Ändringar av statliga typer och deras egenskaper (med exempel)

den tillståndsförändringar De är ett termodynamiskt fenomen där materia genomgår reversibla fysiska förändringar. Det sägs vara termodynamiskt eftersom värmeöverföring sker mellan materia och omgivningar. eller vad som är detsamma, det finns växelverkan mellan materia och energi som framkallar en omplacering av partiklarna.

Partiklarna som upplever statsförändringen förblir desamma före och efter det. Tryck och temperatur är viktiga variabler i hur de hyses i en eller flera faser. När en tillståndsändring uppstår bildas ett tvåfassystem som består av samma material i två olika fysiska tillstånd.

Toppbilden visar de huvudsakliga tillståndsförändringar som materialet upplever under normala förhållanden.

En fast kub av en blåaktig substans kan bli flytande eller gasformig beroende på temperatur och tryck i omgivningen. I sig representerar den bara en fas: den fasta. Men vid smältningens ögonblick, det smälter, etableras en fast-vätskejämvikt som kallas fusion (röd pil mellan kuben och den blåaktiga droppen).

För att fusion ska uppstå måste kuben absorbera värme från omgivningen för att öka temperaturen. Därför är det en endoterm process. När kuben är fullständigt smält finns det en gång enbart en fas: den hos vätsketillståndet.

Denna blåaktiga droppe kan fortsätta att absorbera värme, vilket ökar temperaturen och leder till bildandet av gasformiga bubblor. Återigen finns det två faser: en vätska och den andra gasen. När all vätska har avdunstat genom kokpunkten är det sedan sagt att det har kokat eller förångat.

Nu förvandlas de blåaktiga dropparna till moln. Hittills har alla processer varit endoterma. Den blåaktiga gasen kan fortsätta att absorbera värme tills den upphettas; Men med tanke på de markbundna förhållanden tenderar det tvärtom att kyla och kondensera igen i vätskan (kondensation).

Å andra sidan kan moln också avsättas direkt på en fast fas och återigen bilda den fasta kuben (avsättning). Dessa två sista processer är exoterma (blåa pilar); det vill säga, de släpper ut värme till omgivningen eller omgivningen.

Förutom kondensation och avsättning sker en tillståndsändring när den blåa droppen fryser vid låga temperaturer (stelning).

index

• 1 Typer av statusändringar och deras egenskaper
  • 1.1 Fusion
  • 1.2 Förångning
  • 1.3 Kondensation
  • 1.4 Fastgöring
  • 1,5 Sublimering
  • 1.6 Deponering
• 2 Andra statusändringar
• 3 referenser

Typer av statusändringar och deras egenskaper

Bilden visar de typiska förändringarna för de tre (vanligaste) tillstånden av materia: fast, flytande och gasformig. Förändringarna åtföljda av de röda pilarna är endoterma, de innebär upptagande av värme. medan de som åtföljs av de blå pilarna är exoterma släpper de ut värmen.

Nedan följer en kort beskrivning av var och en av dessa förändringar, och belyser några av dess egenskaper från en molekylär och termodynamisk resonemang.

fusion

I det fasta tillståndet är partiklarna (joner, molekyler, kluster, etc.) "fångar", placerade i fasta utrymmen utan att kunna röra sig fritt. Men de har möjlighet att vibrera vid olika frekvenser, och om dessa är mycket starka, börjar "falla sönder" strikt ordning som infördes genom intermolekylära krafter.

en där partiklarna förblir begränsad (fast), och andra som är fria (vätska), tillräckligt för att öka avstånden som separerar varandra: som ett resultat, är två faser erhållits. För att uppnå detta måste det fasta materialet absorbera värme, och således kommer dess partiklar att vibrera med större kraft.

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

Värmen som krävs för att ge upphov till denna förändring kallas värme eller smältande entalpi av fusion (Ah_FUS). Detta uttrycker mängden värme (energi, i enheter av kJ huvudsakligen) som måste absorbera en mol substans i fast tillstånd för att smälta och inte bara höja temperaturen.

Snowball

Med detta i åtanke förstår du varför ett snöfall smälter i din hand (toppbild). Detta absorberar kroppsvärme, vilket är tillräckligt för att höja snöets temperatur över 0 ° C.

Iskristallerna som finns i snön absorberar värmen för att smälta och för deras vattenmolekyler att anta en mer oordnad struktur. Medan snön smälter, kommer det bildade vattnet inte att öka sin temperatur, eftersom all handens värme används av snön för att slutföra sin fusion.

förångning

Fortsatt med exemplet av vatten, nu placera en handfull snö i en kruka och belysa elden, observeras att snön snabbt smälter. När vattnet värms upp börjar små bubblor koldioxid och andra möjliga gasformiga föroreningar bildas inuti..

Värmen utvidgar de oordnade konfigurationerna av vatten molekylärt, expanderar dess volym och ökar dess ångtryck; Därför finns det flera molekyler som flyr från ytprodukten av ökande avdunstning.

Vätskevatten ökar långsamt sin temperatur på grund av sin höga specifika värme (4.184J / ° C ∙ g). Det kommer en punkt där värmen som absorberas inte längre använder den för att höja sin temperatur, men för att starta likvätskans jämvikt. det börjar börja koka och all vätska kommer att gå in i gasformigt tillstånd och absorberar värme och håller temperaturen konstant.

Här är den intensiva bubblingen på ytan av det kokta vattnet observerat (toppbild). Den värmeabsorberande vätskan vatten till ångtrycket för begynnande bubblor är lika med det yttre trycket, kallas förångning entalpi (.DELTA.H_Vap).

Tryckets roll

Trycket är också determinant i tillståndets förändringar. Vad är dess effekt på förångning? Att vid högre tryck desto större värme som vattnet måste absorberas för att koka, och därför förångas det över 100 ° C.

Detta beror på att ökning av tryck hindrar vattenmolekylernas flykt från vätskan till gasfasen.

Tryckkokare använder detta faktum till deras fördel för att värma mat i vatten till en temperatur över kokpunkten.

Å andra sidan, eftersom det finns ett vakuum eller en minskning av trycket, behöver vätskevattnet en lägre temperatur att koka och förflytta sig till gasfasen. Med mycket eller lite tryck, vid kokpunkten behöver vattnet absorbera sin respektive förångningsvärme för att slutföra sin tillståndsförändring.

kondensation

Vattnet har förångats. Vad är nästa? Vattendamp kan fortfarande öka sin temperatur och bli en farlig ström som kan orsaka svåra brännskador.

Men låt oss anta att det svalnar istället. Hur? Frigör värme till miljön och frigör värme det sägs att en exoterm process uppträder.

När de släpper ut värmen börjar de mycket energiska gasformiga vattenmolekylerna sakta ner. Dessutom börjar deras interaktioner vara mer effektiva då ångtemperaturen sjunker. Första droppar av vatten kommer att bildas, kondenseras från ångan, följt av större droppar som äntligen lockas av tyngdkraften.

För att helt nedsläcka en viss mängd ånga måste du släppa samma energi, men med motsatt tecken, till ΔH_Vap; det vill säga dess entalp av kondensation ΔH_Cond. Sålunda är den inversa jämvikten, ång-vätska stabil.

Wetted windows

Kondensationen kan observeras i husets fönster. I ett kallt klimat kolliderar vattenångan inuti huset med fönstret, vilket på grund av dess material har en lägre temperatur än andra ytor.

Där är det lättare för ångmolekylerna att gruppera ihop, vilket skapar ett tunt vitt skikt som enkelt kan avlägsnas för hand. Eftersom dessa molekyler släpper ut värme (uppvärmning av glas och luft) börjar de bilda flera kluster tills de kan kondensera de första dropparna (toppbilden).

När dropparna ökar sin storlek mycket, glider de genom fönstret och lämnar ett vattenväck.

stelning

Från vätskevatten, vilken annan fysisk förändring kan du drabbas av? Stärkningen på grund av kylning; det fryser med andra ord. För att frysa måste vattnet frigöra samma mängd värme som isen absorberar för att smälta. Återigen kallas denna värme enthalpi för stelning eller frysning, ΔH_Cong (-AH_FUS).

När kylningen förlorar vattenmolekylerna energi och deras intermolekylära interaktioner blir starkare och riktigare. Som ett resultat beställs de av sina vätebindningar och bildar de så kallade iskristallerna. Mekanismen med vilken iskristaller växer har en inverkan på deras utseende: transparent eller vit.

Om iskristaller växer väldigt långsamt, innefattar de inte orenheter, såsom gaser som vid låga temperaturer löses i vatten. Således flyr bubblor och kan inte interagera med ljus; och därför finns det en is som är så genomskinlig som en extraordinär isstaty (toppbild).

Samma sak händer med is, det kan hända med något annat ämne som stelnar genom kylning. Kanske är detta den mest komplexa fysiska förändringen i terrestriska förhållanden, eftersom flera polymorfer kan erhållas.

sublime

Kan vatten sublimera? Nej, åtminstone inte under normala förhållanden (T = 25 ° C, P = 1 atm). För sublimering att inträffa, det vill säga byte av tillstånd från fast till gas, måste ångtrycket hos det fasta materialet vara högt.

Det är också viktigt att deras intermolekylära krafter inte är mycket starka, företrädesvis om de bara består av dispersionskrafter

Det mest symboliska exemplet är fast jod. Det är ett kristallint fastämne av grå-lila toner, som har ett högt ångtryck. Det är så, att en lila ånga frigörs i sin handling, vars volym och expansion blir märkbar när den utsätts för uppvärmning.

Den övre bilden visar ett typiskt experiment där fast jod förångas i en glasbehållare. Det är intressant och slående att observera hur lila ångor är diffunderade, och den initierade studenten kan verifiera avsaknaden av flytande jod.

Detta är huvudkarakteristiken för sublimering: det finns ingen närvaro av en vätskefas. Det är också endotermt, eftersom det fasta ämnet absorberar värme för att öka sitt ångtryck för att matcha det yttre trycket.

avsättning

Parallellt med experimentet med sublimering av jod har vi dess avsättning. Deponering är motsatt förändring eller övergång: substansen passerar från gasformigt tillstånd till det fasta materialet utan bildning av en vätskefas.

När lila jodångor kommer i kontakt med en kall yta, släpper de värmen för att värma den, förlorar energi och omgrupperar sina molekyler tillbaka till det grålila fastämnet (toppbilden). Det är då en exoterm process.

Deposition används i stor utsträckning för syntes av material där de dopas med metallatomer genom sofistikerade tekniker. Om ytan är mycket kall, är värmeväxlingen mellan den och ångpartiklarna abrupta, så att passagen lämnas genom respektive vätskefas.

Värme eller entalpy av deponering (och inte avsättning) är invers av sublimering (Ah_sub= - ΔH_dep). I teorin kan många substanser sublimeras, men för att uppnå detta är det nödvändigt att manipulera trycket och temperaturerna, förutom att du måste ha ditt diagram P vs T till hands. där dess avlägsna möjliga faser kan visualiseras.

Andra statusändringar

Även om det inte finns några omnämnanden om dem, finns det andra materia. Ibland präglas de av att ha "lite av var och en", och är därför en kombination av dem. För att generera dem måste tryck och temperaturer manipuleras vid mycket positiva (stora) eller negativa (små) storlekar.

Således, till exempel, om gaserna upphettas för mycket, kommer de att förlora sina elektroner och deras positivt laddade kärnor i den negativa tiden kommer att utgöra det som är känt som plasma. Det är synonymt med "elektrisk gas", eftersom den har en hög elektrisk ledningsförmåga.

Å andra sidan, genom att sänka temperaturerna för mycket, kan materia uppträda utan hänsyn. det vill säga de uppvisar unika egenskaper runt absolut noll (0 K).

En av dessa egenskaper är superfluiditet och superledande liksom bildandet av Bose-Einstein-kondensat, där alla atomer beter sig som en.

Även några undersökningar pekar på fotoniska ämnen. I dem grupperas partiklarna av elektromagnetisk strålning, fotoner, för att bilda fotoniska molekyler. Det vill säga att det skulle ge teorin massor till ljusets ljus.

referenser

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 november 2018). Förteckning över fasändringar mellan tillståndsförhållanden. Hämtad från: thoughtco.com
2. Wikipedia. (2019). Materiellets tillstånd Hämtad från: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Ändra tillstånd. Hämtad från: factmonster.com
4. Meyers Ami. (2019). Fasändring: Förångning, Kondensation, Frysning, Smältning, Sublimering och Deponering. Study. Hämtad från: study.com
5. Bagley M. (11 april 2016). Matter: Definition och de fem tillstånden. Hämtad från: livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.