Riigi tüüpide ja nende omaduste muutused (koos näidetega)



The riigi muutused need on termodünaamilised nähtused, kus aine läbib pöörduvaid füüsilisi muutusi. Väidetakse, et see on termodünaamiline, sest soojuse ülekanne toimub aine ja ümbruse vahel; või see, mis on sama, on aine ja energia vaheline koostoime, mis indutseerib osakeste ümberkorraldamise.

Osakesed, mis kogevad riigi muutust, jäävad samaks enne ja pärast seda. Rõhk ja temperatuur on olulised muutujad, kuidas nad ühte või teise faasi paigutatakse. Olukorra muutumisel tekib kahefaasiline süsteem, mis koosneb samast materjalist kahes erinevas füüsilises olekus.

Ülemine pilt näitab materjali peamisi muutusi tavatingimustes.

Sinise aine tahke kuubik võib muutuda vedelaks või gaasiliseks sõltuvalt selle ümbruse temperatuurist ja rõhust. See iseenesest kujutab endast ainult ühte faasi: tahket. Kuid sulamise hetkel, st sulamisel, luuakse tahke-vedelik tasakaal, mida nimetatakse fusiooniks (punane nool kuubi ja sinakas languse vahel).

Fusiooni tekkimiseks peab kuubik soojust oma ümbrusest absorbeerima, et suurendada selle temperatuuri; seetõttu on see endotermiline protsess. Kui kuubik on täielikult sulanud, on taas kord ainult üks faas: vedela oleku faas.

See sinakas tilk võib jätkata soojuse neelamist, mis suurendab selle temperatuuri ja põhjustab gaasiliste mullide teket. Jällegi on kaks faasi: üks vedelik ja teine ​​gaas. Kui kogu vedelik on oma keemistemperatuurist aurustunud, siis öeldakse, et see on keedetud või aurustunud.

Nüüd muutuvad sinakad tilgad pilvedeks. Seni on kõik protsessid endotermilised. Sinakas gaas võib jätkata soojuse soojendamist; arvestades maapinna tingimusi, kaldub see aga jahutama ja kondenseeruma uuesti vedelikus (kondensatsioon)..

Teisest küljest võib pilved ladestuda ka otse tahkele faasile, moodustades jällegi tahke kuubiku (sadestumise). Need kaks viimast protsessi on eksotermilised (sinised nooled); see tähendab, et nad eraldavad soojust keskkonnale või ümbrusele.

Lisaks kondenseerumisele ja sadestumisele toimub seisundi muutus, kui sinakas tilk külmub madalatel temperatuuridel (tahkestumine)..

Indeks

  • 1 Olekumuutuste tüübid ja nende omadused
    • 1.1 Termotuumasüntees
    • 1.2 Aurustamine
    • 1.3 Kondensatsioon
    • 1.4 Tahkestumine
    • 1.5 Sublimatsioon
    • 1.6 Sadestumine
  • 2 Muud staatuse muutused
  • 3 Viited

Staatuse muutuste tüübid ja nende omadused

Pilt näitab tüüpilisi muutusi kolme (kõige tavalisema) materjali olekus: tahke, vedel ja gaasiline. Punaste nooltega kaasnevad muutused on endotermilised, need hõlmavad soojuse imendumist; samas kui sinised nooled on eksotermilised, vabastavad nad soojust.

Allpool on lühike kirjeldus kõigist nendest muudatustest, rõhutades mõningaid selle omadusi molekulaarsest ja termodünaamilisest põhjendusest.

Fusion

Tahkes olekus on osakesed (ioonid, molekulid, klastrid jne) "vangid", mis asuvad ruumi fikseeritud asendites, ilma et nad saaksid vabalt liikuda. Kuid nad on võimelised vibreerima erinevatel sagedustel ja kui nad on väga tugevad, hakkab intermolekulaarsete jõudude poolt kehtestatud range kord hakkama..

Selle tulemusena saadakse kaks faasi: üks, kus osakesed jäävad piiratuks (tahked), ja teine, kus nad on vabamad (vedelad), piisavad, et suurendada neid üksteisest eraldavaid vahemaid. Selle saavutamiseks peab tahke aine absorbeerima soojust ja seega hakkavad selle osakesed vibreerima suurema jõuga.

Sel põhjusel on sulandumine endotermiline ja kui see algab, öeldakse, et tahkete ja vedelate faaside vahel on tasakaal..

Selle muutuse tekitamiseks vajalikku soojust nimetatakse soojuseks või sulatamise entalpiaks (AHFus). See väljendab soojuse kogust (energia, kJ ühikutes), mis peab absorbeerima ühe mooli tahkes olekus olevaid aineid ja mitte lihtsalt tõstma selle temperatuuri.

Lumepall

Seda silmas pidades saate aru, miks lumepall sulab teie käes (ülemine pilt). See neelab keha soojust, mis on piisav lume temperatuuri tõstmiseks üle 0 ° C.

Lume kohal olevad jääkristallid absorbeerivad soojuse lihtsalt sulama ja nende veemolekulid võtavad vastu rohkem korrastamata struktuuri. Lumi sulamisel ei moodusta moodustunud vesi selle temperatuuri, sest lumi kasutab kogu käe soojust selle sulandamiseks..

Aurustamine

Jätkates näiteks veega, pannes nüüd käputäis lumi potti ja valgustades tuld, täheldatakse, et lumi sulab kiiresti. Kui vesi soojeneb, hakkavad sinna moodustuma väikesed süsinikdioksiidi mullid ja muud võimalikud gaasilised lisandid..

Soojus laiendab vee molekulaarset konfiguratsiooni, laiendades selle mahtu ja suurendades selle aururõhku; seetõttu on mitmeid molekule, mis pääsevad välja aurustumise suurenemisest pinna saadusest.

Vedel vesi tõuseb aeglaselt oma temperatuuri tänu oma kõrgele spetsiifilisele kuumusele (4,184 J / ° C). Tuleb punkt, kus neelduv soojus ei kasuta seda enam temperatuuri tõstmiseks, vaid vedeliku-auru tasakaalu käivitamiseks; see tähendab, et see hakkab keema ja kogu vedelik läheb gaasilisse olekusse, soojuse neelamisel ja temperatuuri püsimisel.

Siin on täheldatud intensiivset mullimist keedetud vee pinnal (ülemine pilt). Vedeliku poolt absorbeeritud soojust nii, et selle algkujude aururõhk on võrdne välise rõhuga, nimetatakse aurustumise entalpiaks (ΔHVap).

Surve roll

Surve on ka riigi muutustes määrav. Milline on selle mõju aurustumisele? Mida suurem on rõhk, seda suurem on soojus, mida vesi peab keema, ning seega aurustub see üle 100 ° C.

Seda seetõttu, et rõhu tõus takistab veemolekulide pääsemist vedelikust gaasifaasi.

Survekeetjad kasutavad seda asjaolu, et soojendada toitu vees temperatuurini, mis on kõrgem kui keemistemperatuur.

Teisest küljest, kuna on olemas vaakum või rõhu langus, vajab vedel vesi madalamat temperatuuri, et keeta ja liikuda gaasifaasi. Kui rõhk on suur või väike, peab vesi keetmise ajal taluma oma aurustumise soojust, et lõpetada riigi muutus.

Kondensatsioon

Vesi on aurustunud. Mis edasi? Veeaur võib oma temperatuuri veelgi suurendada, muutudes ohtlikuks vooluks, mis võib põhjustada tõsiseid põletusi.

Oletame siiski, et see jahutab. Kuidas? Soojuse vabastamine keskkonnale ja soojuse vabastamine on öelnud, et eksotermiline protsess toimub.

Soojuse vabastamisel hakkavad väga energilised gaasilised veemolekulid aeglustuma. Samuti hakkavad nende interaktsioonid aurutemperatuuri langedes efektiivsemaks muutuma. Moodustuvad esimesed veepiisad, mis on kondenseerunud aurust, millele järgneb suuremad tilgad, mis jõuavad raskustesse..

Teatud koguse aurude täielikuks äravõtmiseks peate vabastama sama energia, kuid vastupidise märgiga ΔHVap; see tähendab kondenseerumise entalpia ΔHCond. Seega on vastupidine tasakaal, aur-vedelik stabiilne.

Niisutatud aknad

Kondensatsiooni võib näha kodude akendes. Külmas kliimas kokku puutub maja sees paiknev veeaur aknaga, mis oma materjali tõttu on madalam kui teistel pindadel.

Seal on auru molekulidel lihtsam rühmitada, luues õhukese valkja kihi, mida saab käsitsi kergesti eemaldada. Kuna need molekulid vabastavad soojust (klaasi ja õhu kuumutamine), hakkavad nad moodustama rohkem klastreid, kuni nad saavad esimesed tilgad kondenseerida (ülemine pilt).

Kui tilgad suurust suurendavad, liiguvad nad aknast välja ja jätavad vee ärkamise.

Tahkestamine

Mis muud füüsilised muutused saaksid vedelast veest? Jahutamine põhjustab tahkestumist; teisisõnu, see külmub. Külmutamiseks peab vesi vabastama sama palju soojust, mida jää neelab. Ka seda soojust nimetatakse tahkestamise või külmutamise entalpiaks, AHCong (-AHFus).

Jahutamisel kaotavad veemolekulid energiat ja nende molekulidevahelised interaktsioonid muutuvad tugevamaks ja suunatumaks. Selle tulemusena on nad tellitud nende vesiniksidemetega ja moodustavad nn jääkristallid. Mehhanism, mille abil jääkristallid kasvavad, mõjutab nende välimust: läbipaistev või valge.

Kui jääkristallid kasvavad väga aeglaselt, ei takista nad lisandeid, nagu gaasid, mis madalal temperatuuril vees lahustuvad. Seega põgenevad mullid ja nad ei saa valgust mõjutada; ja sellest tulenevalt on jää nii läbipaistev kui erakorralise jääkuju (ülemine pilt).

Sama asi juhtub jääga, see võib juhtuda mis tahes muu ainega, mis tahkestub jahutamisega. Võib-olla on see kõige keerulisem füüsiline muutus maapealsetes tingimustes, kuna on võimalik saada mitmeid polümorfe.

Sublimatsioon

Kas vee sublimatsioon võib olla? Ei, vähemalt mitte normaalsetes tingimustes (T = 25 ° C, P = 1 atm). Sublimatsiooni tekkimiseks, st oleku muutus tahkest gaasiks, peab tahke aine aururõhk olema kõrge.

Samuti on oluline, et nende molekulidevahelised jõud ei oleks väga tugevad, eelistatavalt juhul, kui need koosnevad ainult hajutusjõududest

Kõige sümboolsem näide on tahke jood. See on hallikas-lilla toonide kristalne tahke aine, millel on kõrge aururõhk. See on nii, et selle toimel vabaneb lilla aur, mille maht ja paisumine muutuvad kuumutamisel märgatavaks..

Ülemine pilt näitab tüüpilist katset, kus tahke jood aurustatakse klaasanumas. Huvitav ja silmatorkav on jälgida, kuidas purpursed aurud on hajutatud ja algatatud üliõpilane suudab kontrollida vedela joodi puudumist.

See on sublimatsiooni peamine omadus: vedela faasi olemasolu puudub. Samuti on see endotermiline, kuna tahke aine absorbeerib soojust, et suurendada oma aururõhku, et see vastaks välisele rõhule.

Sadestumine

Paralleelselt joodi sublimatsiooni eksperimentiga on meil ka sadestumine. Sadestumine on vastupidine muutus või üleminek: aine liigub gaasilisest olekust tahkele ilma vedela faasi moodustumata.

Kui lilla joodiaurud puutuvad kokku külma pinnaga, vabastavad nad soojust, et seda soojendada, kaotada energiat ja rühmitada oma molekulid tagasi hall-lilla tahkesse (ülemine pilt). See on siis eksotermiline protsess.

Sadestumist kasutatakse laialdaselt materjalide sünteesimiseks, kus need on metallist aatomeid sisaldavate keeruliste tehnikatega. Kui pind on väga külm, siis vaheline kuumuse vahetus selle ja aurude osakeste vahel on järsk, jättes ära läbipääsu vastava vedelikufaasi kaudu.

Kuumutamine või sadestumise entalpia (mitte tagatisraha) on sublimatsiooni pöördväärtus (ΔHSub= - AHDep). Teoreetiliselt võib sublimeerida arvukalt aineid, kuid selle saavutamiseks on vaja manipuleerida rõhku ja temperatuure, lisaks sellele peab teil olema oma diagramm P vs T; mille kauged võimalikud faasid saab visualiseerida.

Muud staatuse muutused

Kuigi neid ei mainita, on muid materjali olusid. Mõnikord on neile iseloomulik, et neil on "igaüks neist veidi" ja seetõttu on nende kombinatsioon. Nende tekitamiseks tuleb survet ja temperatuure manipuleerida väga positiivsete (suurte) või negatiivsete (väikeste) suuruste juures.

Näiteks, kui gaase kuumutatakse liigselt, kaotavad nad oma elektronid ja nende positiivselt laetud tuumad sellises negatiivses tõusulaual on see, mida tuntakse plasmana. See on "elektri gaasi" sünonüüm, kuna tal on suur elektrijuhtivus.

Teisest küljest, kui temperatuur langeb liiga palju, võib aine käituda ootamatult; see tähendab, et neil on unikaalsed omadused absoluutse nulliga (0 K).

Üks neist omadustest on superfluidsus ja ülijuhtivus; samuti Bose-Einsteini kondensaatide moodustumine, kus kõik aatomid käituvad ühena.

Isegi mõned uuringud viitavad fotoonilisele küsimusele. Neis on elektromagnetilise kiirguse osakesed, fotonid, grupeeritud fotoonmolekulide moodustamiseks. See tähendab, et see annaks teoreetiliselt massi kehadele.

Viited

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. november 2018). Oluliste riikide vaheliste faasimuutuste loetelu. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
  2. Wikipedia. (2019). Olukorra olukord Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Muutuvad riigid. Välja otsitud: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Faasi muutus: aurustamine, kondensatsioon, külmutamine, sulamine, sublimatsioon ja sadestumine. Uuring. Välja otsitud: study.com
  5. Bagley M. (11. aprill 2016). Küsimus: mõiste ja viis asjaosalist. Välja otsitud aadressilt: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Keemia (8. väljaanne). KESKMINE Õppimine.