التغييرات في أنواع الحالة وخصائصها (مع أمثلة)

ال تغييرات في الدولة إنها ظاهرة ديناميكية حيث تخضع المادة لتغيرات جسدية قابلة للعكس. يقال أنه الديناميكا الحرارية لأن نقل الحرارة يحدث بين المادة والمناطق المحيطة بها ؛ أو ما هو نفسه ، هناك تفاعلات بين المادة والطاقة التي تحفز على إعادة ترتيب الجزيئات.

تبقى الجزيئات التي تواجه تغير الحالة كما هي قبلها وبعدها. الضغط ودرجة الحرارة متغيرات مهمة في كيفية استيعابها في مرحلة أو أخرى. عند حدوث تغيير في الحالة ، يتم تشكيل نظام من مرحلتين ، يتكون من نفس المادة في حالتين ماديتين مختلفتين.

تُظهر الصورة العليا التغييرات الرئيسية للحالة التي تواجهها المواد في ظل الظروف العادية.

يمكن أن يصبح المكعب الصلب لمادة زرقاء سائلاً أو غازيًا اعتمادًا على درجة الحرارة والضغط المحيطين به. إنه في حد ذاته يمثل مرحلة واحدة فقط: المرحلة الصلبة. ولكن في لحظة الذوبان ، أي الانصهار ، يتم إنشاء توازن سائل صلب يسمى الانصهار (السهم الأحمر بين المكعب والإسقاط المزرق).

لكي يحدث الانصهار ، يحتاج المكعب إلى امتصاص الحرارة من محيطه لزيادة درجة حرارته ؛ لذلك ، فهي عملية ماص للحرارة. بمجرد ذوبان المكعب بالكامل ، هناك مرة أخرى مرحلة واحدة فقط: الحالة السائلة.

يمكن أن يستمر هذا الانخفاض المزرق في امتصاص الحرارة ، مما يزيد من درجة حرارته ويؤدي إلى تكوين فقاعات غازية. مرة أخرى ، هناك مرحلتان: أحدهما سائل والآخر غاز. عندما يتبخر السائل بالكامل عبر نقطة الغليان ، يُقال إنه قد غلى أو تبخر.

الآن ، تحولت قطرات مزرق إلى الغيوم. حتى الآن ، كانت جميع العمليات ماص للحرارة. يمكن للغاز المزرق أن يستمر في امتصاص الحرارة حتى يسخن ؛ ومع ذلك ، بالنظر إلى الظروف الأرضية ، يميل هذا على العكس إلى أن يبرد ويتكثف مرة أخرى في السائل (التكثيف).

من ناحية أخرى ، يمكن أيضًا ترسيب الغيوم مباشرة على الطور الصلب ، مرة أخرى لتشكيل المكعب الصلب (الترسب). هاتان العمليتان الأخيرتان طاردتان للحرارة (الأسهم الزرقاء) ؛ أي أنها تطلق الحرارة إلى البيئة أو المناطق المحيطة بها.

بالإضافة إلى التكثيف والترسب ، يحدث تغيير الحالة عندما يتجمد الانخفاض المزرق في درجات حرارة منخفضة (التصلب).

مؤشر

• 1 أنواع التغيرات في الحالة وخصائصها
  • 1.1 الانصهار
  • 1.2 التبخير
  • 1.3 التكثيف
  • 1.4 التصلب
  • 1.5 التسامي
  • 1.6 ترسب
• 2 تغييرات الحالة الأخرى
• 3 المراجع

أنواع التغييرات في الحالة وخصائصها

تُظهر الصورة التغييرات النموذجية للحالات الثلاثة (الأكثر شيوعًا) للمادة: الصلبة والسائلة والغازية. التغييرات المصحوبة بالسهام الحمراء ماص للحرارة ، فهي تنطوي على امتصاص الحرارة ؛ بينما تلك المصحوبة بالسهام الزرقاء طاردة للحرارة ، فإنها تطلق الحرارة.

فيما يلي وصف موجز لكل من هذه التغييرات ، مع إبراز بعض خصائصه من خلال التفكير الجزيئي والديناميكي الحراري.

الاندماج

في الحالة الصلبة ، تكون الجزيئات (الأيونات ، الجزيئات ، التجمعات ، إلخ) "سجناء" ، وتقع في مواقع ثابتة من الفضاء دون أن تكون قادرة على التحرك بحرية. ومع ذلك ، فهي قادرة على الاهتزاز عند ترددات مختلفة ، وإذا كانت قوية جدًا ، فإن الترتيب الصارم الذي تفرضه قوى الجزيئات يبدأ في "الانهيار"..

نتيجة لذلك ، يتم الحصول على مرحلتين: واحدة حيث تظل الجسيمات محصورة (صلبة) ، والأخرى حيث تكون أكثر حرية (سائلة) ، وهو ما يكفي لزيادة المسافات التي تفصلها عن بعضها البعض. لتحقيق ذلك ، يجب أن تمتص المادة الصلبة الحرارة ، وبالتالي سوف تهتز جزيئاتها بقوة أكبر.

لهذا السبب يكون الانصهار ماص للحرارة ، وعندما يبدأ ، يقال أن التوازن بين المراحل الصلبة والسائلة يحدث.

تسمى الحرارة اللازمة لإحداث هذا التغيير بالحرارة أو ذوبان المحتوى الحراري للانصهار (ΔH_الفتح). يعبر هذا عن مقدار الحرارة (الطاقة ، بوحدات kJ بشكل أساسي) التي يجب أن تمتص مولًا واحدًا من المادة في الحالة الصلبة ليذوب ، ولا يرفع درجة حرارته ببساطة.

كرة ثلجية

مع وضع ذلك في الاعتبار ، أنت تفهم سبب ذوبان كرة الثلج في يدك (الصورة العليا). هذا يمتص حرارة الجسم ، وهو ما يكفي لرفع درجة حرارة الثلج فوق 0 درجة مئوية.

تمتص البلورات الجليدية الموجودة في الثلج الحرارة لمجرد الذوبان ولكي تعتمد جزيئات الماء هيكلًا أكثر اضطرابًا. في حين يذوب الثلج ، فإن الماء المتكون لن يزيد من درجة حرارته ، حيث يتم استخدام كل حرارة اليد بواسطة الثلج لإكمال انصهاره.

تبخير

واستنادا إلى مثال الماء ، ووضع الآن حفنة من الثلج في وعاء وإضاءة النار ، يلاحظ أن الثلج يذوب بسرعة. مع ارتفاع حرارة الماء ، تبدأ الفقاعات الصغيرة من ثاني أكسيد الكربون وغيرها من الشوائب الغازية المحتملة في التكون من الداخل..

تمدد الحرارة التكوينات المضطربة للمياه جزيئياً ، وتزيد من حجمها وتزيد من ضغط البخار ؛ لذلك ، هناك العديد من الجزيئات التي تنجو من المنتج السطحي لزيادة التبخر.

يزيد الماء السائل ببطء من درجة حرارته بسبب الحرارة المرتفعة النوعية (4.184J / ° C ∙ g). هناك نقطة حيث لم تعد تستخدمها الحرارة الماصة لرفع درجة حرارتها ، ولكن لبدء توازن بخار السائل ؛ أي أنه يبدأ في الغليان وسيذهب السائل إلى الحالة الغازية مع امتصاص الحرارة والحفاظ على درجة حرارة ثابتة.

هذا هو المكان الذي يتم فيه ملاحظة الفقاعات الشديدة على سطح الماء المغلي (الصورة العليا). الحرارة التي يمتصها الماء السائل بحيث يساوي الضغط البخاري لفقاعاتها الأولية الضغط الخارجي ، ويسمى بالتبخر enthalpy (ΔH_فب).

دور الضغط

الضغط هو أيضا محدد في تغيرات الحالة. ما هو تأثيره على التبخير؟ في حالة الضغط العالي ، كلما زادت الحرارة التي يجب على الماء امتصاصها حتى يغلي ، وبالتالي فإنها تبخر فوق 100 درجة مئوية.

وذلك لأن الزيادة في الضغط تعيق هروب جزيئات الماء من السائل إلى مرحلة الغاز.

تستخدم طناجر الضغط هذه الحقيقة لصالحها لتسخين الطعام في الماء لدرجة حرارة أعلى من درجة الغليان.

من ناحية أخرى ، نظرًا لوجود فراغ أو انخفاض في الضغط ، يحتاج الماء السائل إلى درجة حرارة منخفضة حتى يغلي ويتحرك إلى مرحلة الغاز. مع الكثير أو القليل من الضغط ، في وقت غليان الماء يحتاج إلى امتصاص حرارة التبخير الخاصة به لإكمال تغيير حالته.

تكاثف

تبخر الماء. ما التالي؟ لا يزال بخار الماء يزيد من درجة حرارته ، ليصبح تيارًا خطيرًا قادر على التسبب في حروق شديدة.

ومع ذلك ، دعنا نفترض أنه يبرد بدلاً من ذلك. كيف؟ إطلاق الحرارة إلى البيئة ، وإطلاق الحرارة يُقال إن هناك عملية طاردة للحرارة تحدث.

عند إطلاق الحرارة ، تبدأ جزيئات الماء الغازي النشط للغاية في التباطؤ. أيضا ، تبدأ تفاعلاتها في أن تكون أكثر فعالية مع انخفاض درجة حرارة البخار. سوف تتشكل أول قطرات من الماء ، تتكثف من البخار ، تليها قطرات أكبر ينتهي بها الأمر إلى جذب الجاذبية.

للتنازل تمامًا عن كمية معينة من البخار ، تحتاج إلى إطلاق نفس الطاقة ، ولكن بعلامة معاكسة ، إلى ΔH_فب. وهذا هو ، المحتوى الحراري من التكثيف ΔH_كوند. وبالتالي ، فإن التوازن العكسي ، بخار السائل مستقر.

النوافذ المبللة

يمكن ملاحظة التكثيف في نوافذ المنازل. في المناخ البارد ، يصطدم بخار الماء داخل المنزل بالنافذة ، والتي بسبب موادها تكون درجة حرارة أقل من الأسطح الأخرى.

هناك ، من الأسهل بالنسبة لجزيئات البخار أن تجمع معًا ، مما يخلق طبقة بيضاء رقيقة قابلة للإزالة بسهولة باليد. عندما تطلق هذه الجزيئات الحرارة (تسخين الزجاج والهواء) ، فإنها تبدأ في تكوين مجموعات أكثر حتى تتمكن من تكثيف أول قطرات (الصورة العليا).

عندما تزيد القطرات من حجمها إلى حد كبير ، فإنها تنزلق من خلال النافذة وتترك القليل من الماء.

ترسيخ

من الماء السائل ، ما هي التغيرات الجسدية الأخرى التي يمكن أن تعانيها؟ التصلب بسبب التبريد. وبعبارة أخرى ، يتجمد. للتجميد ، يجب أن يطلق الماء نفس كمية الحرارة التي يمتصها الجليد ليذوب. مرة أخرى ، تسمى هذه الحرارة المحتوى الحراري للتجميد أو التجمد ، ΔH_كونغ (-ΔH_الفتح).

عندما تبرد ، تفقد جزيئات الماء الطاقة وتصبح تفاعلاتها بين الجزيئات أقوى وموجهة. نتيجة لذلك ، يتم ترتيبها بواسطة روابط الهيدروجين وتشكيل ما يسمى بلورات الجليد. الآلية التي تنمو بها بلورات الجليد لها تأثير على مظهرها: شفاف أو أبيض.

إذا كانت بلورات الجليد تنمو ببطء شديد ، فإنها لا تحدث شوائب ، مثل الغازات التي يتم ذوبانها في الماء في درجات حرارة منخفضة. وبالتالي ، فقاعات تهرب ولا يمكن أن تتفاعل مع الضوء ؛ وبالتالي ، هناك ثلج شفاف مثل ثلج تمثال الجليد الاستثنائي (الصورة العليا).

يحدث الشيء نفسه مع الجليد ، ويمكن أن يحدث مع أي مادة أخرى تصلب عن طريق التبريد. ربما يكون هذا هو التغيير المادي الأكثر تعقيدًا في الظروف الأرضية ، حيث يمكن الحصول على العديد من الأشكال المتعددة.

تسامي

يمكن تسام المياه؟ لا ، على الأقل ليس في ظل الظروف العادية (T = 25 درجة مئوية ، P = 1 أجهزة الصراف الآلي). لكي يحدث التسامي ، أي تغيير الحالة من الحالة الصلبة إلى الغاز ، يجب أن يكون ضغط بخار المادة الصلبة مرتفعًا.

من الضروري أيضًا ألا تكون قوى الجزيئات الخاصة بها قوية جدًا ، ويفضل أن تكون فقط من قوى تشتت

المثال الأكثر رمزية هو اليود الصلب. إنها مادة صلبة بلورية اللون الرمادي والأرجواني ، والتي لديها ضغط بخار مرتفع. هذا هو الحال ، حيث يتم إطلاق بخار بنفسجي ، يصبح حجمه وتوسعه ملحوظًا عند تعرضهما للتدفئة.

تُظهر الصورة العليا تجربة نموذجية حيث يتبخر اليود الصلب في وعاء زجاجي. من المثير للاهتمام والملفت للنظر كيف يتم نشر الأبخرة الأرجوانية ، ويمكن للطالب الذي بدأ الدراسة التحقق من عدم وجود اليود السائل.

هذه هي السمة الرئيسية للتسامي: لا يوجد طور سائل. كما أنها ماص للحرارة ، حيث تمتص الحرارة الصلبة لزيادة ضغط البخار لتتوافق مع الضغط الخارجي.

ترسيب

بالتوازي مع تجربة تسام اليود ، لدينا ترسب. الترسب هو التغيير أو الانتقال العكسي: تنتقل المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة دون تكوين طور سائل.

عندما تتلامس أبخرة اليود الأرجواني مع سطح بارد ، فإنها تطلق الحرارة لتسخينها ، وفقدان الطاقة وإعادة تجميع جزيئاتها مرة أخرى في المادة الصلبة ذات اللون الرمادي الأرجواني (الصورة العليا). هي إذن عملية طاردة للحرارة.

يستخدم الترسيب على نطاق واسع لتوليف المواد حيث يتم مخدرها مع ذرات المعادن بواسطة تقنيات متطورة. إذا كان السطح باردًا جدًا ، يكون تبادل الحرارة بينه وبين جزيئات البخار مفاجئًا ، مما يؤدي إلى إغفال المرور خلال المرحلة السائلة ذات الصلة.

الحرارة أو المحتوى الحراري لترسب (وليس ترسيب) هو معكوس التسامي (ΔH_فرعية= - ΔH_إقلاع). من الناحية النظرية ، يمكن تسامي العديد من المواد ، ولكن لتحقيق ذلك ، من الضروري التعامل مع الضغوط ودرجات الحرارة ، بالإضافة إلى أنه يجب أن يكون الرسم التخطيطي الخاص بك مقابل T ، حيث يمكن تصور مراحلها المحتملة البعيدة.

تغييرات الحالة الأخرى

على الرغم من عدم وجود ذكر لها ، هناك حالات أخرى من المسألة. في بعض الأحيان تتميز بوجود "القليل من كل واحدة" ، وبالتالي كونها مزيج منهم. لتوليدها ، يجب التعامل مع الضغوط ودرجات الحرارة بدرجة إيجابية (كبيرة) أو سلبية (صغيرة).

وهكذا ، على سبيل المثال ، إذا تم تسخين الغازات بشكل مفرط ، فإنها ستفقد إلكتروناتها وستشكل نواتها الموجبة الشحنة في هذا المد السلبي ما يعرف بالبلازما. إنه مرادف لـ "الغاز الكهربائي" ، لأنه يحتوي على موصلية كهربائية عالية.

من ناحية أخرى ، من خلال خفض درجات الحرارة أكثر من اللازم ، يمكن أن تتصرف المادة بشكل غير متوقع ؛ أي أنها تظهر خصائص فريدة حول الصفر المطلق (0 ك).

واحدة من هذه الخصائص هي الفائق والموصلية الفائقة. وكذلك تكوين المكثفات Bose-Einstein ، حيث تتصرف جميع الذرات ككيان واحد.

حتى بعض الأبحاث تشير إلى المادة الضوئية. فيها يتم تجميع جزيئات الإشعاع الكهرومغناطيسي ، الفوتونات ، لتشكيل جزيئات فوتونية. وهذا يعني ، أنه سوف يعطي كتلة لجثث الضوء ، من الناحية النظرية.

مراجع

1. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (19 نوفمبر 2018). قائمة التغييرات المرحلة بين الولايات المسألة. تم الاسترجاع من: thinkco.com
2. ويكيبيديا. (2019). حالة المسألة تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. دورلينج كيندرسلي. (2007). تغيير الدول. تم الاسترجاع من: factmonster.com
4. مايرز عامي. (2019). تغيير المرحلة: التبخر ، التكثيف ، التجميد ، الذوبان ، التسامي والترسب. الدراسة. تم الاسترجاع من: study.com
5. Bagley M. (11 أبريل 2016). المسألة: التعريف والولايات الخمس للمادة. تم الاسترجاع من: livescience.com
6. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE التعلم.