Ændringer af tilstandstyper og deres egenskaber (med eksempler)

den statsændringer de er et termodynamisk fænomen, hvor materiel gennemgår reversible fysiske ændringer. Det siges at være termodynamisk, fordi varmeoverførsel forekommer mellem materiale og omgivelser; eller hvad er det samme, er der vekselvirkninger mellem materie og energi, der fremkalder en omlejring af partiklerne.

De partikler, der oplever forandring af tilstanden forbliver de samme før og efter det. Tryk og temperatur er vigtige variabler i, hvordan de indkvarteres i en eller anden fase. Når en tilstandsændring opstår, dannes et tofasesystem, der består af det samme materiale i to forskellige fysiske tilstande.

Det øverste billede viser de vigtigste ændringer i tilstanden, der opleves af materialet under normale forhold.

En fast terning af et blåligt stof kan blive flydende eller gasformet afhængigt af temperatur og tryk i omgivelserne. I sig repræsenterer det kun en fase: den solide. Men i det øjeblik, hvor der smeltes, smelter det, etableres en fast-flydende ligevægt, der hedder fusion (rød pil mellem terningen og den blåagtige dråbe).

For fusion skal forekomme, skal terningen absorbere varme fra omgivelserne for at øge temperaturen; derfor er det en endoterm proces. Når kuben er fuldstændigt smeltet, er der endnu en gang kun en fase: væsketilstandens.

Denne blålige dråbe kan fortsætte med at absorbere varme, hvilket øger temperaturen og fører til dannelsen af ​​gasformige bobler. Igen er der to faser: en væske og den anden gas. Når hele væsken har fordampet gennem kogepunktet, så er det sagt at det har kogt eller fordampet.

Nu er de blålige dråber omdannet til skyer. Hidtil har alle processer været endoterme. Den blålige gas kan fortsætte med at absorbere varme indtil opvarmning; Men i betragtning af de jordiske forhold har dette tværtimod tendens til at afkøle og kondensere igen i væsken (kondensering).

På den anden side kan skyer også aflejres direkte på en fast fase og danner igen den faste terning (aflejring). Disse to sidste processer er eksoterme (blå pile); det vil sige, de frigiver varme til miljøet eller omgivelserne.

Ud over kondensation og afsætning sker en tilstandsændring, når den blåagtige dråbe fryser ved lave temperaturer (størkning).

indeks

• 1 Typer af statusændringer og deres egenskaber
  • 1.1 Fusion
  • 1.2 Fordampning
  • 1.3 Kondensation
  • 1.4 Fastgørelse
  • 1.5 Sublimering
  • 1.6 Deponering
• 2 Andre statusændringer
• 3 referencer

Typer af statusændringer og deres egenskaber

Billedet viser de typiske ændringer for de tre (mest almindelige) tilstandsforhold: fast, flydende og gasformig. Ændringerne ledsaget af de røde pile er endotermiske, de involverer absorption af varme; mens de ledsaget af de blå pile er eksoterme, frigiver de varme.

Nedenfor er en kort beskrivelse af hver af disse ændringer, der fremhæver nogle af dens karakteristika fra en molekylær og termodynamisk begrundelse.

fusion

I fast tilstand partikler (ioner, molekyler, klynger, etc.) er "bundet", som ligger på faste positioner uden plads til at bevæge sig frit. Imidlertid er de i stand til at vibrere ved forskellige frekvenser, og hvis de er meget stærke, vil den strenge rækkefølge, der pålægges af de intermolekylære kræfter, begynde at "smuldre"..

Som følge heraf opnås to faser: en hvor partiklerne forbliver begrænset (fast) og en anden hvor de er mere fri (flydende), nok til at forøge afstandene, der adskiller dem fra hinanden. For at opnå dette skal det faste stof absorbere varme, og dermed vil dets partikler vibrere med større kraft.

Af denne grund er fusionen endotermisk, og når den starter, siges det, at en balance mellem de faste væskefaser forekommer.

Den varme, der er nødvendig for at give anledning til denne ændring, kaldes varme eller smeltende entalpy af fusion (ΔH_FUS). Dette udtrykker mængden af ​​varme (energi, i enheder af kJ hovedsageligt), der skal absorbere en mol stof i fast tilstand for at smelte og ikke blot hæve dens temperatur.

Snowball

Med dette i tankerne forstår du hvorfor en snebold smelter i din hånd (øverste billede). Dette absorberer kropsvarme, hvilket er nok til at hæve sneens temperatur over 0 ° C.

De iskrystaller, der er til stede i sneen, absorberer varmen, bare for at smelte og for deres vandmolekyler at vedtage en mere uordnet struktur. Mens sneen smelter, vil det dannede vand ikke øge sin temperatur, da al håndens varme bruges af sneen til at fuldføre sin fusion.

fordampning

Fortsat med eksemplet på vand, hvor man nu lægger en håndfuld sne i en gryde og tænder ilden, bemærkes det, at sneen hurtigt smelter. Som vandet opvarmes, begynder små bobler af kuldioxid og andre mulige gasformige urenheder at danne sig indeni..

Varmen udvider de uordnede konfigurationer af vand molekylært, udvider dens volumen og øger dens damptryk; derfor er der flere molekyler, der undgår overfladeproduktet fra stigende fordampning.

Flydende vand øger langsomt sin temperatur på grund af sin høje specifikke varme (4.184J / ° C ∙ g). Der kommer et punkt, hvor den absorberede varme ikke længere bruger den til at hæve temperaturen, men for at starte væske-damp-ligevægten; det begynder at koge, og al væsken vil gå ind i gasformet tilstand og absorbere varme og holde temperaturen konstant.

Det er her, hvor den intense boblende på overfladen af ​​det kogte vand observeres (topbillede). Den varme, der absorberes af det flydende vand, således at damptrykket af dets begyndende bobler svarer til det ydre tryk, kaldes fordampningsentalhali (ΔH_Vap).

Pressens rolle

Trykket er også afgørende for statens forandringer. Hvad er dens virkning på fordampning? At ved højere tryk, desto større er den varme, som vandet skal absorbere, at koge og fordampes derfor over 100 ° C.

Dette skyldes, at stigningen i tryk forhindrer udslip af vandmolekyler fra væsken til gasfasen.

Trykkogere bruger denne kendsgerning til deres fordel for at opvarme mad i vand til en temperatur over kogepunktet.

På den anden side, da der er et vakuum eller et trykfald, har det flydende vand en lavere temperatur at koge og flytte til gasfasen. Med meget eller lidt pres skal vandet på tidspunktet for kogning absorbere sin respektive fordampningsvarme for at fuldføre dens tilstandskifte.

kondens

Vandet er fordampet. Hvad er næste? Vanddamp kan stadig øge temperaturen og blive en farlig strøm, der kan forårsage alvorlige forbrændinger.

Men lad os antage, at det køler i stedet. Hvordan? Frigivelse af varme til miljøet og frigivelse af varme det siges, at der forekommer en eksoterm proces.

Ved udgivelse af varme begynder de stærkt energiske gasformige vandmolekyler at bremse. Også deres interaktioner begynder at være mere effektive, da damptemperaturen falder. Første dråber af vand dannes, kondenseres fra dampen efterfulgt af større dråber, der ender med at blive tiltrukket af tyngdekraften.

For fuldstændigt at nedbryde en vis mængde damp, skal du frigive den samme energi, men med modsat tegn til ΔH_Vap; det vil sige dens kondensations ental-ental_cond. Således er den inverse ligevægt, damp-væske stabil.

Wetted vinduer

Kondensationen kan observeres i vinduerne i boliger. I et koldt klima kolliderer vanddampen inde i huset med vinduet, som på grund af dets materiale har en lavere temperatur end andre overflader.

Der er det lettere for dampmolekylerne at gruppere sammen, hvilket skaber et tyndt hvidligt lag, der let kan fjernes med hånden. Da disse molekyler frigiver varme (opvarmning af glas og luft), begynder de at danne flere talrige klynger, indtil de kan kondensere de første dråber (øverste billede).

Når dråberne øger deres størrelse meget, glider de gennem vinduet og efterlader et våg af vand.

størkning

Hvilken anden fysisk forandring kan du lide af flydende vand? Stivningen på grund af afkøling; det fryser med andre ord. For at fryse, skal vandet frigive den samme mængde varme, som isen absorberer til at smelte. Igen hedder denne varme enthalpien af ​​størkning eller frysning, ΔH_Cong (-ΔH_FUS).

Når afkølet mister vandmolekylerne energi og deres intermolekylære interaktioner bliver stærkere og retningsbestemt. Som et resultat bestilles de af deres hydrogenbindinger og danner de såkaldte iskrystaller. Mekanismen, hvormed iskrystaller vokser, har indflydelse på deres udseende: gennemsigtig eller hvid.

Hvis iskrystaller vokser meget langsomt, dækker de ikke urenheder, såsom gasser, som ved lave temperaturer opløses i vand. Således undslipper bobler og kan ikke interagere med lys; og derfor er der en is, der er så gennemsigtig som en ekstraordinær isstatue (topbillede).

Det samme sker med is, det kan ske med ethvert andet stof, der størkner ved afkøling. Måske er dette den mest komplekse fysiske ændring i terrestriske forhold, da flere polymorfer kan opnås.

sublimering

Kan vand sublimere? Nej, i det mindste ikke under normale forhold (T = 25 ° C, P = 1 atm). For at sublimering skal forekomme, det vil sige tilstandsændringen fra fast til gas, skal damptrykket af det faste stof være højt.

Det er også vigtigt, at deres intermolekylære kræfter ikke er meget stærke, fortrinsvis hvis de kun består af spredningskræfter

Det mest symbolske eksempel er fast jod. Det er et krystallinsk faststof af grå-lilla toner, som har et højt damptryk. Det er sådan, at der udløses en lilla damp, hvis omfang og ekspansion bliver mærkbar, når den udsættes for opvarmning.

Det øverste billede viser et typisk eksperiment, hvor fast jod inddampes i en glasbeholder. Det er interessant og slående at observere, hvordan lilla dampe er diffunderede, og den initierede elev kan bekræfte fraværet af flydende jod.

Dette er hovedkarakteristika for sublimering: der er ingen tilstedeværelse af en flydende fase. Det er også endotermisk, da det faste stof absorberer varme for at øge dets damptryk for at matche det ydre tryk.

aflejring

Parallelt med eksperimentet med sublimering af jod har vi sin deponering. Deponering er den modsatte ændring eller overgang: stoffet passerer fra gasformigt til faststof uden dannelse af en flydende fase.

Når lilla ioddampe kommer i kontakt med en kold overflade, frigiver de varme for at opvarme det, mister energi og omgrupperer deres molekyler tilbage i det gråfarvede faststof (topbillede). Det er så en eksoterm proces.

Deponering anvendes i vid udstrækning til syntese af materialer, hvor de dopes med metalatomer ved sofistikerede teknikker. Hvis overfladen er meget kold, er varmevekslingen mellem den og damppartiklerne abrupt, idet passagen udelades gennem den respektive flydende fase.

Aflejringsvarmen eller entalpien (og ikke aflejring) er den inverse af sublimering (ΔH_sub= - ΔH_Dep). I teorien kan talrige stoffer sublimeres, men for at opnå dette er det nødvendigt at manipulere tryk og temperaturer, udover det skal du have dit diagram P vs T til hånden; hvor dets fjerne mulige faser kan visualiseres.

Andre statusændringer

Selv om der ikke er nogen omtale af dem, er der andre sager. Nogle gange er de karakteriseret ved at have "lidt af hver enkelt", og derfor er en kombination af dem. For at generere dem skal tryk og temperaturer manipuleres ved meget positive (store) eller negative (små) størrelser.

Således, hvis for eksempel gasserne opvarmes for meget, vil de miste deres elektroner, og deres positivt ladede kerner i den negative tid vil udgøre det, der er kendt som plasma. Det er synonymt med "elektrisk gas", da den har en høj elektrisk ledningsevne.

På den anden side ved at sænke temperaturen for meget, kan materien opføre sig ubemærket; det vil sige, de udviser unikke egenskaber omkring absolut nul (0 K).

En af disse egenskaber er superfluiditet og superledningsevne; såvel som dannelsen af ​​Bose-Einstein-kondensaterne, hvor alle atomer opfører sig som en.

Selv nogle undersøgelser peger på fotonisk materiale. I dem er partiklerne af elektromagnetisk stråling, fotoner, grupperet til dannelse af fotoniske molekyler. Det vil sige, at det vil give masse til lysets legeme, teoretisk.

referencer

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19. november 2018). Liste over faseændringer mellem tilstandsforhold. Hentet fra: thoughtco.com
2. Wikipedia. (2019). Statsforhold Hentet fra: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Ændring af stater. Hentet fra: factmonster.com
4. Meyers Ami. (2019). Faseændring: Fordampning, Kondensation, Frysning, Smeltning, Sublimering og Deponering. Undersøgelse. Hentet fra: study.com
5. Bagley M. (11. april 2016). Matter: Definition & de fem stater i sagen. Hentet fra: livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning.