Ρίξτε ένα παγωμένο ποτό σε ένα ποτήρι μια καυτή καλοκαιρινή μέρα και σύντομα, σταγονίδια νερού θα σχηματιστούν στο εξωτερικό του ποτηριού. Πώς συμβαίνει αυτή η συμπύκνωση σε γυαλί και από πού προέρχεται το νερό; Η κατανόηση των καταστάσεων και των φάσεων της ύλης απαντά σε αυτά τα ερωτήματα.
Κράτη ύλης
Εξετάστε τρεις από τις καταστάσεις της ύλης: στερεό, υγρό και αέριο.
Σε ένα στερεός, τα σωματίδια συσκευάζονται κοντά μεταξύ τους όπως δομικά στοιχεία και έχουν ένα συγκεκριμένο σχήμα. Τα σωματίδια του στερεού δεν θα κινούνται πολύ, αλλά θα έχουν δονήσεις από τα υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια που κινούνται συνεχώς.
Υγρά θα είναι σύμφωνο με το σχήμα ενός δοχείου - σαν ένα παγωμένο ποτό χυμένο στο ποτήρι, όπου το υγρό γεμίζει το δοχείο. Στα υγρά, τα σωματίδια συσκευάζονται χαλαρά και μπορούν να ρέουν το ένα γύρω στο άλλο.
Αέρια δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα και θα επεκταθούν για να γεμίσουν ένα δοχείο. Υπάρχει τόσο πολύς χώρος μεταξύ των αερίων σωματιδίων που τα σωματίδια σπάνια συγκρούονται μεταξύ τους.
State of Matter: Αλλαγές φάσης
Το νερό μπορεί να περάσει από τις τρεις καταστάσεις της ύλης ανάλογα με τη θερμοκρασία. Μπορεί να βρεθεί ως στερεό σε πάγο, υγρό νερό και ως αέριο σε υδρατμούς.
Εξετάστε το παρακάτω διάγραμμα ροής για το πώς οι καταστάσεις της ύλης αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. οι διαδικασίες με τις οποίες συμβαίνει αυτό ονομάζονται:
Στερεά → σε τήξη γυρίζει σε → υγρό → σε εξάτμιση γυρίζει σε → αέριο
Το αντίστροφο είναι:
Αέριο → in συμπύκνωση γυρίζει σε → υγρό → σε πάγωμα γυρίζει σε → συμπαγές
Παρατηρήστε ότι το διαδικασία συμπύκνωσης είναι όταν ένα αέριο μετατρέπεται σε υγρό. Με το νερό, αυτό σημαίνει ότι οι υδρατμοί έχουν μετατραπεί σε υγρό νερό.
Ο ορισμός της χημείας συμπύκνωσης είναι η διαδικασία μιας ουσίας που αλλάζει από αέρια σε υγρή κατάσταση. Αυτή η διαδικασία προκαλείται από την αλλαγή κυρίως της θερμοκρασίας, αλλά και της πίεσης.
Διαδικασία συμπύκνωσης και ενέργεια
Ελέγξτε το διάγραμμα ροής για αέριο σε υγρό:
Το αέριο → σε συμπύκνωση μετατρέπεται σε → υγρό
Θυμηθείτε επίσης πώς τα μόρια δρούσαν τόσο στις αέριες όσο και στις υγρές καταστάσεις. Σε ένα αέριο, τα σωματίδια έχουν υψηλή κινητική ενέργεια. Σε ένα υγρό, έχουν λιγότερη κινητική ενέργεια. Ένα αέριο πρέπει να χάσει ενέργεια για να γίνει υγρό.
Τα μόρια του νερού στην αέρια κατάσταση χάνουν θερμική ενέργεια, επιβραδύνουν την κίνησή τους και αρχίζουν να «κολλάνε» μαζί για να σχηματίσουν ένα υγρό.
Συμπύκνωση: Κύκλος νερού
Εμφανίστηκαν χάντρες νερού στο γυαλί και, από τον ορισμό, αυτό σημαίνει ότι υδρατμος έχει συμπυκνωθεί σε υγρό στην επιφάνεια του γυαλιού.
Αυτός ο υδρατμός υπάρχει πάντα στον αέρα, ακόμα και όταν ο καιρός είναι καθαρός. Το νερό συμπυκνώνεται και εξατμίζεται (αντίθετα από τη συμπύκνωση) στον αέρα. Η σύλληψη του κύκλου νερού στο σημείο συμπύκνωσης μπορεί να βοηθήσει στην αναγνώριση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζεται νερό σε κρύο ποτήρι.
Στον κύκλο νερού, οι υδρατμοί που ωθούνται στην ψυχρότερη ατμόσφαιρα επιβραδύνουν τον ρυθμό εξάτμισης κάτω από τον ρυθμό συμπύκνωσης. Η συμπύκνωση συμβαίνει με ταχύτερο ρυθμό και τα αέρια μόρια νερού συμπυκνώνονται γύρω από μικροσκοπικά αερομεταφερόμενα σωματίδια σκόνης, αλατιού και καπνού για να σχηματίσουν μικροσκοπικά σταγονίδια που μπορούν να αναπτυχθούν συλλέγοντας περισσότερο υγρό νερό μόρια.
Συμπύκνωση σε γυαλί
Παρόμοια με την ψυχρότερη ατμόσφαιρα, καθώς το γυαλί στο παράδειγμά μας από την αρχή γίνεται κρύο από ο πάγος στο ποτό, φτάνει σε θερμοκρασία όπου η συμπύκνωση συμβαίνει με υψηλότερο ρυθμό από εξάτμιση. Ακόμη και σε μια καυτή ημέρα, και παρόλο που ο ζεστός αέρας μπορεί να συγκρατήσει περισσότερους υδρατμούς από τον κρύο αέρα, υπάρχει ένα ανώτατο όριο για το πόση ποσότητα υδρατμών μπορεί να συγκρατήσει.
Η κίνηση των σωματιδίων μπορεί να εξηγήσει αυτήν την αύξηση του ρυθμού συμπύκνωσης. Όταν ο ζεστός αέρας έρχεται σε επαφή με το κρύο γυαλί, η θερμότητα μεταφέρεται από τον ζεστό αέρα στο κρύο γυαλί. Η απώλεια θερμότητας στον περιβάλλοντα αέρα προκαλεί την απώλεια ενέργειας από τους υδρατμούς από το γυαλί. Μόλις χαθεί ενέργεια, οι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε υγρό στο γυαλί.
Μόλις λιώσει ο πάγος στο ποτό, η θερμοκρασία του υγρού στο εσωτερικό του γυαλιού και του περιβάλλοντος αέρα θα έρθει σε ισορροπία και δεν θα σχηματιστεί συμπύκνωση στο ποτήρι.