Perubahan tipe negara dan karakteristiknya (dengan contoh)

itu perubahan negara mereka adalah fenomena termodinamika di mana materi mengalami perubahan fisik yang dapat dibalik. Dikatakan termodinamika karena perpindahan panas terjadi antara materi dan lingkungan; atau apa yang sama, ada interaksi antara materi dan energi yang menyebabkan penataan ulang partikel.

Partikel-partikel yang mengalami perubahan keadaan tetap sama sebelum dan sesudahnya. Tekanan dan suhu adalah variabel penting dalam bagaimana mereka ditampung dalam satu fase atau lainnya. Ketika perubahan keadaan terjadi, sistem dua fase terbentuk, terdiri dari bahan yang sama dalam dua keadaan fisik yang berbeda.

Gambar atas menunjukkan perubahan utama dari kondisi yang dialami oleh material dalam kondisi normal.

Sebuah kubus padat dari zat kebiruan dapat menjadi cair atau gas tergantung pada suhu dan tekanan di sekitarnya. Dengan sendirinya itu hanya mewakili satu fase: yang solid. Tetapi, pada saat leleh, yaitu, leleh, keseimbangan padat-cair yang disebut fusion (panah merah antara kubus dan drop kebiruan).

Agar terjadi fusi, kubus perlu menyerap panas dari sekitarnya untuk meningkatkan suhunya; oleh karena itu, ini adalah proses endotermik. Setelah kubus benar-benar meleleh, sekali lagi hanya ada satu fase: fase cair.

Penurunan kebiruan ini dapat terus menyerap panas, yang meningkatkan suhunya dan mengarah pada pembentukan gelembung gas. Sekali lagi, ada dua fase: satu cairan dan gas lainnya. Ketika semua cairan telah menguap melalui titik didihnya, maka dikatakan bahwa itu telah mendidih atau menguap.

Sekarang, tetesan kebiruan berubah menjadi awan. Sejauh ini, semua proses telah menjadi endotermik. Gas kebiruan dapat terus menyerap panas sampai dipanaskan; Namun, mengingat kondisi terestrial, ini sebaliknya cenderung mendingin dan mengembun lagi dalam cairan (kondensasi).

Di sisi lain, awan juga dapat diendapkan langsung pada fase padat, sekali lagi membentuk kubus padat (pengendapan). Dua proses terakhir ini adalah eksotermik (panah biru); yaitu, mereka melepaskan panas ke lingkungan atau lingkungan.

Selain kondensasi dan pengendapan, perubahan keadaan terjadi ketika kebiru-biruan membeku pada suhu rendah (pembekuan).

Indeks

• 1 Jenis perubahan status dan karakteristiknya
  • 1.1 Fusion
  • 1.2 Penguapan
  • 1.3 Kondensasi
  • 1.4 Solidifikasi
  • 1.5 Sublimasi
  • 1.6 Deposisi
• 2 Perubahan status lainnya
• 3 Referensi

Jenis perubahan status dan karakteristiknya

Gambar menunjukkan perubahan khas untuk tiga keadaan materi (paling umum): padat, cair dan gas. Perubahan yang disertai oleh panah merah bersifat endotermik, yang melibatkan penyerapan panas; sementara yang disertai dengan panah biru eksotermis, mereka melepaskan panas.

Di bawah ini adalah deskripsi singkat dari masing-masing perubahan ini, menyoroti beberapa karakteristiknya dari alasan molekuler dan termodinamika.

Fusion

Dalam keadaan padat, partikel (ion, molekul, kluster, dll.) Adalah "tahanan", yang ditempatkan pada posisi ruang yang tetap tanpa dapat bergerak dengan bebas. Namun, mereka mampu bergetar pada frekuensi yang berbeda, dan jika mereka sangat kuat, tatanan yang ketat yang dipaksakan oleh gaya antarmolekul akan mulai "hancur"..

Akibatnya, dua fase diperoleh: satu di mana partikel tetap terbatas (padat), dan lainnya di mana mereka lebih bebas (cair), cukup untuk meningkatkan jarak yang memisahkan mereka satu sama lain. Untuk mencapai ini, padatan harus menyerap panas, dan dengan demikian partikelnya akan bergetar dengan kekuatan yang lebih besar.

Untuk alasan ini fusi adalah endotermik, dan ketika dimulai dikatakan bahwa keseimbangan antara fase padat-cair terjadi.

Panas yang diperlukan untuk memunculkan perubahan ini disebut panas atau melelehnya entalpi fusi (ΔH_Fus). Ini menyatakan jumlah panas (energi, dalam satuan kJ terutama) yang harus menyerap satu mol zat dalam keadaan padat untuk mencair, dan tidak hanya menaikkan suhunya..

Bola salju

Dengan pemikiran ini, Anda mengerti mengapa bola salju meleleh di tangan Anda (gambar atas). Ini menyerap panas tubuh, yang cukup untuk menaikkan suhu salju di atas 0 ° C.

Kristal-kristal es yang ada di salju menyerap panas hanya untuk meleleh dan molekul airnya mengadopsi struktur yang lebih tidak teratur. Ketika salju mencair, air yang terbentuk tidak akan meningkatkan suhunya, karena semua panas tangan digunakan oleh salju untuk menyelesaikan fusi.

Penguapan

Melanjutkan dengan contoh air, sekarang menempatkan segenggam salju di pot dan menyalakan api, diamati bahwa salju dengan cepat mencair. Saat air memanas, gelembung-gelembung kecil karbon dioksida dan kemungkinan pengotor gas lainnya mulai terbentuk di dalamnya..

Panas melebarkan konfigurasi air yang tidak teratur secara molekuler, memperluas volumenya dan meningkatkan tekanan uapnya; oleh karena itu, ada beberapa molekul yang lepas dari produk permukaan penguapan yang meningkat.

Air cair perlahan-lahan meningkatkan suhunya karena panas spesifiknya yang tinggi (4,184J / ° C ∙ g). Ada titik di mana panas yang diserap tidak lagi menggunakannya untuk menaikkan suhunya, tetapi untuk memulai kesetimbangan uap-cair; yaitu, ia mulai mendidih dan semua cairan akan masuk ke kondisi gas sambil menyerap panas dan menjaga suhu konstan.

Di sinilah gelembung menggelegak di permukaan air mendidih diamati (gambar atas). Panas yang diserap oleh air cair sehingga tekanan uap dari gelembung yang baru mulai sama dengan tekanan eksternal, disebut entalpi penguapan (ΔH_Vap).

Peran tekanan

Tekanan juga merupakan penentu dalam perubahan kondisi. Apa pengaruhnya terhadap penguapan? Bahwa pada tekanan yang lebih tinggi, semakin besar panas yang harus diserap air, dan karenanya, ia menguap di atas 100 ° C..

Ini karena peningkatan tekanan menghalangi keluarnya molekul air dari cairan ke fase gas.

Kompor tekanan menggunakan fakta ini untuk memanaskan makanan dalam air sampai suhu di atas titik didihnya.

Di sisi lain, karena ada vakum atau penurunan tekanan, air cair membutuhkan suhu yang lebih rendah untuk mendidih dan pindah ke fase gas. Dengan banyak atau sedikit tekanan, pada saat mendidih, air perlu menyerap panas penguapan masing-masing untuk menyelesaikan perubahan kondisinya..

Kondensasi

Airnya sudah menguap. Apa selanjutnya Uap air masih dapat meningkatkan suhunya, menjadi arus berbahaya yang mampu menyebabkan luka bakar parah.

Namun, mari kita asumsikan bahwa itu malah mendingin. Bagaimana? Melepaskan panas ke lingkungan, dan melepaskan panas dikatakan bahwa proses eksotermik sedang terjadi.

Saat melepaskan panas, molekul-molekul air gas yang sangat energik mulai melambat. Selain itu, interaksinya mulai lebih efektif saat suhu uap turun. Tetesan air pertama akan terbentuk, terkondensasi dari uap, diikuti oleh tetesan yang lebih besar yang akhirnya tertarik oleh gravitasi.

Untuk sepenuhnya merendahkan sejumlah uap, Anda harus melepaskan energi yang sama, tetapi dengan tanda yang berlawanan, ke ΔH_Vap; yaitu entalpi kondensasi ΔH_Cond. Dengan demikian, keseimbangan terbalik, uap-cair stabil.

Jendela basah

Kondensasi dapat diamati di jendela rumah. Dalam iklim yang dingin, uap air di dalam rumah bertabrakan dengan jendela, yang karena materialnya memiliki suhu lebih rendah daripada permukaan lainnya..

Di sana, lebih mudah bagi molekul uap untuk dikelompokkan bersama, menciptakan lapisan keputihan tipis yang mudah dilepas dengan tangan. Ketika molekul-molekul ini melepaskan panas (memanaskan kaca dan udara), mereka mulai membentuk lebih banyak kelompok sampai mereka dapat memadatkan tetes pertama (gambar atas).

Ketika tetesan meningkatkan ukurannya sangat banyak, mereka meluncur melalui jendela dan meninggalkan air.

Solidifikasi

Dari air cair, perubahan fisik apa lagi yang bisa Anda derita? Solidifikasi karena pendinginan; dengan kata lain, membeku. Untuk membeku, air harus melepaskan jumlah panas yang sama dengan yang diserap es untuk mencair. Sekali lagi, panas ini disebut entalpi pemadatan atau pembekuan, ΔH_Cong (-H_Fus).

Saat didinginkan, molekul air kehilangan energi dan interaksi antarmolekulnya menjadi lebih kuat dan terarah. Akibatnya, mereka diperintahkan oleh ikatan hidrogen mereka dan membentuk apa yang disebut kristal es. Mekanisme pertumbuhan kristal es berdampak pada penampilannya: transparan atau putih.

Jika kristal es tumbuh sangat lambat, mereka tidak menghalangi pengotor, seperti gas yang pada suhu rendah dilarutkan dalam air. Dengan demikian, gelembung-gelembung keluar dan tidak dapat berinteraksi dengan cahaya; dan akibatnya, ada es setransparan es patung yang luar biasa (gambar atas).

Hal yang sama terjadi dengan es, itu bisa terjadi dengan zat lain yang membeku dengan pendinginan. Mungkin ini adalah perubahan fisik paling kompleks dalam kondisi terestrial, karena beberapa polimorf dapat diperoleh.

Sublimasi

Bisakah air menyublimasikan? Tidak, setidaknya tidak dalam kondisi normal (T = 25 ° C, P = 1 atm). Agar terjadi sublimasi, yaitu perubahan keadaan dari padatan ke gas, tekanan uap padatan harus tinggi.

Penting juga bahwa gaya antarmolekulnya tidak terlalu kuat, lebih disukai jika mereka hanya terdiri dari gaya dispersal

Contoh paling simbolis adalah yodium padat. Ini adalah padatan kristal berwarna ungu keabu-abuan, yang memiliki tekanan uap tinggi. Begitulah, bahwa dalam tindakan itu uap ungu dilepaskan, yang volumenya dan ekspansi menjadi nyata ketika mengalami pemanasan.

Gambar atas menunjukkan percobaan khas di mana iodium padat diuapkan dalam wadah gelas. Sangat menarik dan mengejutkan untuk mengamati bagaimana uap ungu disebarkan, dan siswa yang diinisiasi dapat memverifikasi tidak adanya cairan yodium.

Ini adalah karakteristik utama dari sublimasi: tidak ada kehadiran fase cair. Ini juga endotermik, karena padatan menyerap panas untuk meningkatkan tekanan uapnya agar sesuai dengan tekanan eksternal.

Deposisi

Sejalan dengan percobaan sublimasi yodium, kita memiliki deposisi. Endapan adalah perubahan atau transisi yang berlawanan: zat berpindah dari keadaan gas ke padatan tanpa pembentukan fase cair.

Ketika uap yodium ungu bersentuhan dengan permukaan dingin, mereka melepaskan panas untuk memanaskannya, kehilangan energi dan menyusun kembali molekul mereka kembali ke padatan abu-abu-ungu (gambar atas). Ini kemudian merupakan proses eksotermis.

Endapan banyak digunakan untuk sintesis bahan di mana mereka didoping dengan atom logam dengan teknik canggih. Jika permukaannya sangat dingin, pertukaran panas antara itu dan partikel uap tiba-tiba, menghilangkan bagian melalui fase cair masing-masing.

Panas atau entalpi pengendapan (dan tidak deposit) adalah kebalikan dari sublimasi (ΔH_Sub= - ΔH_Dep). Secara teori, banyak zat dapat disublimasikan, tetapi untuk mencapai ini, perlu memanipulasi tekanan dan suhu, selain itu Anda harus memiliki diagram P vs T di tangan; di mana fase yang jauh mungkin dapat divisualisasikan.

Perubahan status lainnya

Meskipun tidak disebutkan tentang mereka, ada keadaan materi lainnya. Kadang-kadang mereka ditandai dengan memiliki "sedikit dari masing-masing", dan karenanya menjadi kombinasi dari mereka. Untuk menghasilkannya, tekanan dan suhu harus dimanipulasi pada besaran yang sangat positif (besar) atau negatif (kecil).

Jadi, misalnya, jika gas dipanaskan secara berlebihan, mereka akan kehilangan elektron dan nukleinya yang bermuatan positif dalam gelombang negatif yang akan membentuk apa yang dikenal sebagai plasma. Ini identik dengan "gas listrik", karena memiliki konduktivitas listrik yang tinggi.

Di sisi lain, dengan menurunkan suhu terlalu banyak, materi dapat berperilaku tanpa diduga; yaitu, mereka menunjukkan sifat unik sekitar nol absolut (0 K).

Salah satu sifat ini adalah superfluiditas dan superkonduktivitas; serta pembentukan kondensat Bose-Einstein, di mana semua atom berperilaku sebagai satu.

Bahkan beberapa penelitian menunjukkan masalah fotonik. Di dalamnya partikel-partikel radiasi elektromagnetik, foton, dikelompokkan untuk membentuk molekul fotonik. Artinya, itu akan memberi massa pada tubuh cahaya, secara teoritis.

Referensi

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 November 2018). Daftar Perubahan Fase Antar Negara Materi. Diperoleh dari: thoughtco.com
2. Wikipedia. (2019). Keadaan materi Diperoleh dari: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Mengubah status. Diperoleh dari: factmonster.com
4. Meyers Ami. (2019). Perubahan Fase: Penguapan, Kondensasi, Pembekuan, Pencairan, Sublimasi & Deposisi. Belajar. Diperoleh dari: study.com
5. Bagley M. (11 April 2016). Materi: Definisi & Lima Negara Materi. Diperoleh dari: livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.