Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

Фазові зміни

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    24713

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Навички для розвитку

    • Опишіть взаємозв'язок між теплом (енергією), силами зв'язку та фазовими змінами

    Більшість фазових змін відбувається при конкретних комбінаціях температура-тиск. Наприклад, при атмосферному тиску вода тане при 0 °C і закипає при 100 °С, в цьому розділі ми поговоримо про те, коли і як вони відбуваються. Назви різних фазових змін наведені нижче:

    Важливі терміни, що описують фазові зміни

    Прогнозування температури фазової зміни

    Ми можемо передбачити відносну температуру, при якій відбуватимуться фазові зміни, використовуючи міжмолекулярні сили. Якщо міжмолекулярні сили сильні, то температура плавлення і температура кипіння будуть високими. Якщо міжмолекулярні сили слабкі, температура плавлення і кипіння буде низькою.

    Лондонські сили сильно різняться за силою залежно від кількості присутніх електронів. Кількість електронів пов'язано з молекулярною або атомною масою. Важкі елементи або молекули, такі як йод або віск, є твердими речовинами при кімнатній температурі, оскільки вони мають відносно сильні лондонські сили, які корелюють з великими молекулярними масами. Лондонські сили присутні завжди, але в малих молекулах або атомах, як гелій, вони досить слабкі.

    Дипольно-дипольні сили присутні в молекулах з постійним диполем. Ми можемо передбачити це, намалювавши структуру Льюїса, ідентифікуючи полярні зв'язки за допомогою електронегативності, прогнозуючи форму молекули та побачивши, чи можуть стосуватися диполі зв'язку на різних молекулах. Якщо зможуть, з'являться дипольно-дипольні сили. Чим більше диполі (більша різниця електронегативності тощо) і чим ближче вони можуть отримати, тим більші дипольно-дипольні сили.

    Водневі зв'язки виникають лише тоді, коли є атоми Н, пов'язані з N, O або F, і одинокими парами на N, O або F. Шукайте обидва вони в молекулах, щоб побачити, чи можуть вони зв'язатися з воднем.

    Якщо ви можете знайти, які типи міжмолекулярних сил присутні в молекулі, можна зробити деякі припущення про те, які молекули мають вищу або меншу температуру плавлення або кипіння. Наприклад, давайте порівняємо метан (CH 4), силан (SiH 4), сірководень (H 2 S) і воду (H 2 O). Метан і силан неполярні, через чотиригранну форму, а також невеликі відмінності електронегативності. Оскільки вони не мають дипольно-дипольних сил, температура кипіння буде залежати від того, наскільки сильні лондонські війська. Силан важчий, тому він має більші лондонські сили і більш високу температуру кипіння. Між водою та сірководнем обидва є полярними і мають дипольно-дипольні сили, тому вони мають більш високі температури кипіння, ніж метан або силан. Але вода має водневі зв'язки, які є надсильними дипольно-дипольними силами. Вода кипить набагато гарячіше сірководню.

    Енергетичні та фазові зміни

    Ми не можемо пояснити фазові зміни з точки зору енергії без ентропії, про яку ми ще не говорили. Наразі ми можемо просто сказати, що коли ми додаємо енергію до речовини, вона зазвичай стає гарячішою, а частинки мають більше кінетичної енергії. Це полегшить їм перехід від твердого до рідкого, або рідини до газу. Гази мають більше енергії, ніж рідини, які мають більше енергії, ніж тверді речовини. У міру підвищення температури стабільна форма речовини переходить від твердої до рідкої в газ. Температури переходу (температура плавлення, температура кипіння) - це температури, при яких обидві фази стабільні і знаходяться в рівновазі. Насправді, весь час буде деякий газ в рівновазі з твердим і рідким, тому що кілька молекул завжди можуть вийти з твердої/рідини, але тверда або рідина не буде присутній вище певних температур.

    Наприклад, уявіть собі нагрівання твердого тіла. Молекули починають більше рухатися, а температура збільшується, як передбачається теплоємністю. У якийсь момент у них стільки енергії, що їм важко залишатися в упорядкованому твердому тілі, тому тверде тіло починає танути. Коли ми додаємо більше тепла, температура не змінюється, тому що все тепло, яке ми додаємо, йде в плавлення твердої речовини. Тверда речовина не може отримати гарячіше, ніж є, і рідина не може підвищити свою температуру, оскільки її кінетична енергія поглинається, щоб розплавити решту твердої речовини. Кількість енергії, необхідної для розплавлення твердого тіла, - це ентальпія синтезу. Коли все тверде речовина розплавиться, якщо ми продовжуємо додавати тепло, температура знову підвищиться. При підвищенні температури тиск пари збільшується, оскільки більше молекул мають достатньо кінетичної енергії для виходу. Все-таки більшість молекул знаходяться в рідкому вигляді, тому що загальний тиск штовхає на рідину і утримує її від розширення в газ. Коли температура підвищиться до температури кипіння, то тиск пари буде дорівнює зовнішньому тиску. Тепер, оскільки тиск пари дорівнює атмосферному тиску, в рідині утворюються бульбашки. Він може розширюватися в газ, тому що це тиск такий же, як атмосферний тиск. Температура знову залишатиметься постійною, оскільки вся рідина стане газом, тоді як ви додасте ентальпію випаровування. Тоді при збереженні нагрівання температура газу підвищиться. Це показано на схемі нижче.

    Додана схема нагріву води, що показує зміну температури і тепла.

    Автори та атрибуція