Förändringar av tillståndstyper och deras egenskaper (med exempel)

De statliga förändringar eller fas är ett termodynamiskt fenomen där materien upplever reversibla fysiska förändringar. Det sägs att det är termodynamiskt eftersom en värmeöverföring inträffar mellan materien och omgivningen; Eller vad är detsamma, det finns interaktioner mellan materia och energi som inducerar en omarrangemang av partiklar.

De partiklar som upplever statusändringen förblir densamma före och efter samma. Trycket och temperaturen är viktiga variabler i hur dessa rymmer i en eller annan fas. När en statsförändring inträffar bildas ett bifasiskt system, som består av samma sak i två olika fysiska tillstånd.

Statliga förändringar. Källa: Gabriel Bolívar

Den högre bilden visar de huvudsakliga förändringarna i tillståndet som är viktigt under normala förhållanden.

En solid kub av en blåaktig substans kan bli flytande eller gasformigt beroende på temperaturen och trycket i omgivningen. Av sig själv representerar det en enda fas: det fasta. Men vid tidpunkten för smältning, det vill säga smälta, en solid vätskebalans som kallas fusion (röd pil mellan hinken och den blå droppen är etablerad).

För att fusionen inträffar måste kuben absorbera värme från omgivningen för att öka temperaturen; Därför är det en endotermisk process. När kuben är smält är den återigen en enda fas: det för vätsketillståndet.

Denna blota kan fortsätta att absorbera värme, vilket ökar temperaturen och ger upphov till bildandet av gasformiga bubblor. Återigen finns det två faser: en vätska och den andra läsk. När all vätska har förångats genom sin kokpunkt sägs det då att den har kokt eller förångats.

Nu förvandlades blåaktiga droppar till moln. Hittills har alla processer varit endotermiska. Blueish gas kan fortsätta att absorbera värme tills den är upphettad; Men med tanke på markförhållandena tenderar detta tvärtom att svalna och kondensera igen i vätskan (kondensation).

Å andra sidan kan moln också deponeras direkt i en solid fas och bildar den solida kuben igen (avsättning). Dessa två sista processer är exotermiska (blå pilar); det vill säga de släpper värme till miljön eller runt.

Förutom kondensation och deponering sker en förändring av tillståndet när blotan fryser vid låga temperaturer (stelning).

[TOC]

Typer av tillståndsförändringar och deras egenskaper

Bilden visar de typiska förändringarna för de tre (vanligaste) staterna av materia: fast, flytande och gasformigt. De förändringar som åtföljs av de röda pilarna är endotermiska, de innebär värmeabsorption; Medan de som åtföljs av blå pilar är exotermiska.

En kort beskrivning av var och en av dessa förändringar kommer att göras nedan, vilket belyser några av dess egenskaper från en molekylär och termodynamisk resonemang.

- Fusion

Fusion är förändringen av ett ämne från det fasta tillståndet till vätskan.

I fast tillstånd är partiklarna (joner, molekyler, kluster etc.) är "fångar", belägna i fasta rymdpositioner utan att kunna röra sig fritt. De kan emellertid vibrera vid olika frekvenser, och om dessa är mycket starka kommer den stränga ordningen som införs av intermolekylära krafter att börja "smulas.

Som ett resultat erhålls två faser: en där partiklarna fortsätter begränsade (fast) och en annan där de är friare (vätska), tillräckligt för att öka avstånd som skiljer dem från varandra. För att uppnå detta måste det fasta ämnet absorbera värme, och därmed kommer dess partiklar att vibrera med större kraft.

Det kan tjäna dig: atommassa: definition, typer, hur man beräknar den, exempel

Av denna anledning är fusionen endoterm, och när den börjar sägs det att en balans mellan de fasta vätskefaserna inträffar.

Den värme som krävs för att ge upphov till denna förändring kallas värme eller smältande entalpi (ΔH_Fus). Detta uttrycker mängden värme (energi, i KJ -enheter främst) som måste absorbera en mol med fast tillståndsämnen för att smälta och inte bara höja temperaturen.

Snöboll

Smälter snö med handen. Källa: Pixabay

Med detta i åtanke förstås det varför en snöboll smälter i handen (överlägsen bild). Snö absorberar kroppsvärme, vilket räcker för att höja snöens temperatur över 0 ° C.

De iskristaller som finns i snön absorberar höger värme för att smälta och så att deras vattenmolekyler antar en mer oordninglig struktur. Medan snön smälter, kommer det bildade vattnet inte att öka temperaturen, eftersom all handens värme drar nytta av snön för att slutföra dess sammansmältning.

- Förångning

Förångning är förändringen av ett ämne från det flytande tillståndet till det gasformiga.

Fortsätter med exemplet med vattnet, och nu placerar en handfull snö i en kruka och tänder elden, observeras att snön snabbt smälter. När vatten värms upp börjar små koldioxidbubblor och andra möjliga gasföroreningar bildas.

Kokande vatten. Källa: Pixabay

Värmen utvidgade molekylär de oordningliga konfigurationerna i vattnet, utvidgar dess volym och ökar dess ångtryck; Därför finns det flera molekyler som undviker ytprodukten från ökande avdunstning.

Flytande vatten ökar temperaturen långsamt på grund av dess höga specifika värme (4 184J/° C ∙ g) g). Det finns en punkt där värmen som absorberar inte längre använder den för att höja sin temperatur, utan för att påbörja vätskevaporbalansen; Det vill säga, det börjar koka och all vätska kommer att passera till det gasformiga tillståndet medan du absorberar värme och håller temperaturen konstant.

Det är här intensiv bubbla observeras på ytan av kokt vatten (överlägsen bild). Värmen som absorberar flytande vatten så att ångtrycket på dess begynnande bubblor är lika med yttre trycket, kallas förångningstalpi (ΔH_Vep).

Tryckens roll

Trycket är också avgörande i statliga förändringar. Vad är dess effekt på förångning? Som vid större tryck, desto större är värmen som måste absorbera vatten för att koka, och därför förångas det över 100 ° C.

Detta beror på att ökningen i tryck gör det svårt att fly från vattenmolekyler från vätskefasen till soda.

Tryckkrukor använder detta faktum till deras fördel för att värma mat i vatten vid en temperatur över deras kokpunkt.

Å andra sidan, med ett vakuum eller minskning av trycket, behöver flytande vatten en lägre temperatur för att koka och gå vidare till gasfasen. Med mycket eller lite tryck, vid kokande behovet av vatten måste absorbera dess respektive förångningsvärme för att slutföra dess statsförändring.

- Kondensation

Kondens är förändringen av ett ämne från ett gasformigt tillstånd till vätsketillståndet.

Kan tjäna dig: galaktos

Vatten har förångats. Vad kommer härnäst? Vattenånga kan fortfarande öka temperaturen och bli en farlig ström som kan orsaka allvarliga brännskador.

Men anta istället att det svalnar. Som? Släpper värmen till miljön, och när det släpps värme sägs det att en exoterm process händer.

Genom att släppa värmen börjar de mycket energigasiga molekylerna sakta ner. Dessutom börjar dess interaktioner bli mer effektiva när ångtemperaturen sjunker. Först kommer vattendroppar, ångkondensat, följt av större droppar som slutar att lockas till tyngdkraften.

För att helt betraktar en viss ånga måste du släppa samma energi, men med ett motsatt tecken, vid ΔH_Vep; det vill säga dess kondensation entalpi ΔH_Kond. Således är den omvända, ångvätska balansen stabil.

Fuktade fönster

Vattenkondens. Källa: Pexels

Kondens kan observeras i hushållsfönster själva. I ett kallt väder kolliderar vattenånga inuti huset med fönstret, som med dess material har lägre temperatur än andra ytor.

Där är det lättare för ångmolekyler att gruppera, vilket skapar ett tunt vitaktigt skikt som lätt kan tas bort för hand. När dessa molekyler släpper värme (värmeglas och luft) börjar de bilda fler kluster tills de kan kondensera de första dropparna (övre bild).

När dropparna ökar sin storlek, glider de genom fönstret och lämnar ett spår av vatten.

- Stelning

Stelning är förändringen av tillstånd för ett ämne från flytande tillstånd till det fasta tillståndet.

Stelning sker på grund av kylning; Med andra ord fryser vatten. För att frysa måste vattnet frigöra samma mängd värme som absorberar is för att smälta. Återigen kallas denna värme stelning eller frysande entalpi, ΔH_Kong (-Δh_Fus).

Vid kylning förlorar vattenmolekyler energi och deras intermolekylära interaktioner blir starkare och mer riktade. Som ett resultat beställs de tack vare sina vätebroar och bildar de så kallade iskristallerna. Mekanismen genom vilken iskristaller växer på deras utseende: transparent eller vit.

Isskulptur. Källa: Pixabay

Om iskristaller växer mycket långsamt, ockluder dessa inte föroreningar, till exempel gaser som vid låga temperaturer solubiliseras i vatten. Således flyr bubblor och kan inte interagera med ljus; Och följaktligen finns det en is så transparent som för en extraordinär isstaty (överlägsen bild).

Samma som händer med is, kan hända med alla andra ämnen som stelnar genom kylning. Kanske är detta den mest komplexa fysiska förändringen i markförhållanden, eftersom flera polymorfer kan erhållas.

- Sublimering

Sublimering är förändringen av ett ämne från det fasta till gasen till gasen.

Kan vatten sublim? Nej, åtminstone inte under normala förhållanden (t = 25 ° C, p = 1 atm). För sublimering inträffar, det vill säga förändringen av gasfast tillstånd, måste det fasta ångtrycket vara högt.

På samma sätt är det viktigt att deras intermolekylära krafter inte är särskilt starka, helst om de bara består av spridningskrafter

Det mest emblematiska exemplet är fast jod. Det är ett kristallint fast ämne av grå-moraliska toner, som har högt ångtryck. Sådant är så att en lila ånga i hans handling följer, vars volym och expansion är anmärkningsvärd när han är under värmer.

Kan tjäna dig: trietilamin: struktur, egenskaper, användningar och riskerSublimering av jod. Källa: Belkina N V [CC av 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/4.0)], från Wikimedia Commons

I den övre bilden visas ett typiskt experiment där fast jod avdunstar i en glasbehållare. Det är intressant och slående att observera hur lila ångor sprids, och den initierade studenten kan verifiera frånvaron av vätskedodin.

Detta är det huvudsakliga kännetecknet för sublimering: det finns ingen närvaro av en flytande fas. Det är också endotermiskt, eftersom det fasta absorberar värmen för att öka sitt ångtryck till lika med det yttre trycket.

- Deposition

Jodkristall depposition. Källa: Stanislav.NevyHosteny [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)], från Wikimedia Commons

Depositionen är förändringen av ett ämne från det gasformiga tillståndet till det fasta tillståndet.

Parallellt med jod sublimeringsexperimentet har du avsättningen som. Deposition är den motsatta förändringen eller övergången: ämnet passerar från gasformigt tillstånd till det fasta ämnet utan bildandet av en vätskefas.

När jodlila ångor kommer i kontakt med en kall yta, släpper de värme för att värma den, förlorar energi och omgrupperar sina molekyler igen i det gråa muddiga fasta (överlägsen bild). Det är då en exoterm process.

Avsättningen används allmänt för syntes av material där de dopar med metallatomer genom sofistikerade tekniker. Om ytan är väldigt kall.

Värmen eller entalpin av deponering (och inte Deposition) är det av sublimering (ΔH_Sub=- ΔH_D.E.P). I teorin kan många ämnen sublimeras, men för att uppnå detta är det nödvändigt att manipulera tryck och temperaturer, förutom att ha sitt P vs T -diagram till hands; där deras avlägsna möjliga faser kan visualiseras.

Andra statliga förändringar

Även om de inte nämns finns det andra tillstånd av materia. Ibland kännetecknas de av att ha "lite av varje", och därför en kombination av dem. För att generera dem bör tryck och temperaturer manipuleras till mycket positiva (stora) eller negativa (små) storlekar.

Således, till exempel, om gaserna värms kraftigt, kommer de att förlora sina elektroner och deras positivt laddade kärnor i den negativa tidvattnet kommer att utgöra det som kallas plasma. Det är synonym för "elektrisk gas", eftersom den presenterar hög elektrisk konduktivitet.

Å andra sidan, när temperaturen går ner för mycket, kan materien bete sig otänkta; Det vill säga de uppvisar unika egenskaper runt Absolute Zero (0 K).

En av dessa egenskaper är överflödighet och superledningsförmåga; liksom bildningen av Bose-Einstein-kondensat, där alla atomer uppför sig som en.

Till och med vissa undersökningar pekar på fotonisk materia. I dem grupperas partiklarna med elektromagnetisk strålning, fotonerna för att bilda fotoniska molekyler. Det vill säga det skulle vara att ge massa till vissa ljus kroppar, teoretiskt.

Referenser

1. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (19 november 2018). Lista över fasförändringar mellan materien. Återhämtat sig från: tankco.com
2. Wikipedia. (2019). Materiel. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Ändringsstat. Återhämtat sig från: factMonster.com
4. Meyers ami. (2019). Fasförändring: Evaporion, kondensation, frezing, smältning, sublimering och deponering. Studie. Återhämtat sig från: studie.com
5. Bagley m. (11 april 2016). Matter: Definition & The Five State of Matter. Återhämtat sig från: Livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan.). Cengage Learning.