Ви вже бачили багато фазових змін, знаєте ви це чи ні. Зокрема, вам, мабуть, найбільш відомі фазові зміни, через які проходить вода. Ви, мабуть, кип’ятили воду, щоб робити макарони. Або тверда заморожена вода для отримання льоду. Ви, мабуть, навіть бачили мороз на траві взимку.
Всі ці зміни у фазі води супроводжуються або входом, або виходом тепло, тому вони є або ендотермічною реакцією, або екзотермічною реакцією.
Зміна енергії супроводжує всі фазові зміни
Тоді випливає питання, що це за зміна енергія супроводжує кожну зміну фази? Щоб це зрозуміти, подумайте про рух частинок у кожній фазі. Також потрібно подумати про те, наскільки молекули притягуються одна до одної у фазі.
Тверді речовини містять частинки, які рухаються не так сильно, як рідина чи газ. Вони мають певний тепловий рух, але явно не таку кількість, як рідина чи газ. Тільки після додавання енергії (або тепла) ці частинки починають швидше рухатися.
Подумайте про шматочок льоду. Молекули води в шматку льоду мало рухаються, поки вода не почне танути. Що дозволяє воді танути? Ну, це додавання тепла.
А як бути, коли кип’ятиш воду? Вам потрібно поставити воду над полум’ям, щоб додати тепло в систему і дати кипіти воді, щоб утворилася водяна пара.
Цей вхід енергії також достатній для подолання сил притягання, які утримують частинки разом. Вода є хорошим прикладом речовини, яка має значні міжмолекулярні сили, що утримують її разом. Вода любить прилипати до себе, хоча зв’язується воднем. Таким чином, введеної енергії має бути достатньо, щоб молекули перестали так сильно прилипати до себе.
Це означає, що при переході від твердого до рідкого стану до газу всі супутні фазові зміни вимагають надходження тепла. Таким чином, ці фазові зміни є прикладом ендотермічна реакція.
З іншого боку, перехід від газу до рідини до твердого вимагає протилежного: тепло повинно виділятися. Ці фазові зміни називаються екзотермічні реакції.
Для того, щоб зробити рідку воду льодом, ви повинні помістити воду в холодне середовище, щоб тепло залишало воду. Тільки тоді вода замерзне.
Коли ваша рука торкається пари, ви відчуваєте тепло, оскільки пара відразу ж конденсується при дотику до вашої шкіри. Виділення енергії відчувається як тепло, оскільки водяна пара надходить у воду.
Екзотермічний vs. Ендотермічний
Ось як класифікувати фазові зміни як ендотермічні або екзотермічні:
Назва зміни фази: Замороження
- Фаза: від рідкого до твердого речовини
- Зміна енергії: екзотермічна
- Приклад: Заморожування води
Назва зміни фази: Танення
- Фаза: від твердого до рідкого
- Зміна енергії: ендотермічна
- Приклад: танення льоду
Назва зміни фази: Конденсація
- Фаза: від газу до рідини
- Зміна енергії: екзотермічна
- Приклад: водяна пара горить
Назва зміни фази: Випаровування
- Фаза: Рідина до газу
- Зміна енергії: ендотермічна
- Приклад: кипляча вода
Назва зміни фази: Сублімація
- Фаза: Твердий до газу
- Зміна енергії: ендотермічна
- Приклад: Сухий лід
Назва зміни фази: Відкладення
- Фаза: від газу до твердого речовини
- Зміна енергії: екзотермічна
- Приклад: Утворення морозу
Хороший спосіб запам'ятати все це те, що зміни протилежних фаз мають протилежні енергетичні потреби. Якщо ви знаєте, що від твердого до рідкого до газу потрібно додавати тепло (ендотермічне), це означає, що ви знаєте, що перехід від газу до рідини до твердого вимагає відводу тепла (екзотермічного).
Поради
При переході з більш упорядкованого стану в менш упорядкований стан процес є екзотермічним. При переході з менш упорядкованого стану в більш упорядкований стан процес є ендотермічним.