kaut sniega kūst, veidojas ūdens, kas nepalielinās tās temperatūru, jo sniega visu siltuma siltumu izmanto, lai pabeigtu saplūšanu.

Iztvaikošana

Turpinot ar ūdens piemēru, kas tagad novieto nedaudz sniega pot un apgaismo uguni, novēro, ka sniegs ātri kūst. Uzkarsējot ūdeni, iekšpusē sāk veidoties mazi oglekļa dioksīda un citu iespējamo gāzveida piemaisījumu burbuļi..

Siltums paplašina ūdens molekulārās konfigurācijas, paplašinot tā tilpumu un palielinot tvaika spiedienu; tāpēc ir vairākas molekulas, kas izplūst no virsmas produkta, kas palielina iztvaikošanu.

Šķidrs ūdens lēnām paaugstina temperatūru tā augstā īpatnējā siltuma dēļ (4,184J / ° C). Ir vieta, kur absorbētais siltums vairs neizmanto tā temperatūras paaugstināšanai, bet lai sāktu šķidruma tvaika līdzsvaru; tas nozīmē, ka tas sāk vārīties un viss šķidrums nonāks gāzveida stāvoklī, absorbējot siltumu un uzturot temperatūru nemainīgu.

Tajā ir vērojama intensīva burbuļošana uz vārīta ūdens virsmas (augšējais attēls). Šķidruma ūdenī absorbēto siltumu tā, lai tvaika spiediens tās sākuma burbuļos būtu vienāds ar ārējo spiedienu, sauc par iztvaikošanas entalpiju (ΔHVap).

Spiediena nozīme

Spiediens ir noteicošs arī valsts pārmaiņās. Kāda ir tās ietekme uz iztvaikošanu? Jo augstāks spiediens, jo lielāks ir karstums, ko ūdens uzsūc, līdz ar to tas iztvaiko virs 100 ° C.

Tas ir tāpēc, ka spiediena pieaugums kavē ūdens molekulu izplūšanu no šķidruma uz gāzes fāzi.

Spiediena plītis izmanto šo faktu, lai uzsildītu pārtiku ūdenī līdz temperatūrai, kas pārsniedz tās viršanas temperatūru.

No otras puses, tā kā ir vakuums vai spiediena samazināšanās, šķidrajam ūdenim ir nepieciešama zemāka temperatūra, lai vārītos un pārietu uz gāzes fāzi. Ar lielu vai mazu spiedienu ūdens vārīšanas laikā nepieciešams absorbēt attiecīgo tvaika siltumu, lai pabeigtu valsts nomaiņu.

Kondensāts

Ūdens ir iztvaikojis. Kas tālāk? Ūdens tvaiki joprojām var paaugstināt temperatūru, kļūstot par bīstamu strāvu, kas var izraisīt smagus apdegumus.

Tomēr pieņemsim, ka tā vietā atdziest. Kā? Atbrīvojot siltumu videi un atlaižot siltumu, tiek teikts, ka notiek eksotermisks process.

Atbrīvojot siltumu, ļoti enerģiskās gāzveida ūdens molekulas sāk palēnināties. Arī to mijiedarbība sāk kļūt efektīvāka, kad tvaika temperatūra pazeminās. Tiks veidoti pirmie ūdens pilieni, kas kondensēti no tvaika, kam sekos lielāki pilieni, kurus galu galā piesaista gravitācija..

Lai pilnībā apturētu noteiktu daudzumu tvaiku, jums ir jāatbrīvo tāda pati enerģija, bet ar pretēju zīmi ΔHVap; tas ir, tās kondensācijas entalpija ΔHCond. Tādējādi apgrieztais līdzsvars, tvaika-šķidrums ir stabils.

Mitrināti logi

Kondensāciju var novērot māju logos. Aukstā klimatā mājā esošais ūdens tvaiks saduras ar logu, kura materiāla dēļ ir zemāka temperatūra nekā citām virsmām.

Tur ir vieglāk, lai tvaika molekulas apvienotos kopā, radot plānu, bālganu slāni, kas viegli noņemami ar rokām. Tā kā šīs molekulas atbrīvo siltumu (sildot stiklu un gaisu), tās sāk veidot vairāk klasteru, līdz tās var kondensēt pirmos pilienus (augšējais attēls).

Kad pilieni lielā mērā palielina izmēru, tie izlīst pa logu un atstāj ūdeni.

Cietināšana

Kādas citas fiziskas pārmaiņas jūs varat ciest no šķidrā ūdens? Sacietēšana dzesēšanas dēļ; citiem vārdiem sakot, tas sasalst. Lai sasaldētu, ūdenim jāatbrīvo tāds pats siltuma daudzums, kādu ledus absorbē. Arī šo siltumu sauc par cietināšanas vai sasaldēšanas entalpiju, ΔHCong (-AHFus).

Atdzesējot, ūdens molekulas zaudē enerģiju, un to starpmolekulārā mijiedarbība kļūst spēcīgāka un virzošāka. Tā rezultātā tie tiek pasūtīti pēc to ūdeņraža saites un veido tā sauktos ledus kristālus. Mehānisms, kā augt ledus kristāli, ietekmē to izskatu: caurspīdīgs vai balts.

Ja ledus kristāli aug ļoti lēni, tie neizslēdz piemaisījumus, piemēram, gāzes, kas zemā temperatūrā tiek šķīdinātas ūdenī. Tādējādi burbuļi izplūst un nevar mijiedarboties ar gaismu; un līdz ar to ir ledus kā caurspīdīgs ledus statuja (augšējais attēls)..

Tas pats notiek ar ledu, tas var notikt ar jebkuru citu vielu, kas sacietē ar dzesēšanu. Iespējams, tas ir vissarežģītākās fiziskās izmaiņas sauszemes apstākļos, jo var iegūt vairākus polimorfus.

Sublimācija

Vai ūdens sublima? Nē, vismaz ne normālos apstākļos (T = 25 ° C, P = 1 atm). Sublimācijai, ti, stāvokļa maiņai no cietas uz gāzi, cietā tvaika spiedienam jābūt augstam.

Svarīgi ir arī tas, ka to starpmolekulārie spēki nav ļoti spēcīgi, vēlams, ja tie sastāv tikai no izkliedēšanas spēkiem

Vislielākais piemērs ir cietais jods. Tas ir pelēkā-purpura toņu kristāliska cietviela, kurai piemīt augsts tvaika spiediens. Tas tā ir, ka tā iedarbībā tiek atbrīvots purpura tvaiks, kura tilpums un izplešanās kļūs pamanāmas, kad tās tiek pakļautas apkurei..

Augšējais attēls rāda tipisku eksperimentu, kurā stikla traukā iztvaicē cieto jodu. Interesanti un pārsteidzoši ir novērot, kā purpura tvaiki ir izkliedēti, un uzsāktais students var pārbaudīt, vai nav šķidrā joda.

Tas ir galvenais sublimācijas raksturojums: šķidrās fāzes nav. Tas ir arī endotermisks, jo cietais materiāls absorbē siltumu, lai palielinātu tvaika spiedienu, lai tas atbilstu ārējam spiedienam.

Nosēdumi

Līdztekus joda sublimācijas eksperimentam mums ir nosēdumi. Nosēdināšana ir pretēja pārmaiņa vai pāreja: viela pāriet no gāzveida stāvokļa uz cietu vielu bez šķidrās fāzes veidošanās.

Kad purpura jodi tvaiki nonāk saskarē ar aukstu virsmu, tie atbrīvo siltumu, lai to uzsildītu, zaudējot enerģiju un pārgrupējot molekulas atpakaļ pelēkā-violetā cietā krāsā (augšējais attēls). Tad tas ir eksotermisks process.

Nosēdumi tiek plaši izmantoti tādu materiālu sintēzei, kuros tos ar metālu atomu papildina ar sarežģītām metodēm. Ja virsma ir ļoti auksta, siltuma apmaiņa starp to un tvaika daļiņām ir pēkšņa, izlaižot šķērsojumu attiecīgajā šķidruma fāzē.

Uzkrāšanās siltums vai entalpija (un ne depozīts) ir apgrieztā sublimācija (ΔHSub= - ΔHDep). Teorētiski daudzas vielas var sublimēt, bet, lai to panāktu, ir nepieciešams manipulēt ar spiedienu un temperatūru, turklāt jums ir jābūt savai diagrammai P pret T; kurā tās vizuālās iespējamās fāzes var vizualizēt.

Citas statusa izmaiņas

Lai gan par tiem nav pieminēts, ir arī citi jautājumi. Dažreiz tos raksturo "nedaudz no katras", un tāpēc tie ir to kombinācija. Lai tos radītu, spiedieni un temperatūras jārīkojas ļoti pozitīvā (lielā) vai negatīvā (mazā) apjomā.

Tādējādi, piemēram, ja gāzes tiek pārkarsētas pārmērīgi, tās zaudēs savus elektronus un to pozitīvi uzlādētie kodoli šajā negatīvajā plūdmaiņā būs tas, kas pazīstams kā plazma. Tas ir sinonīms "elektriskajai gāzei", jo tam ir augsta elektriskā vadītspēja.

No otras puses, samazinot temperatūru pārāk daudz, viela var uzvedties neparedzēti; tas nozīmē, ka tiem piemīt unikālas īpašības ap absolūtu nulli (0 K).

Viena no šīm īpašībām ir superfluiditāte un supravadītspēja; kā arī Bose-Einšteina kondensātu veidošanās, kur visi atomi darbojas kā viens.

Pat daži pētījumi norāda uz fotonisko jautājumu. Tajās elektromagnētiskā starojuma daļiņas, fotoni, ir grupēti, lai veidotu fotoniskas molekulas. Citiem vārdiem sakot, teorētiski tas būtu masas piešķiršana gaismas ķermeņiem.

Atsauces

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 19. novembris). Fāžu izmaiņu saraksts starp valstīm. Saturs iegūts no: thinkco.com
  2. Vikipēdija. (2019). Lietas stāvoklis Saturs iegūts no: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Mainīgas valstis. Saturs iegūts no: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Fāzes maiņa: iztvaikošana, kondensācija, sasaldēšana, kausēšana, sublimācija un nogulsnēšanās. Pētījums. Saturs iegūts no: study.com
  5. Bagley M. (2016. gada 11. aprīlis). Jautājums: definīcija un piecas būtiskas valstis. Saturs iegūts no: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning.