Devlet türleri ve özelliklerinin değişimi (örneklerle)



devlet değişiklikleri Maddenin geri dönüşümlü fiziksel değişikliklere uğradığı termodinamik bir fenomendir. Termodinamik olduğu söylenir, çünkü madde ve çevre arasında ısı transferi gerçekleşir; ya da aynı olan, madde ve enerji arasında parçacıkların yeniden düzenlenmesine neden olan etkileşimler vardır..

Durum değişikliğini deneyimleyen parçacıklar ondan önce ve sonra aynı kalır. Basınç ve sıcaklık, bir fazda veya diğerinde nasıl yerleştirildiklerinde önemli değişkenlerdir. Durum değişikliği meydana geldiğinde, iki farklı fiziksel durumdaki aynı maddeden oluşan iki fazlı bir sistem oluşturulur..

En üstteki resim, normal koşullar altında malzemenin yaşadığı ana durum değişikliklerini gösterir..

Mavimsi bir maddenin katı küpü, ortamın sıcaklığına ve basıncına bağlı olarak sıvı veya gaz olabilir. Kendi başına sadece bir aşamayı temsil eder: katı olanı. Ancak, erime anında, yani erime, füzyon denilen katı-sıvı dengesi kurulur (küp ile mavimsi damla arasında kırmızı ok).

Füzyonun gerçekleşmesi için, küp sıcaklığını arttırmak için çevresinden ısıyı emmesi gerekir; bu nedenle, endotermik bir işlemdir. Küp tamamen eritildiğinde, bir kez daha sadece bir faz vardır: sıvı haldeki.

Bu mavimsi damla sıcaklığını emmeye devam edebilir, bu da sıcaklığını yükseltir ve gaz halindeki kabarcıkların oluşumuna yol açar. Yine, iki faz vardır: bir sıvı ve diğer gaz. Tüm sıvılar kaynama noktasından buharlaştığında, kaynatıldığı veya buharlaştığı söylenir..

Şimdi, mavimsi damlalar bulutlara dönüştü. Şimdiye kadar, tüm işlemler endotermik olmuştur. Mavimsi gaz ısınana kadar ısıyı emmeye devam edebilir; Bununla birlikte, karasal koşullar göz önüne alındığında, bunun aksine, sıvı içinde yeniden soğuma ve yoğunlaşma eğilimi vardır (yoğunlaşma).

Öte yandan, bulutlar doğrudan katı bir fazda biriktirilerek tekrar katı küpü (biriktirme) oluşturur. Bu son iki işlem ekzotermiktir (mavi oklar); yani, çevreye veya çevreye ısı yayıyorlar.

Yoğunlaşma ve birikmeye ek olarak, mavimsi damla düşük sıcaklıklarda donduğunda (katılaşma) durum değişikliği meydana gelir.

indeks

  • 1 Durum değişikliği türleri ve özellikleri
    • 1.1 Füzyon
    • 1.2 Buharlaşma
    • 1.3 Yoğunlaşma
    • 1.4 Katılaşma
    • 1.5 Süblimasyon
    • 1.6 Biriktirme
  • 2 Diğer durum değişiklikleri
  • 3 Kaynakça

Durum değişikliği türleri ve özellikleri

Resim, maddenin üç (en yaygın) durumu için tipik değişiklikleri göstermektedir: katı, sıvı ve gaz. Kırmızı okların eşlik ettiği değişiklikler endotermiktir, bunlar ısı emilimini içerir; mavi okların eşlik ettiği ekzotermik olsa da, ısı yayıyorlar..

Aşağıda, bu özelliklerin her birinin kısa bir açıklaması, özelliklerinin bir kısmının moleküler ve termodinamik bir akıl yürütmeyle vurgulanması;.

birleşme

Katı halde parçacıklar (iyonlar, moleküller, kümeler, vb.), Serbestçe hareket edebilmeksizin sabit uzay pozisyonlarında bulunan “mahkumlardır”. Bununla birlikte, farklı frekanslarda titreşebilirler ve eğer çok güçlüyse, moleküller arası kuvvetlerin dayattığı katı düzen "parçalanmaya" başlar..

Sonuç olarak, iki faz elde edilir: biri taneciklerin kapalı kaldığı (katı), diğeri ise onları birbirlerinden ayıran mesafeleri artıracak kadar serbest (sıvı) oldukları yerlerde. Bunu başarmak için, katı ısıyı emmek zorundadır ve bu nedenle parçacıkları daha büyük bir kuvvetle titrer..

Bu nedenle füzyon endotermiktir ve başladığında katı-sıvı fazları arasında bir denge oluştuğu söylenir..

Bu değişime yol açmak için gerekli olan ısı, ısı ya da erime füzyon entalpisi (ΔHfus). Bu, erimesi için katı halde bir mol maddeyi emmesi ve sadece sıcaklığını yükseltmemesi gereken ısı miktarını (esas olarak kJ birimi cinsinden) ifade eder..

kartopu

Bunu akılda tutarak, neden bir kartopunun elinizde eridiğini anlarsınız (üstteki görüntü). Bu, vücut ısısını emerek, kar sıcaklığını 0 ° C'nin üzerine çıkarmak için yeterlidir..

Karda bulunan buz kristalleri, ısıyı sadece erimeye ve su moleküllerinin daha düzensiz bir yapıya sahip olmaları için emer. Kar eridiğinde, oluşan su sıcaklığını arttırmaz, çünkü elin tüm ısıları kar tarafından erimesini tamamlamak için kullanılır..

buharlaştırma

Su örneğiyle devam ederek, şimdi bir tencereye bir avuç kar koyarak ve ateşi yakarken, karın hızla eridiği görülmektedir. Su ısınırken, içeride küçük karbon dioksit kabarcıkları ve diğer olası gaz kirleri oluşmaya başlar..

Isı, düzensiz su konfigürasyonlarını moleküler olarak genişletir, hacmini genişletir ve buhar basıncını arttırır; Bu nedenle, artan buharlaşma yüzey ürününden kaçan birkaç molekül vardır..

Sıvı su, yüksek özgül ısısı (4.184J / ° C ∙ g) nedeniyle sıcaklığını yavaşça artırır. Emilen ısının artık sıcaklığını yükseltmek için kullanmadığı, ancak sıvı-buhar dengesini başlatmak için kullandığı bir nokta vardır; yani, kaynamaya başlar ve ısıyı emip sıcaklığı sabit tutarken tüm sıvı gaz halini alır..

Kaynamış suyun yüzeyindeki yoğun kabarcıklanma bu noktada görülür (üstten görüntü). Sıvı su tarafından emilen ısı, bu şekilde yeni çıkan kabarcıkların buhar basıncının harici basınca eşit olmasını sağlar, buharlaşma entalpi (ΔHVap).

Baskının rolü

Devlet değişimlerinde de baskı belirleyici. Buharlaşma üzerindeki etkisi nedir? Daha yüksek basınçta, suyun kaynatmak için emmesi gereken ısı arttıkça yükselir ve bu nedenle 100 ° C'nin üzerinde buharlaşır..

Bunun nedeni, basıncın artmasının, su moleküllerinin sıvıdan gaz fazına kaçışını engellemesidir..

Düdüklü tencereler bu gerçeği sudaki yiyecekleri kaynama noktasının üzerindeki bir sıcaklığa ısıtmak için lehine kullanırlar.

Öte yandan, bir vakum veya basınçta bir düşüş olduğu için, sıvı suyun kaynatılması ve gaz fazına hareket etmesi için daha düşük bir sıcaklığa ihtiyacı vardır. Çok fazla veya az basınçla, kaynama sırasında suyun durum değişikliğini tamamlamak için kendi buharlaşma ısısını emmesi gerekir.

yoğunlaşma

Su buharlaştı. Sırada ne var? Su buharı hala sıcaklığını artırabilir ve ciddi yanıklara neden olabilecek tehlikeli bir akım olabilir..

Ancak bunun yerine soğuduğunu varsayalım. Nasıl? Isıyı çevreye bırakma ve ısıyı bırakma ekzotermik bir işlemin gerçekleştiği söyleniyor.

Isı salınırken, enerjik gaz halindeki su molekülleri yavaşlamaya başlar. Ayrıca, buhar sıcaklığı düştükçe etkileşimleri daha etkili olmaya başlar. Buhardan yoğunlaşan ilk su damlacıkları oluşacak ve ardından yerçekimi tarafından etkilenen daha büyük damlacıklar oluşacaktır..

Belirli bir buhar miktarını tamamen küçümsemek için aynı enerjiyi serbest bırakmanız gerekir, ancak bunun tersi işareti ile ΔHVap; yani, yoğunlaşma entalpisi ΔHŞartlar. Böylece, ters denge, buhar-sıvı kararlıdır.

Islak camlar

Yoğuşma evlerin pencerelerinde görülebilir. Soğuk bir iklimde, evin içindeki su buharı, diğer yüzeylerden daha düşük bir sıcaklığa sahip olduğu için pencere ile çarpışır..

Burada, buhar moleküllerinin birlikte gruplanması daha kolaydır, elle kolayca çıkarılabilen ince beyazımsı bir katman oluşturur. Bu moleküller ısıyı (camı ve havayı ısıtmak) serbest bıraktıklarında, ilk damlacıkları yoğunlaştırabilene kadar daha fazla sayıda küme oluşturmaya başlarlar (üstteki görüntü).

Damlalar büyüklüklerini çok arttırdıklarında pencereden içeri doğru kayarlar ve bir miktar su bırakırlar..

katılaşma

Sıvı sudan başka hangi fiziksel değişikliklere uğrayabilirsiniz? Soğuma nedeniyle katılaşma; Başka bir deyişle, donuyor. Donmak için, suyun buzun erimesi için emdiği ısı miktarını serbest bırakması gerekir. Yine, bu ısı katılaşma veya donma entalpisi olarak adlandırılır, ΔHCong (-ΔHfus).

Soğuduğunda, su molekülleri enerji kaybeder ve moleküller arası etkileşimleri daha güçlü ve yönlü hale gelir. Sonuç olarak, hidrojen bağları ile sıralanırlar ve buz kristalleri olarak adlandırılırlar. Buz kristallerinin büyüdüğü mekanizma, görünümleri üzerinde etkilidir: şeffaf veya beyaz.

Buz kristalleri çok yavaş büyürse, düşük sıcaklıklarda suda çözünen gazlar gibi yabancı maddeleri kapatmazlar. Böylece, kabarcıklar kaçar ve ışıkla etkileşime giremez; ve sonuç olarak, olağanüstü bir buz heykelininki kadar şeffaf bir buz vardır (üst resim)..

Aynı şey buzla olur, soğuyarak katılaşan herhangi bir maddeyle olabilir. Belki de bu, birçok polimorf elde edilebildiğinden, karasal koşullardaki en karmaşık fiziksel değişikliktir..

yüceltme

Su yüceltebilir mi? Hayır, en azından normal şartlar altında değil (T = 25 ° C, P = 1 atm). Süblimasyonun gerçekleşmesi için, yani, durumun katıdan gaza değişmesi, katının buhar basıncının yüksek olması gerekir.

Moleküller arası kuvvetlerinin çok kuvvetli olmaması da, özellikle de yalnızca dağılma kuvvetlerinden oluşması durumunda çok önemlidir.

En sembolik örnek katı iyottur. Yüksek buhar basıncına sahip, grimsi-mor tonların kristalimsi bir katıdır. Bu böyledir, eyleminde mor renkli bir buhar açığa çıkar, bu da hacmi ve genişlemesi ısınmaya maruz kaldığında fark edilir hale gelir.

Üstteki görüntü, katı iyotun bir cam kapta buharlaştırıldığı tipik bir deneyi göstermektedir. Mor buharların nasıl dağıldığını gözlemlemek ilginçtir ve dikkat çekicidir ve yeni başlayan öğrenci sıvı iyot bulunmadığını doğrulayabilir..

Bu, süblimasyonun temel özelliğidir: sıvı bir faz yoktur. Aynı zamanda endotermiktir, çünkü katı, dış basıncı karşılayacak şekilde buhar basıncını arttırmak için ısıyı emer..

tortu

İyot yüceltme deneyi paralel olarak, onun birikimi var. Biriktirme zıt değişim veya geçiştir: madde, gaz halinden sıvı faz oluşmadan katı maddeye geçer.

Mor iyot buharları soğuk bir yüzeye temas ettiğinde, onu ısıtmak için ısı açığa çıkarır, enerji kaybeder ve moleküllerini tekrar gri-mor katı haline getirir (üstteki görüntü). Daha sonra ekzotermik bir işlemdir.

Biriktirme, karmaşık tekniklerle metal atomlarına katıldığı malzemelerin sentezi için yaygın olarak kullanılır. Yüzey çok soğuksa, onunla buhar parçacıkları arasındaki ısı değişimi ani olur ve ilgili sıvı fazdan geçişi engeller.

Biriktirme ısısı veya entalpisi (ve tortu) süblimasyonun tersidir (ΔHalt= - ΔHdep). Teoride, sayısız madde süblime edilebilir, ancak bunu başarmak için basınç ve sıcaklıkları değiştirmek gerekir, bunun yanında P / T diyagramınızı elinizde bulundurmanız gerekir; uzaktaki olası aşamalarının görselleştirilebildiği.

Diğer durum değişiklikleri

Onlardan hiç bahsedilmese de, başka meseleler de var. Bazen "her birinden biraz" olması ve bu nedenle bunların bir kombinasyonu olmaları ile karakterize edilirler. Bunları oluşturmak için, basınç ve sıcaklıklar çok pozitif (büyük) veya negatif (küçük) büyüklüklerde manipüle edilmelidir..

Bu nedenle, örneğin, eğer gazlar aşırı derecede ısıtılırsa, elektronlarını kaybedecekler ve bu negatif gelgit içindeki pozitif yüklü çekirdekleri plazma olarak bilinen şeyi oluşturacaktır. Yüksek elektrik iletkenliğine sahip olduğundan "elektrik gazı" ile eşanlamlıdır..

Öte yandan, sıcaklıkları çok fazla düşürerek madde beklenmedik şekilde davranabilir; yani, mutlak sıfır (0 K) etrafında benzersiz özellikler sergilerler.

Bu özelliklerden biri süper akışkanlık ve süper iletkenliktir; tüm atomların bir gibi davrandığı Bose-Einstein kondensatlarının oluşumunun yanı sıra.

Hatta bazı araştırmalar fotonik maddeye işaret ediyor. Onlarda elektromanyetik radyasyon parçacıkları, fotonlar, fotonik moleküller oluşturmak üzere gruplanır. Yani teorik olarak ışık kütlelerine kütle veriyor olacak..

referanslar

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 Kasım 2018). Maddenin Durumları Arasındaki Faz Değişimlerinin Listesi. Alınan adres: thoughtco.com
  2. Vikipedi. (2019). Maddenin durumu Alınan: en.wikipedia.org
  3. Dorling Kindersley. (2007). Değişen devletler. Alınan kaynak: factmonster.com
  4. Meyers Ami. (2019). Faz Değişimi: Buharlaşma, Yoğuşma, Donma, Erime, Süblimasyon ve Birikme. Çalışma. Alınan: study.com
  5. Bagley M. (11 Nisan 2016). Madde: Tanımı ve Maddenin Beş Durumu. Alınan: livescience.com
  6. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya. (8. basım). CENGAGE Öğrenme.