Sie haben schon viele Phasenwechsel gesehen, ob Sie es wissen oder nicht. Insbesondere die Phasenänderungen, die Wasser durchläuft, sind Ihnen wahrscheinlich am besten bekannt. Sie haben wahrscheinlich Wasser gekocht, um Nudeln zu machen. Oder gefrorenes Wasser fest, um Eis zu machen. Wahrscheinlich haben Sie im Winter sogar Frost auf dem Gras gesehen.
Alle diese Phasenänderungen des Wassers werden entweder von einem Input oder Output von begleitet Hitze, so dass sie entweder eine endotherme Reaktion oder eine exotherme Reaktion sind.
Energiewechsel begleitet alle Phasenwechsel
Es folgt die Frage, welche Art von Veränderung in Energie begleitet jeden Phasenwechsel? Um dies zu verstehen, denken Sie an die Bewegung der Teilchen in jeder Phase. Sie müssen auch darüber nachdenken, wie sich die Moleküle innerhalb der Phase zueinander angezogen fühlen.
Feststoffe enthalten Partikel, die sich nicht so stark bewegen wie eine Flüssigkeit oder ein Gas. Sie haben eine gewisse thermische Bewegung, aber eindeutig nicht die gleiche Menge wie eine Flüssigkeit oder ein Gas. Erst nach dem Hinzufügen von Energie (oder Wärme) beginnen sich diese Teilchen schneller zu bewegen.
Denken Sie an ein Stück Eis. Die Wassermoleküle im Eisstück bewegen sich nicht viel, bis das Wasser zu schmelzen beginnt. Was lässt das Wasser schmelzen? Nun, es ist eine Zugabe von Wärme.
Was ist, wenn Sie Wasser kochen? Sie müssen das Wasser über eine Flamme stellen, um dem System Wärme zuzuführen, und das Wasser zum Kochen bringen, um Wasserdampf zu erzeugen.
Dieser Energieeintrag reicht auch aus, um die Anziehungskräfte zu überwinden, die die Teilchen zusammenhalten. Wasser ist ein gutes Beispiel für eine Substanz, die erhebliche intermolekulare Kräfte besitzt, die sie zusammenhalten. Wasser haftet gerne an sich selbst durch Wasserstoffbrückenbindungen. Daher muss die zugeführte Energie ausreichen, damit die Moleküle nicht mehr so stark an sich selbst kleben.
Das bedeutet, dass beim Übergang von fest zu flüssig zu gasförmig alle begleitenden Phasenänderungen den Wärmeeintrag erfordern. Somit sind diese Phasenänderungen ein Beispiel für eine endotherme Reaktion.
Auf der anderen Seite erfordert der Übergang von gasförmig über flüssig zu fest das Gegenteil: Wärme muss freigesetzt werden. Diese Phasenänderungen heißen exotherme Reaktionen.
Um flüssiges Wasser zu Eis zu machen, müssen Sie das Wasser in eine kalte Umgebung stellen, damit die Wärme das Wasser verlässt. Erst dann gefriert das Wasser.
Wenn Ihre Hand Dampf berührt, spüren Sie Hitze, da der Dampf beim Berühren Ihrer Haut sofort kondensiert. Die Freisetzung von Energie wird als Wärme empfunden, wenn der Wasserdampf in Wasser übergeht.
Exotherm vs. Endothermisch
So klassifizieren Sie die Phasenänderungen als endotherm oder exotherm:
Phasenänderungsname: Einfrieren
- Phase: flüssig bis fest
- Energieänderung: Exotherm
- Beispiel: Wasser einfrieren
Phasenänderungsname: Schmelzen
- Phase: fest bis flüssig
- Energieänderung: Endotherm
- Beispiel: Eisschmelze
Phasenänderungsname: Kondensation
- Phase: Gas zu Flüssigkeit
- Energieänderung: Exotherm
- Beispiel: Wasserdampf brennt
Phasenänderungsname: Verdunstung
- Phase: Flüssig zu Gas
- Energieänderung: Endotherm
- Beispiel: Kochendes Wasser
Phasenänderungsname: Sublimation
- Phase: Fest bis Gas
- Energieänderung: Endotherm
- Beispiel: Trockeneis
Phasenänderungsname: Ablage
- Phase: Gas zu fest
- Energieänderung: Exotherm
- Beispiel: Frostbildung
Eine gute Möglichkeit, sich an all dies zu erinnern, ist, dass entgegengesetzte Phasenänderungen einen entgegengesetzten Energiebedarf haben. Wenn Sie wissen, dass von fest zu flüssig zu gasförmig Wärme zugeführt werden muss (endotherm), dann wissen Sie, dass der Übergang von gasförmig zu flüssig zu fest Wärmeabfuhr erfordert (exotherm).
Tipps
Beim Übergang von einem stärker geordneten Zustand in einen weniger geordneten Zustand ist der Prozess exotherm. Beim Übergang von einem weniger geordneten in einen stärker geordneten Zustand ist der Prozess endotherm.