相变
相变是物质改变能量状态时发生的物理变化,但化学键没有破裂或形成。
例如,冰、液态水和蒸汽的物理性质是完全不同的,尽管它们都是 物质的分子结构没有差异。
物质的相取决于能量的多少原子包含。所有的原子都在运动。原子的温度越高,运动就越快。一个固体在某个地方振动,尽管你的眼睛无法察觉。液态的原子可以绕着彼此滚动,但不会跳出容器。一种气体是如此的高能量状态,以至于分子实际上是反弹的容器,并占据尽可能多的空间,他们允许。能级越高,原子运动越快,距离越远。
阶段定义
在日常生活中遇到的三个阶段是固体,液体和气体。血浆有时被称为“第四份物质。”等离子体是电离气体,其中电子在带正电的离子中自由移动,导致中性物质。等离子体通常存在于低压或高温下。在更极端的条件下,物质也可以形成临界流体或简并气体。多个阶段中可以存在许多物质。
固体通常是结晶的,这意味着它们具有重复,有序的三维结构。两个最常见的晶体类型是金属晶体和离子晶体。金属固体是由紧密结合在一起的金属原子组成的。它们往往有高熔点和沸点。金属的导电性通常很好,因为它们的外层电子可以自由地从一个原子移动到另一个原子。离子固体是带正电荷和负电荷的离子的集合体。食盐(NaCl)是一个常见的例子。离子晶体也有很高的熔点和沸点,但它们通常是不好的导电体,因为这种化合物在带正电荷和负电荷的离子之间有很强的静电相互作用。
的粒子液体靠近在一起,使这种阶段难以压缩或膨胀,但颗粒不是固定在固体中。它们可以彼此滑动,使液体可以改变形状并与另一个液体或甚至在不同相中混合。此属性很重要,因为它允许液体形成解决方案。这些两种或更多种物质的均匀混合物是许多化学反应发生的地方。两个液体混合的程度称为它们混溶。油和水很高不混溶他们的分子倾向于互相排斥。
气体可以说是最不重要的物质阶段,因为所有气体都表现出类似的行为并遵循相同的法律,如理想的天然气法无论身份如何。气体粒子运动非常迅速,而且物理上彼此相距很远,因此粒子之间只存在微弱的分子间作用力。这些特性使气体在形状和体积上呈流体状,相对容易压缩。
相平衡
。在那些条件下,漂浮在一杯水中的冰块将不断进行相变(一些冰是吸收热量和熔化,其中一些水释放热和冷冻),但固体与液体的相对比例仍然存在相同。
相变是可逆的,在一定条件下,相之间存在平衡。例如,液-固相平衡取水点在1台ATM,然后液体的温度由其分子的动能决定。一些分子可能有足够的能量来到达达到气液平衡,其中液体蒸发并进入气相。当那些较高的能量颗粒进入气相时,它会降低液体的平均温度,因此蒸发是冷却过程。思考它的另一种方式是热量才能发生蒸发。出汗是在行动中蒸发的一个例子。蒸发的相反是凝结。当气体冷凝时,它移动到较低的动能状态,结果产生热量。
气体和固体也可以在平衡状态下存在,尽管在日常生活中这样的例子不太常见。固体直接向气体移动叫做固体升华而反过来沉积。
相变图
相变图显示了物质在给定的温度和压力下所处的相。这三重点是唯一能使三相同时存在的温度和压力。
每种物质都有一个临界温度,这是最大温度,在那里它可以作为液体存在。辅助,每种物质都有一个临界压力,这是在其临界温度下液化物质所需的最小压力。临界温度和临界压力相遇的点被调用,适当地,临界点。这是气相和液相的密度相等的地方。超过这一点,这两个阶段就无法区分,称为a超临界流体。
改变物质中的热能量通常会导致温度变化。然而,在相变期间,即使热能变化,温度也保持不变。这种能量正在改变阶段,而不是提高温度。这就是为什么水沸腾时水不会变热。在相变完成之前,温度保持恒定。
相变和潜热
假设我们给出了纯冰的样本,我们决定加热它。我们在电加热器的帮助下加热冰,以恒定的速率提供热量。然后,如果我们测量样本的温度并绘制其随时间的变化,则获得类似于下面所示的图形。
具体潜热
不要混淆比热量
这具体潜热相变的能量是在保持温度不变的情况下,完全改变物质单位质量的相所需要的能量。
比热的单位是
水蒸发的潜热是关于 聚变的潜热大约是
融化需要多少能量 冰与水的比例 ?
融合的潜热是 。这意味着我们需要 能量融化一公斤冰。因为我们想要融化 冰,我们将需要 焦点能量。
参考文献
[1]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:BellJar35.与argon_plasma.jpg根据Creative Commons许可,以获得重用和修改。
[2]来自https://commons.wikimedia.org/wiki/file:dry的图像冰in_cup.jpg在知识共享许可下重用和修改。
[3]来自https://commons.wikimedia.org/wiki/file:phase-diag.svg在Creative Commons的许可下进行重用和修改。