การเปลี่ยนแปลงประเภทรัฐและลักษณะของพวกเขา (พร้อมตัวอย่าง)

การเปลี่ยนแปลงของรัฐ มันเป็นปรากฏการณ์ทางอุณหพลศาสตร์ที่สสารผ่านการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่ย้อนกลับได้ กล่าวกันว่าเป็นเทอร์โมไดนามิกเพราะการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นระหว่างสสารกับสภาพแวดล้อม หรือสิ่งเดียวกันมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารกับพลังงานที่ทำให้เกิดการจัดเรียงของอนุภาคใหม่.

อนุภาคที่พบการเปลี่ยนแปลงสถานะยังคงเหมือนเดิมก่อนและหลังมัน ความดันและอุณหภูมิเป็นตัวแปรสำคัญในการปรับตัวในเฟสเดียวหรืออื่น เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะระบบสองเฟสจะเกิดขึ้นซึ่งประกอบด้วยวัสดุเดียวกันในสถานะทางกายภาพที่แตกต่างกันสองสถานะ.

ภาพด้านบนแสดงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของสถานะที่พบโดยวัสดุภายใต้สภาวะปกติ.

ก้อนของแข็งของสารสีน้ำเงินอาจกลายเป็นของเหลวหรือก๊าซขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันของสภาพแวดล้อม โดยตัวมันเองจะแสดงเพียงหนึ่งเฟส: ของแข็ง แต่ในขณะที่หลอมละลายนั่นคือการหลอมสมดุลของของแข็งและของเหลวที่เรียกว่าฟิวชั่นถูกสร้างขึ้น (ลูกศรสีแดงระหว่างลูกบาศก์และหยดสีน้ำเงิน).

เพื่อให้เกิดการหลอมรวมลูกบาศก์จำเป็นต้องดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ ดังนั้นจึงเป็นกระบวนการดูดความร้อน เมื่อก้อนละลายอย่างสมบูรณ์แล้วจะมีเพียงหนึ่งเฟสอีกครั้งนั่นคือสถานะของเหลว.

หยดสีน้ำเงินนี้สามารถดูดซับความร้อนซึ่งจะเพิ่มอุณหภูมิและนำไปสู่การก่อตัวของฟองก๊าซ อีกครั้งมีสองขั้นตอน: ของเหลวหนึ่งและก๊าซอื่น ๆ เมื่อของเหลวทั้งหมดระเหยผ่านจุดเดือดมันก็บอกว่ามันต้มหรือระเหย.

ตอนนี้หยดสีน้ำเงินเปลี่ยนเป็นเมฆ จนถึงขั้นตอนทั้งหมดได้รับการดูดความร้อน ก๊าซสีน้ำเงินสามารถดูดซับความร้อนได้อย่างต่อเนื่องจนกระทั่งถูกความร้อน อย่างไรก็ตามจากสภาพพื้นโลกสิ่งนี้ในทางตรงกันข้ามมีแนวโน้มที่จะเย็นและควบแน่นอีกครั้งในของเหลว (การควบแน่น).

ในทางกลับกันเมฆสามารถฝากโดยตรงบนเฟสของแข็งสร้างก้อนของแข็ง (การทับถม) อีกครั้ง สองกระบวนการสุดท้ายนี้เป็นแบบคายความร้อน (ลูกศรสีน้ำเงิน); นั่นคือพวกเขาปล่อยความร้อนให้กับสภาพแวดล้อมหรือสภาพแวดล้อม.

นอกเหนือจากการควบแน่นและการสะสมการเปลี่ยนแปลงสถานะจะเกิดขึ้นเมื่อหยดสีน้ำเงินที่ค้างที่อุณหภูมิต่ำ (การแข็งตัว).

ดัชนี

• 1 ประเภทของการเปลี่ยนแปลงสถานะและลักษณะของพวกเขา
  • 1.1 Fusion
  • 1.2 การระเหยกลายเป็นไอ
  • 1.3 การควบแน่น
  • 1.4 การทำให้เป็นก้อน
  • 1.5 การระเหิด
  • 1.6 การสะสม
• 2 การเปลี่ยนแปลงสถานะอื่น ๆ
• 3 อ้างอิง

ประเภทของการเปลี่ยนแปลงสถานะและลักษณะของพวกเขา

ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงทั่วไปของสสารสามสถานะ (ทั่วไป): ของแข็งของเหลวและก๊าซ การเปลี่ยนแปลงที่มาพร้อมกับลูกศรสีแดงคือการดูดความร้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการดูดซับความร้อน ในขณะที่ลูกศรสีน้ำเงินนั้นเป็นแบบคายความร้อนก็ปล่อยความร้อนออกมา.

ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โดยเน้นถึงคุณลักษณะบางอย่างจากการใช้เหตุผลทางโมเลกุลและอุณหพลศาสตร์.

การรวมกัน

ในสถานะของแข็งอนุภาค (ไอออนโมเลกุลกลุ่ม ฯลฯ ) คือ "นักโทษ" ซึ่งตั้งอยู่ในตำแหน่งคงที่ของพื้นที่โดยไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ อย่างไรก็ตามพวกเขามีความสามารถในการสั่นสะเทือนที่ความถี่ที่แตกต่างกันและถ้าพวกเขามีความแข็งแรงมากคำสั่งที่เข้มงวดที่กำหนดโดยกองกำลังระหว่างโมเลกุลจะเริ่ม "พัง".

เป็นผลให้ได้รับสองขั้นตอน: หนึ่งที่อนุภาคยังคงถูกคุมขัง (ของแข็ง) และอื่น ๆ ที่พวกเขาเป็นอิสระมากขึ้น (ของเหลว) เพียงพอที่จะเพิ่มระยะทางที่แยกพวกเขาออกจากกัน ในการบรรลุเป้าหมายนี้ของแข็งจะต้องดูดความร้อนดังนั้นอนุภาคของมันจะสั่นสะเทือนด้วยแรงที่มากขึ้น.

ด้วยเหตุผลนี้การฟิวชั่นคือการดูดความร้อนและเมื่อมันเริ่มมีการกล่าวกันว่ามีความสมดุลระหว่างเฟสของแข็งและของเหลวเกิดขึ้น.

ความร้อนที่จำเป็นในการก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าความร้อนหรือหลอมเหลวเอนทัลปีของฟิวชั่น (ΔH_FUS) เป็นการแสดงออกถึงปริมาณของความร้อน (พลังงานหน่วยเป็น kJ ส่วนใหญ่) ที่จะต้องดูดซับหนึ่งโมลของสารในสถานะของแข็งที่จะละลายและไม่เพียงแค่เพิ่มอุณหภูมิ.

ก้อนหิมะ

ด้วยสิ่งนี้ในใจคุณเข้าใจว่าทำไมก้อนหิมะละลายในมือของคุณ (ภาพบน) สิ่งนี้จะดูดซับความร้อนในร่างกายซึ่งเพียงพอที่จะทำให้อุณหภูมิของหิมะสูงกว่า 0 ° C.

ผลึกน้ำแข็งที่มีอยู่ในหิมะดูดซับความร้อนเพียงเพื่อละลายและสำหรับโมเลกุลน้ำของพวกเขาเพื่อใช้โครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบมากขึ้น ในขณะที่หิมะละลายน้ำที่เกิดขึ้นจะไม่เพิ่มอุณหภูมิเนื่องจากความร้อนทั้งหมดของมือถูกใช้โดยหิมะเพื่อทำให้การหลอมรวมของ.

การกลายเป็นไอ

ต่อด้วยตัวอย่างของน้ำตอนนี้หยิบหิมะหนึ่งกำไว้ในหม้อแล้วจุดไฟให้ลุกเป็นไฟสังเกตว่าหิมะละลายอย่างรวดเร็ว เมื่อน้ำร้อนขึ้นฟองคาร์บอนเล็ก ๆ ของคาร์บอนไดออกไซด์และสิ่งสกปรกที่เป็นก๊าซอื่น ๆ ก็เริ่มก่อตัวขึ้นภายใน.

ความร้อนเจือจางการกำหนดค่าที่ไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลน้ำขยายปริมาตรและเพิ่มแรงดันไอน้ำ ดังนั้นจึงมีโมเลกุลหลายอย่างที่หนีออกมาจากผิวผลิตภัณฑ์เพื่อเพิ่มการระเหย.

น้ำของเหลวจะเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้า ๆ เนื่องจากความร้อนจำเพาะสูง (4.184J / ° C ∙ g) มีจุดที่ความร้อนดูดซับไม่ได้ใช้เพื่อเพิ่มอุณหภูมิ แต่เริ่มสมดุลของเหลว - ไอ นั่นคือมันจะเริ่มเดือดและของเหลวทั้งหมดจะเข้าสู่สถานะก๊าซในขณะที่ดูดซับความร้อนและรักษาอุณหภูมิให้คงที่.

นี่คือที่สังเกตเดือดปุด ๆ ที่รุนแรงบนพื้นผิวของน้ำต้ม (ภาพด้านบน) ความร้อนที่ถูกดูดซับโดยน้ำของเหลวเพื่อให้ความดันไอของฟองเริ่มต้นเท่ากับความดันภายนอกเรียกว่าการระเหยกลายเป็นไอ (pyH_Vap).

บทบาทของความกดดัน

ความดันยังเป็นตัวกำหนดในการเปลี่ยนแปลงสถานะ ผลกระทบของการระเหยกลายเป็นไอคืออะไร? เมื่อความดันสูงขึ้นความร้อนที่น้ำจะต้องดูดซึมจะต้องมากขึ้นเท่านั้นดังนั้นมันจึงระเหยเกิน 100 ° C.

นี่เป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของความดันเป็นอุปสรรคต่อการหลบหนีของโมเลกุลน้ำจากของเหลวไปยังเฟสก๊าซ.

หม้อหุงความดันใช้ข้อเท็จจริงนี้เพื่อประโยชน์ในการอุ่นอาหารในน้ำให้มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือด.

ในทางตรงกันข้ามเมื่อมีสุญญากาศหรือแรงดันลดลงน้ำของเหลวต้องการอุณหภูมิที่ต่ำกว่าในการต้มและย้ายไปที่สถานะก๊าซ ด้วยความกดดันที่มากหรือน้อยในเวลาที่น้ำเดือดจำเป็นต้องดูดซับความร้อนจากการระเหยกลายเป็นไอเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงสถานะสมบูรณ์.

การควบแน่น

น้ำระเหยกลายเป็นไอ ถัดไปคืออะไร ไอน้ำยังคงสามารถเพิ่มอุณหภูมิได้กลายเป็นกระแสอันตรายที่สามารถก่อให้เกิดการไหม้รุนแรง.

อย่างไรก็ตามสมมติว่ามันเย็นลงแทน อย่างไร? การปลดปล่อยความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมและการปลดปล่อยความร้อนกล่าวกันว่ากระบวนการคายความร้อนเกิดขึ้น.

เมื่อปล่อยความร้อนโมเลกุลน้ำก๊าซที่มีพลังสูงจะเริ่มชะลอตัวลง นอกจากนี้ปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาเริ่มมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิไอน้ำลดลง หยดแรกของน้ำจะเกิดขึ้นควบแน่นจากไอตามด้วยหยดน้ำขนาดใหญ่ที่ถูกดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วง.

ในการทำให้ไอระเหยบางอย่างสมบูรณ์คุณต้องปล่อยพลังงานเดียวกัน แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามกับΔH_Vap; นั่นคือเอนทาลปีของการควบแน่นΔH_cond. ดังนั้นความสมดุลของการผกผันไอ - ของเหลวจึงมีความเสถียร.

หน้าต่างเปียก

การควบแน่นสามารถสังเกตได้ในหน้าต่างของบ้าน ในสภาพอากาศหนาวเย็นไอน้ำที่อยู่ภายในบ้านจะชนกับหน้าต่างซึ่งเนื่องจากวัสดุมีอุณหภูมิต่ำกว่าพื้นผิวอื่น ๆ.

ที่นั่นจะเป็นการง่ายกว่าที่โมเลกุลของไอจะรวมตัวกันสร้างชั้นสีขาวบาง ๆ ที่สามารถถอดออกได้ง่ายด้วยมือ เมื่อโมเลกุลเหล่านี้ปล่อยความร้อน (ทำให้แก้วและอากาศร้อนขึ้น) พวกมันจะเริ่มก่อตัวเป็นกลุ่มจำนวนมากขึ้นจนกว่าพวกมันจะควบแน่นหยดแรก (ภาพบนสุด).

เมื่อหยดเพิ่มขนาดของพวกเขามากพวกเขาเลื่อนผ่านหน้าต่างและปล่อยให้น้ำ.

การรวมกันแน่น

จากน้ำของเหลวคุณสามารถทนทุกข์กับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพอะไรอีกบ้าง การแข็งตัวเนื่องจากความเย็น กล่าวอีกนัยหนึ่งมันค้าง ในการแช่แข็งน้ำจะต้องปล่อยความร้อนในปริมาณเดียวกันกับที่น้ำแข็งดูดซับเพื่อละลาย อีกครั้งความร้อนนี้เรียกว่าเอนทาลปีของการแข็งตัวหรือการแช่แข็งΔH_ยดกง (-ΔH_FUS).

เมื่อระบายความร้อนแล้วโมเลกุลของน้ำจะสูญเสียพลังงานและปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของพวกมันจะแข็งแกร่งและเป็นทิศทาง ดังนั้นพวกเขาจึงได้รับคำสั่งจากพันธะไฮโดรเจนและก่อตัวผลึกน้ำแข็งที่เรียกว่า กลไกที่ผลึกน้ำแข็งเจริญเติบโตมีผลกระทบต่อรูปร่างของมัน: โปร่งใสหรือขาว.

หากผลึกน้ำแข็งเติบโตช้ามากพวกเขาจะไม่แยกสิ่งสกปรกออกเช่นก๊าซที่อุณหภูมิต่ำละลายในน้ำ ดังนั้นฟองสบู่จึงหนีออกมาและไม่สามารถโต้ตอบกับแสงได้ และดังนั้นจึงมีน้ำแข็งใสเหมือนของรูปปั้นน้ำแข็งพิเศษ (ภาพบนสุด).

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับน้ำแข็งมันสามารถเกิดขึ้นได้กับสารอื่น ๆ ที่แข็งตัวโดยการหล่อเย็น บางทีนี่อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่ซับซ้อนที่สุดในสภาพพื้นโลกเนื่องจากอาจมีหลายรูปแบบ.

การระเหิด

น้ำสามารถระเหยได้หรือไม่? ไม่อย่างน้อยไม่อยู่ภายใต้สภาวะปกติ (T = 25 ° C, P = 1 atm) สำหรับการระเหิดเกิดขึ้นนั่นคือการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นแก๊สความดันไอของของแข็งต้องสูง.

มันเป็นสิ่งสำคัญเช่นกันว่าแรงระหว่างโมเลกุลของพวกเขานั้นไม่แข็งแรงมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าพวกมันประกอบด้วยแรงกระจายเท่านั้น

ตัวอย่างที่เป็นสัญลักษณ์มากที่สุดคือไอโอดีนที่เป็นของแข็ง มันเป็นผลึกของแข็งของโทนสีเทา - ม่วงซึ่งมีความดันไอสูง นี่คือดังนั้นในการกระทำของมันเป็นไอสีม่วงถูกปล่อยออกมาซึ่งปริมาณและการขยายตัวกลายเป็นที่สังเกตได้เมื่อถูกความร้อน.

ภาพด้านบนแสดงการทดลองทั่วไปที่ไอโอดีนของแข็งระเหยไปในภาชนะแก้ว เป็นที่น่าสนใจและโดดเด่นที่สังเกตว่าไอระเหยสีม่วงกระจายตัวอย่างไรและผู้ประทับจิตสามารถตรวจสอบการขาดไอโอดีนเหลวได้.

นี่คือคุณสมบัติหลักของการระเหิด: ไม่มีสถานะของของเหลว นอกจากนี้ยังเป็นดูดความร้อนเนื่องจากของแข็งดูดซับความร้อนเพื่อเพิ่มแรงดันไอเพื่อให้ตรงกับแรงดันภายนอก.

การสะสม

ขนานกับการทดลองการระเหิดไอโอดีนเรามีการสะสม การสะสมคือการเปลี่ยนแปลงหรือการเปลี่ยนตรงกันข้าม: สารส่งผ่านจากสถานะก๊าซไปยังของแข็งโดยไม่มีการก่อตัวของเฟสของเหลว.

เมื่อไอระเหยไอโอดีนสีม่วงสัมผัสกับพื้นผิวเย็นพวกมันจะปล่อยความร้อนเพื่อให้ความร้อนสูญเสียพลังงานและจัดกลุ่มโมเลกุลของพวกมันกลับคืนสู่ของแข็งสีเทาม่วงม่วง (ภาพบนสุด) มันเป็นกระบวนการคายความร้อน.

การสะสมใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการสังเคราะห์วัสดุที่พวกเขาจะเจือด้วยอะตอมโลหะโดยเทคนิคที่ทันสมัย หากพื้นผิวเย็นมากการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างมันกับอนุภาคไอจะเกิดขึ้นอย่างฉับพลันโดยไม่ส่งผ่านทางของเหลวตามลำดับ.

ความร้อนหรือเอนทัลปีของการสะสม (และไม่ การสะสม) เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามของการระเหิด (ΔH_ย่อย= - ΔH_Dep) ในทางทฤษฎีสารหลายชนิดสามารถระเหยได้ แต่เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้จำเป็นต้องจัดการกับแรงกดดันและอุณหภูมินอกจากนั้นคุณต้องมีแผนภาพ P กับ T ในมือ ซึ่งขั้นตอนที่เป็นไปได้ที่ไกลสามารถมองเห็นได้.

การเปลี่ยนแปลงสถานะอื่น ๆ

แม้ว่าจะไม่มีการเอ่ยถึงพวกเขา แต่ก็มีรัฐอื่น ๆ บางครั้งพวกเขาก็มีลักษณะโดยมี "เล็ก ๆ น้อย ๆ ของแต่ละคน" และดังนั้นจึงเป็นการรวมกันของพวกเขา ในการสร้างพวกเขาความกดดันและอุณหภูมิจะต้องได้รับการจัดการที่ขนาด (ใหญ่) หรือลบ (เล็ก) ขนาดบวกมาก.

ยกตัวอย่างเช่นถ้าก๊าซมีความร้อนสูงเกินไปพวกเขาจะสูญเสียอิเล็กตรอนและนิวเคลียสที่มีประจุบวกของพวกมันในน้ำที่เป็นลบนั้นจะประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าพลาสมา มันมีความหมายเหมือนกันกับ "ก๊าซไฟฟ้า" เนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าสูง.

ในอีกทางหนึ่งโดยการลดอุณหภูมิมากเกินไปสสารสามารถทำงานได้อย่างไม่น่าสงสัย นั่นคือพวกเขาแสดงคุณสมบัติที่ไม่ซ้ำรอบ ๆ ศูนย์สัมบูรณ์ (0 K).

หนึ่งในคุณสมบัติเหล่านี้คือ superfluidity และ superconductivity เช่นเดียวกับการก่อตัวของ Bose-Einstein คอนเดนเสทที่อะตอมทั้งหมดทำตัวเป็นหนึ่ง.

แม้แต่งานวิจัยบางชิ้นก็ชี้ไปที่เรื่องโทนิค ในพวกเขาอนุภาคของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโฟตอนถูกจัดกลุ่มเพื่อสร้างโมเลกุลโทนิค กล่าวคือมันจะให้มวลแก่ร่างกายของแสงในทางทฤษฎี.

การอ้างอิง

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 พฤศจิกายน 2018) รายการการเปลี่ยนแปลงเฟสระหว่างสถานะของสสาร ดึงมาจาก: thoughtco.com
2. วิกิพีเดีย (2019) สถานการณ์ของสสาร สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley (2007) การเปลี่ยนสถานะ ดึงมาจาก: factmonster.com
4. เมเยอร์สอามิ (2019) การเปลี่ยนเฟส: การระเหยการควบแน่นการแช่แข็งการละลายการระเหิดและการทับถม การศึกษา ดึงมาจาก: study.com
5. Bagley M. (11 เมษายน 2559) เรื่อง: ความหมายและห้ารัฐของเรื่อง ดึงมาจาก: livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้.