Widziałeś już wiele zmian faz, niezależnie od tego, czy o tym wiesz, czy nie. W szczególności prawdopodobnie najlepiej znasz zmiany fazowe, przez które przechodzi woda. Prawdopodobnie zagotowałeś wodę, aby zrobić makaron. Lub zamrożoną wodę w stanie stałym, aby zrobić lód. Pewnie widziałeś nawet szron na trawie w zimie.
Wszystkim tym zmianom fazy wody towarzyszy wejście lub wyjście ciepło, więc są albo reakcją endotermiczną, albo reakcją egzotermiczną.
Zmiana energii towarzyszy wszystkim zmianom faz
Pojawia się zatem pytanie, jakiego rodzaju zmiany w energia towarzyszy każdej zmianie fazy? Aby to zrozumieć, pomyśl o ruchu cząstek w każdej fazie. Musisz także pomyśleć o tym, jak przyciągane są do siebie cząsteczki w tej fazie.
Ciała stałe zawierają cząstki, które nie poruszają się tak bardzo, jak ciecz lub gaz. Mają pewien ruch termiczny, ale wyraźnie nie taką samą ilość jak ciecz lub gaz. Dopiero po dodaniu energii (lub ciepła) cząstki te zaczynają szybciej się poruszać.
Pomyśl o kawałku lodu. Cząsteczki wody w kawałku lodu nie poruszają się zbytnio, dopóki woda nie zacznie się topić. Co pozwala wodzie się stopić? Cóż, to dodatek ciepła.
A co z gotowaniem wody? Musisz umieścić wodę nad płomieniem, aby dodać ciepło do systemu i zagotować wodę, aby wytworzyła się para wodna.
Ten wkład energii jest również wystarczający do pokonania sił przyciągania, które utrzymują cząstki razem. Woda jest dobrym przykładem substancji, która posiada znaczne siły międzycząsteczkowe utrzymujące ją razem. Woda lubi przyklejać się do siebie dzięki wiązaniu wodorowemu. Tak więc energia, która jest wprowadzana, musi być wystarczająca, aby cząsteczki przestały się tak bardzo kleić do siebie.
Oznacza to, że gdy przechodzisz ze stanu stałego do ciekłego do gazowego, wszystkie towarzyszące zmiany fazowe wymagają doprowadzenia ciepła. Zatem te zmiany fazowe są przykładem an reakcja endotermiczna.
Z drugiej strony przejście od gazu do cieczy do ciała stałego wymaga czegoś przeciwnego: ciepło musi zostać uwolnione. Te zmiany fazowe nazywają się reakcje egzotermiczne.
Aby woda w stanie ciekłym zamieniła się w lód, musisz umieścić wodę w zimnym otoczeniu, aby ciepło opuściło wodę. Dopiero wtedy woda zamarznie.
Kiedy twoja ręka dotyka pary, czujesz ciepło, ponieważ para natychmiast skrapla się po dotknięciu twojej skóry. Uwalnianie energii jest odczuwalne jako ciepło, gdy para wodna przechodzi do wody.
Egzotermiczny vs. Endotermiczny
Oto jak sklasyfikować zmiany fazowe jako endotermiczne lub egzotermiczne:
Nazwa zmiany fazy: Zamrażanie
- Faza: płynna do stałej
- Zmiana energii: egzotermiczna
- Przykład: zamarzająca woda
Nazwa zmiany fazy: Topienie
- Faza: od ciała stałego do cieczy
- Zmiana energii: endotermiczna
- Przykład: topnienie lodu
Nazwa zmiany fazy: Kondensacja
- Faza: od gazu do cieczy
- Zmiana energii: egzotermiczna
- Przykład: Oparzenia pary wodnej
Nazwa zmiany fazy: Odparowanie
- Faza: ciecz w gaz to
- Zmiana energii: endotermiczna
- Przykład: Wrząca woda
Nazwa zmiany fazy: Sublimacja
- Faza: od ciała stałego do gazu
- Zmiana energii: endotermiczna
- Przykład: suchy lód
Nazwa zmiany fazy: Zeznanie
- Faza: od gazu do ciała stałego
- Zmiana energii: egzotermiczna
- Przykład: Powstawanie szronu
Dobrym sposobem na zapamiętanie tego wszystkiego jest to, że przeciwne zmiany fazowe mają przeciwne potrzeby energetyczne. Jeśli wiesz, że przejście ze stanu stałego w ciecz w gaz wymaga dodania ciepła (endotermiczne), oznacza to, że wiesz, że przejście ze stanu ciekłego w stan stały wymaga usunięcia ciepła (egzotermiczne).
Wskazówki
Przechodząc ze stanu bardziej uporządkowanego do mniej uporządkowanego, proces jest egzotermiczny. Przechodząc ze stanu mniej uporządkowanego do bardziej uporządkowanego, proces jest endotermiczny.