NYATAKAN PERUBAHAN: JENIS DAN CIRI-CIRINYA (DENGAN CONTOH) - KIMIA - 2026

Perubahan keadaan atau fasa adalah di mana bahan mengalami perubahan fizikal fenomena termodinamik terbalik. Ia dikatakan termodinamik kerana pemindahan haba berlaku antara jirim dan sekitarnya; atau apa yang sama, terdapat interaksi antara jirim dan tenaga yang mendorong penyusunan semula zarah.

Zarah-zarah yang mengalami perubahan keadaan tetap sama sebelum dan sesudahnya. Tekanan dan suhu adalah pemboleh ubah penting dalam bagaimana ia ditampung dalam satu fasa atau yang lain. Apabila perubahan keadaan berlaku, sistem biphasic terbentuk, terdiri daripada perkara yang sama dalam dua keadaan fizikal yang berbeza.

Keadaan berubah. Sumber: Gabriel Bolívar

Gambar di atas menunjukkan perubahan keadaan utama yang berlaku dalam keadaan normal.

Peti padat dari bahan kebiruan boleh berubah menjadi cair atau gas bergantung pada suhu dan tekanan di sekitarnya. Dengan sendirinya ia mewakili satu fasa: pepejal. Tetapi, pada saat lebur, iaitu, lebur, keseimbangan pepejal-cecair yang disebut fusi terbentuk (anak panah merah di antara kubus biru dan penurunan).

Agar pelakuran berlaku, kubus perlu menyerap haba dari persekitarannya untuk meningkatkan suhunya; oleh itu, ia adalah proses endotermik. Setelah kiub benar-benar cair, ia kembali ke satu fasa: keadaan cair.

Penurunan kebiruan ini dapat terus menyerap haba, yang meningkatkan suhu dan mengakibatkan pembentukan gelembung gas. Sekali lagi, terdapat dua fasa: satu cecair dan gas yang lain. Apabila semua cecair telah menguap melalui titik didihnya, kemudian dikatakan telah mendidih atau menguap.

Kini titisan kebiruan berubah menjadi awan. Setakat ini, semua proses adalah endotermik. Gas kebiruan dapat terus menyerap panas sehingga menjadi panas; namun, memandangkan keadaan daratan, ia cenderung menyejuk dan mengembun kembali ke dalam cecair (pemeluwapan).

Sebaliknya, awan juga dapat mendapan secara langsung pada fasa pepejal, sekali lagi membentuk kubus pepejal (pemendapan). Dua proses terakhir ini adalah eksotermik (anak panah biru); iaitu, mereka melepaskan haba ke persekitaran atau persekitarannya.

Selain pemeluwapan dan pemendapan, perubahan keadaan berlaku apabila penurunan kebiruan membeku pada suhu rendah (pemejalan).

Jenis perubahan keadaan dan ciri-cirinya

Gambar menunjukkan perubahan tipikal bagi ketiga-tiga keadaan jirim: pepejal, cecair, dan gas. Perubahan yang disertai oleh anak panah merah adalah endotermik, yang melibatkan penyerapan haba; sementara yang disertai oleh anak panah biru adalah eksotermik, mereka melepaskan panas.

Penerangan ringkas mengenai setiap perubahan ini akan dibuat di bawah, yang menyoroti beberapa ciri mereka dari penaakulan molekul dan termodinamik.

- Fusion

Fusion adalah perubahan keadaan zat dari pepejal ke cecair.

Dalam keadaan pepejal, zarah-zarah (ion, molekul, kelompok, dll.) Adalah "tahanan", terletak di kedudukan tetap di ruang angkasa tanpa dapat bergerak dengan bebas. Walau bagaimanapun, mereka mampu bergetar pada frekuensi yang berbeza, dan jika sangat kuat, susunan ketat yang dikenakan oleh daya antarmolekul akan mula "berantakan".

Akibatnya, dua fasa diperoleh: satu di mana zarah-zarah tetap terkurung (pepejal), dan yang lain di mana ia lebih bebas (cair), cukup untuk meningkatkan jarak yang memisahkannya. Untuk mencapai ini, pepejal mesti menyerap haba, dan dengan itu zarahnya akan bergetar dengan kekuatan yang lebih besar.

Atas sebab ini peleburan adalah endotermik, dan ketika bermula dikatakan bahawa keseimbangan berlaku antara fasa pepejal-cecair.

Haba yang diperlukan untuk mewujudkan perubahan ini disebut haba atau molar entalpi pelakuran (ΔH _Fus ). Ini menyatakan jumlah haba (tenaga, terutamanya dalam unit kJ) yang mol zat dalam keadaan pepejal mesti diserap untuk mencair, dan tidak hanya menaikkan suhunya.

Bola salji

Meleleh salji dengan tangan. Sumber: Pixabay

Dengan ini, dapat difahami mengapa bola salji meleleh di tangan (gambar atas). Salji menyerap panas badan, yang cukup untuk menaikkan suhu salji melebihi 0 ° C.

Kristal ais di salji menyerap haba yang cukup untuk mencair dan molekul airnya dapat menggunakan struktur yang tidak kemas. Semasa salji mencair, air yang terbentuk tidak akan meningkatkan suhunya, kerana semua panas dari tangan digunakan oleh salji untuk menyelesaikan pencairannya.

- Pengewapan

Pengewapan adalah perubahan keadaan suatu bahan dari keadaan cecair ke keadaan gas.

Melanjutkan dengan contoh air, sekarang meletakkan segelintir salji di dalam periuk dan menyalakan api, diperhatikan bahawa salji cepat meleleh. Semasa air memanas, gelembung kecil karbon dioksida dan kekotoran gas lain yang mungkin mula terbentuk di dalamnya.

Air mendidih. Sumber: Pixabay

Haba secara molekul memperluas konfigurasi air yang tidak teratur, mengembangkan isipadu dan meningkatkan tekanan wapnya; oleh itu, terdapat beberapa molekul yang keluar dari permukaan akibat peningkatan penyejatan.

Air cair menaikkan suhu secara perlahan, kerana haba spesifiknya yang tinggi (4.184J / ° C ∙ g). Terdapat titik di mana haba yang diserapnya tidak lagi digunakan untuk menaikkan suhu, tetapi untuk memulai keseimbangan wap-cecair; iaitu, ia mula mendidih dan semua cecair akan masuk ke keadaan gas sambil menyerap panas dan mengekalkan suhu tetap.

Di sinilah anda melihat kegelapan yang kuat di permukaan air rebus (gambar atas). Haba yang diserap oleh air cair sehingga tekanan wap dari gelembung permulaannya sama dengan tekanan luaran disebut entalpi pengewapan (ΔH _Vap ).

Peranan tekanan

Tekanan juga merupakan faktor penentu perubahan keadaan. Apakah kesannya terhadap pengewapan? Semakin tinggi tekanan, semakin besar panas yang mesti diserap oleh air sehingga mendidih, dan oleh itu, ia menguap di atas 100 ° C.

Ini kerana kenaikan tekanan menyukarkan molekul air keluar dari cecair ke fasa gas.

Periuk tekanan menggunakan fakta ini untuk keuntungan mereka untuk memanaskan makanan di dalam air hingga suhu melebihi titik didihnya.

Sebaliknya, kerana ada vakum atau penurunan tekanan, air cair memerlukan suhu yang lebih rendah untuk mendidih dan masuk ke fasa gas. Dengan tekanan tinggi atau rendah, ketika air mendidih, ia perlu menyerap haba penguapan masing-masing untuk menyelesaikan perubahan keadaannya.

- Pemeluwapan

Kondensasi adalah perubahan keadaan zat dari keadaan gas ke keadaan cair.

Air telah menguap. Apa yang akan datang? Wap air masih boleh meningkat suhu, menjadi arus berbahaya yang mampu menyebabkan luka bakar yang teruk.

Walau bagaimanapun, mari kita anggap ia sejuk. Bagaimana? Melepaskan haba ke persekitaran, dan melepaskan haba dikatakan sebagai proses eksotermik yang berlaku.

Dengan melepaskan haba, molekul air gas yang sangat bertenaga mula perlahan. Juga, interaksi mereka menjadi lebih berkesan kerana suhu stim menurun. Pertama, titisan air akan terbentuk, terkondensasi dari wap, diikuti oleh tetesan yang lebih besar yang akhirnya tertarik oleh graviti.

Untuk mengembunkan sepenuhnya wap tertentu, anda perlu melepaskan tenaga yang sama, tetapi dengan tanda bertentangan, di ΔH _Vap ; iaitu, entalpi pemeluwapannya ΔH _Cond . Oleh itu, keseimbangan wap-cecair terbalik ditetapkan.

Tingkap lembap

Pemeluwapan air. Sumber: Pexels

Kondensasi dapat dilihat pada tingkap kediaman sendiri. Dalam iklim yang sejuk, wap air yang terdapat di dalam rumah bertabrakan dengan tingkap, yang disebabkan oleh materialnya memiliki suhu yang lebih rendah daripada permukaan lain.

Di sana, molekul wap lebih mudah berkumpul, mewujudkan lapisan keputihan nipis yang mudah ditanggalkan dengan tangan. Oleh kerana molekul-molekul ini mengeluarkan haba (memanaskan gelas dan udara), mereka mula membentuk gugusan yang lebih banyak sehingga titisan pertama dapat mengembun (gambar atas).

Apabila tetesan menjadi sangat besar, mereka meluncur ke bawah tingkap dan meninggalkan jejak air.

- Pemejalan

Pemejalan adalah perubahan keadaan zat dari keadaan cecair ke keadaan pepejal.

Pemejalan berlaku akibat penyejukan; dengan kata lain, air membeku. Untuk membeku, air mesti mengeluarkan jumlah haba yang sama dengan yang diserap ais hingga cair. Sekali lagi, haba ini dipanggil entalpi pemejalan atau pembekuan, ΔH _Cong (-ΔH _Fus ).

Semasa molekul air menyejuk, mereka kehilangan tenaga dan interaksi molekulnya menjadi lebih kuat dan lebih terarah. Hasilnya, mereka disusun berkat ikatan hidrogen mereka dan membentuk kristal ais yang disebut. Mekanisme penambahan kristal ais memberi kesan pada penampilannya: telus atau putih.

Arca ais. Sumber: Pixabay

Sekiranya kristal ais tumbuh dengan sangat perlahan, ia tidak menyekat kotoran, seperti gas yang larut dalam air pada suhu rendah. Oleh itu, gelembung melarikan diri dan tidak dapat berinteraksi dengan cahaya; dan akibatnya, anda mempunyai ais yang telus seperti patung ais yang luar biasa (gambar atas).

Perkara yang sama berlaku dengan ais, ia boleh berlaku dengan bahan lain yang menguat dengan penyejukan. Mungkin ini adalah perubahan fizikal yang paling kompleks dalam keadaan terestrial, kerana beberapa polimorf dapat diperoleh.

- Penyebaran

Sublimasi adalah perubahan keadaan zat dari pepejal ke keadaan gas.

Bolehkah air diserap? Tidak, sekurang-kurangnya tidak dalam keadaan normal (T = 25 ° C, P = 1 atm). Agar pemejalwapan berlaku, iaitu, perubahan keadaan dari pepejal ke gas, tekanan wap pepejal mestilah tinggi.

Begitu juga, adalah mustahak bahawa daya intermolekul mereka tidak terlalu kuat, lebih baik jika hanya terdiri daripada daya serakan

Contoh yang paling jelas adalah iodin pepejal. Ia adalah pepejal kristal dengan warna ungu keabu-abuan, yang memberikan tekanan wap yang tinggi. Begitulah keadaannya, bahawa dalam keadaan itu wap ungu dikeluarkan, yang jumlah dan pengembangannya menjadi nyata ketika mengalami pemanasan.

Penyerapan iodin. Sumber: Belkina NV, dari Wikimedia Commons

Gambar di atas menunjukkan eksperimen khas di mana iodin padat disejat dalam bekas kaca. Sangat menarik dan menarik untuk memerhatikan bagaimana wap ungu disebarkan, dan pelajar yang dimulakan dapat mengesahkan ketiadaan yodium cair.

Ini adalah ciri utama pemejalwapan: tidak ada fasa cecair. Begitu juga, ia adalah endotermik, kerana pepejal menyerap haba untuk meningkatkan tekanan wapnya sehingga sama dengan tekanan luaran.

- Pemendapan

Pemendapan kristal iodin. Sumber: Stanislav.nevyhosteny, dari Wikimedia Commons

Deposisi adalah perubahan keadaan zat dari keadaan gas ke keadaan pepejal.

Selari dengan eksperimen sublimasi iodin, terdapat juga pengendapannya. Pemendapan adalah perubahan atau peralihan yang berlawanan: zat bergerak dari keadaan gas ke pepejal tanpa pembentukan fasa cair.

Apabila wap iodin ungu bersentuhan dengan permukaan yang sejuk, mereka melepaskan haba untuk memanaskannya, kehilangan tenaga dan menyatukan semula molekulnya ke dalam pepejal ungu kelabu (gambar atas). Ia kemudian merupakan proses eksotermik.

Deposisi digunakan secara meluas untuk sintesis bahan di mana ia dilekatkan dengan atom logam dengan teknik canggih. Sekiranya permukaannya sangat sejuk, pertukaran haba di antaranya dan zarah-zarah wap tiba-tiba, menghilangkan laluan melalui fasa cecair masing-masing.

Haba atau entalpi pemendapan (dan bukan pemendapan) adalah kebalikan dari pemendapan (ΔH _Sub = - ΔH _Dep ). Secara teori, banyak bahan dapat disenyawakan, tetapi untuk mencapainya perlu memanipulasi tekanan dan suhu, selain mempunyai gambarajah P vs T mereka di tangan; di mana, fasa-fasa yang jauh dapat dilihat.

Status lain berubah

Walaupun tidak disebutkan mengenai hal itu, ada keadaan jirim yang lain. Kadang-kadang mereka dicirikan dengan memiliki "sedikit dari masing-masing", dan oleh itu menjadi gabungan antara mereka. Untuk menghasilkannya, tekanan dan suhu mesti dimanipulasi hingga besar (positif) atau negatif (kecil).

Oleh itu, sebagai contoh, jika gas dipanaskan secara berlebihan, mereka akan kehilangan elektronnya dan nukleanya yang bermuatan positif kerana gelombang negatif akan membentuk apa yang dikenali sebagai plasma. Ia sinonim dengan "gas elektrik", kerana ia mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi.

Sebaliknya, apabila suhu turun terlalu rendah, bahan boleh bertindak dengan cara yang tidak dijangka; iaitu, mereka menunjukkan sifat unik sekitar sifar mutlak (0 K).

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

Beberapa penyelidikan bahkan menunjukkan perkara fotonik. Di dalamnya zarah-zarah sinaran elektromagnetik, foton, berkumpul untuk membentuk molekul fotonik. Artinya, ini akan memberi massa kepada badan cahaya, secara teori.

Rujukan

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 November 2018). Senarai Perubahan Fasa Antara Negeri-Negeri yang Mementingkan Dipulihkan dari: thinkco.com
2. Wikipedia. (2019). Keadaan jirim. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Menukar keadaan. Dipulihkan dari: factmonster.com
4. Meyers Ami. (2019). Perubahan Fasa: Penyejatan, Pemeluwapan, Pembekuan, Peleburan, Penyerapan & Pemendapan. Kaji. Dipulihkan dari: study.com
5. Bagley M. (11 April 2016). Perkara: Definisi & Lima Negeri Perkara. Dipulihkan dari: livescience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.