مقالات

12.5: الذوبان والتجميد والتسامي


أهداف التعلم

  • تعريف الذوبان والتجميد والتسامي.

اعتمادًا على الظروف المحيطة ، عادةً ما توجد المادة الطبيعية كواحدة من ثلاثة المراحل: صلب أو سائل أو غاز.

تغيير الطور هو عملية فيزيائية تنتقل فيها المادة من مرحلة إلى أخرى. عادة ما يحدث التغيير عند إضافة أو إزالة الحرارة عند درجة حرارة معينة ، والمعروفة باسم نقطة الانصهار أو نقطة الغليان للمادة. نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي تنتقل عندها المادة من مادة صلبة إلى سائلة (أو من مادة سائلة إلى مادة صلبة). نقطة الغليان هي درجة الحرارة التي تنتقل عندها المادة من سائل إلى غاز (أو من غاز إلى سائل). تعتمد طبيعة تغير الطور على اتجاه انتقال الحرارة. الحرارة مستمرة إلى تغيره مادة من مادة صلبة إلى سائلة ، أو من سائل إلى غاز. إزالة الحرارة من مادة ما تحول الغاز إلى سائل ، أو السائل إلى مادة صلبة.

نقطتان رئيسيتان تستحقان التأكيد. أولاً ، عند نقطة انصهار المادة أو نقطة غليانها ، يمكن أن توجد مرحلتان في وقت واحد. خذ الماء (H2س) كمثال. على مقياس سيليزيوس ، H2O لديه نقطة انصهار تبلغ 0 درجة مئوية ونقطة غليان 100 درجة مئوية. عند 0 درجة مئوية ، تكون كل من المرحلتين الصلبة والسائلة من H.2يا يمكن أن تتعايش. ومع ذلك ، إذا تمت إضافة الحرارة ، فإن بعض المادة الصلبة H2سوف يذوب O ويتحول إلى سائل H.2O. إذا تمت إزالة الحرارة ، يحدث العكس: بعض السائل H.2يتحول O إلى H صلب2O. يمكن أن تحدث عملية مماثلة عند 100 درجة مئوية: إضافة الحرارة يزيد من كمية غاز H2O ، أثناء إزالة الحرارة يزيد من كمية السائل H.2O (الشكل ( PageIndex {1} )).

الشكل ( PageIndex {1} ): نقطة غليان الماء. غليان نووي من الماء فوق موقد المطبخ. (المصدر: ويكيبيديا). الماء مادة جيدة لاستخدامها كمثال لأن الكثير من الناس على دراية بها بالفعل. المواد الأخرى لها نقاط انصهار ونقاط غليان أيضًا.

ثانيًا ، لا تتغير درجة حرارة المادة عندما تنتقل المادة من مرحلة إلى أخرى. بعبارة أخرى ، تكون تغيرات الطور متساوية الحرارة (تعني متساوي درجة حرارة ثابتة). مرة أخرى ، ضع في اعتبارك H2يا كمثال. يمكن أن توجد المياه الصلبة (الجليد) عند 0 درجة مئوية. إذا تمت إضافة الحرارة إلى الثلج عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ، فإن بعض الطور الصلب يتغير ليصبح سائلًا ، والذي يكون أيضًا عند 0 درجة مئوية. تذكر ، المراحل الصلبة والسائلة من H.2يمكن أن يتعايش O عند 0 درجة مئوية. فقط بعد ذوبان كل المادة الصلبة في سائل ، تؤدي إضافة الحرارة إلى تغيير درجة حرارة المادة.

لكل تغيير طور من مادة ما ، هناك كمية مميزة من الحرارة اللازمة لإجراء تغيير الطور لكل جرام (أو لكل مول) من المادة. حرارة الانصهار (Δحفتيل) هو مقدار الحرارة لكل جرام (أو لكل مول) المطلوب لتغيير الطور الذي يحدث عند نقطة الانصهار. حرارة التبخير (Δحvap) هو مقدار الحرارة لكل جرام (أو لكل مول) المطلوب لتغيير الطور الذي يحدث عند نقطة الغليان. إذا كنت تعرف العدد الإجمالي للجرامات أو مولات المادة ، فيمكنك استخدام Δحفتيل أو Δحvap لتحديد إجمالي الحرارة التي يتم نقلها للذوبان أو التصلب باستخدام هذه التعبيرات:

[ text {heat} = n times ΔH_ {fus} label {Eq1a} ]

حيث (n ) هو عدد المولات و (ΔH_ {fus} ) يتم التعبير عنها في الطاقة / الخلد أو

[ text {heat} = m times ΔH_ {fus} label {Eq1b} ]

حيث (م ) هي الكتلة بالجرام و (ΔH_ {fus} ) يتم التعبير عنها في الطاقة / جرام.

بالنسبة للغليان أو التكثيف ، استخدم هذه التعبيرات:

[ text {heat} = n times ΔH_ {vap} label {Eq2a} ]

حيث (n ) هو عدد المولات) و (ΔH_ {vap} ) يتم التعبير عنها في الطاقة / الخلد أو

[ text {heat} = m times ΔH_ {vap} label {Eq2b} ]

حيث (م ) هي الكتلة بالجرام و (ΔH_ {vap} ) يتم التعبير عنها في الطاقة / جرام.

تذكر أن تغيير الطور يعتمد على اتجاه انتقال الحرارة. إذا انتقلت الحرارة إلى الداخل ، تصبح المواد الصلبة سائلة ، وتصبح السوائل صلبة عند نقطتي الانصهار والغليان ، على التوالي. إذا انتقلت الحرارة إلى الخارج ، تتجمد السوائل وتتكثف الغازات إلى سوائل.

مثال ( PageIndex {1} )

مقدار الحرارة اللازمة لإذابة 55.8 جم من الجليد (مادة صلبة H2O) عند 0 درجة مئوية؟ حرارة انصهار H.2O هو 79.9 كالوري / جم.

المحلول

يمكننا استخدام العلاقة بين الحرارة وحرارة الانصهار (مكافئ ( PageIndex {1} ) ب) لتحديد عدد جول من الحرارة اللازمة لإذابة هذا الجليد:

[ start {align *} text {heat} & = m times ΔH_ {fus} [4pt] & = (55.8 : cancell {g}) left ( dfrac {79.9 : cal} { إلغاء {g}} right) = 4،460 : cal} end {align *} ]

تمرين ( PageIndex {1} )

مقدار الحرارة اللازمة لتبخير 685 جم من H2O عند 100 درجة مئوية؟ حرارة تبخير H2O هو 540 كالوري / جم.

يسرد الجدول ( PageIndex {1} ) درجات حرارة الاندماج والتبخر لبعض المواد الشائعة. لاحظ الوحدات على هذه الكميات ؛ عند استخدام هذه القيم في حل المشكلات ، تأكد من التعبير عن المتغيرات الأخرى في الحساب الخاص بك في وحدات متوافقة مع الوحدات في درجات الحرارة المحددة ، أو درجات حرارة الانصهار والتبخير.

الجدول ( PageIndex {1} ): درجات حرارة الانصهار والتبخير لمواد مختارة
مستوىΔHفتيل (كال / ز)ΔHvap (كال / ز)
ألمنيوم (Al)94.02,602
ذهب (Au)15.3409
الحديد (Fe)63.21,504
الماء (H.2س)79.9540
كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم)123.5691
الإيثانول (C.2ح5أوه)45.2200.3
البنزين (C.6ح6)30.494.1

النظر عن كثب: التسامي

هناك أيضًا تغيير في الطور حيث تنتقل المادة الصلبة مباشرة إلى الغاز:

[ text {solid} rightarrow text {gas} label {Eq3} ]

يسمى هذا التغيير في المرحلة تسامي. كل مادة لها خاصية حرارة التسامي المرتبطة بهذه العملية. على سبيل المثال ، حرارة التسامي (Δحالفرعية) من H.2O هو 620 كالوري / جم.

نواجه التسامي بعدة طرق. قد تكون بالفعل على دراية بالثلج الجاف ، وهو ببساطة ثاني أكسيد الكربون الصلب (CO2). عند −78.5 درجة مئوية (−109 درجة فهرنهايت) ، يتصاعد ثاني أكسيد الكربون الصلب ، ويتغير مباشرة من المرحلة الصلبة إلى الطور الغازي:

[ mathrm {CO_2 (s) xrightarrow {-78.5 ^ circ C} CO_2 (g)} label {Eq4} ]

يسمى ثاني أكسيد الكربون الصلب بالثلج الجاف لأنه لا يمر خلال المرحلة السائلة. بدلاً من ذلك ، ينتقل مباشرة إلى الطور الغازي. (نشبع علبة توجد في صورة سائلة ولكن تحت ضغط عالٍ فقط.) للثلج الجاف العديد من الاستخدامات العملية ، بما في ذلك الحفاظ على العينات الطبية على المدى الطويل.

حتى في درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، صلبة H2سوف تسامي يا ببطء. على سبيل المثال ، قد تختفي طبقة رقيقة من الثلج أو الصقيع على الأرض ببطء مثل المادة الصلبة H.2يا تسامي ، على الرغم من أن درجة الحرارة الخارجية قد تكون أقل من نقطة تجمد الماء. وبالمثل ، قد تصبح مكعبات الثلج في الفريزر أصغر بمرور الوقت. على الرغم من التجميد ، فإن الماء الصلب يتصاعد ببطء ، ويعيد وضعه على عناصر التبريد الأكثر برودة في الفريزر ، الأمر الذي يتطلب إزالة الجليد بشكل دوري (المجمدات الخالية من الصقيع تقلل من إعادة الترسيب). سيقلل خفض درجة الحرارة في المجمد من الحاجة إلى إذابة الثلج كثيرًا.

في ظل ظروف مماثلة ، سيكون الماء أيضًا ساميًا من الأطعمة المجمدة (مثل اللحوم أو الخضار) ، مما يمنحها مظهرًا غير جذاب ومرقش يسمى حرق المجمد. إنه ليس "حرقًا" حقًا ، ولم يكن الطعام سيئًا بالضرورة ، على الرغم من أنه يبدو غير فاتح للشهية. يمكن التقليل من حرق المجمد عن طريق خفض درجة حرارة الفريزر ولف الأطعمة بإحكام حتى لا يكون للماء أي مساحة للتسامح فيه.

نقطة الانصهار

تتشابه المواد الصلبة مع السوائل في كلتا الحالتين المتكثفتين ، مع وجود جزيئات أقرب معًا من تلك الموجودة في الغاز. ومع ذلك ، في حين أن السوائل سائلة ، فإن المواد الصلبة ليست كذلك. يتم تجميع جزيئات معظم المواد الصلبة بإحكام في ترتيب منظم. تقتصر حركة الذرات أو الأيونات أو الجزيئات الفردية في المادة الصلبة على حركة اهتزازية حول نقطة ثابتة. المواد الصلبة شبه كاملة غير قابل للضغط وهي الأكثر كثافة من حالات المادة الثلاث.

عندما يتم تسخين مادة صلبة ، تهتز جزيئاتها بسرعة أكبر حيث تمتص المادة الصلبة الطاقة الحركية. في النهاية ، يبدأ تنظيم الجسيمات داخل الهيكل الصلب في الانهيار ويبدأ الجسم الصلب في الذوبان. ال نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة الصلبة إلى سائل. عند نقطة الانصهار ، تتغلب الاهتزازات التخريبية لجزيئات المادة الصلبة على القوى الجاذبة العاملة داخل المادة الصلبة. كما هو الحال مع نقاط الغليان ، تعتمد نقطة انصهار المادة الصلبة على قوة تلك القوى الجذابة. كلوريد الصوديوم ( left ( ce {NaCl} right) ) مركب أيوني يتكون من العديد من الروابط الأيونية القوية. يذوب كلوريد الصوديوم عند (801 ^ text {o} text {C} ). الجليد (صلب ( ce {H_2O} )) هو مركب جزيئي يتكون من جزيئات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية. على الرغم من أن الروابط الهيدروجينية هي أقوى القوى بين الجزيئات ، إلا أن قوة الروابط الهيدروجينية أقل بكثير من قوة الروابط الأيونية. نقطة انصهار الجليد هي (0 ^ text {o} text {C} ).

نقطة انصهار المادة الصلبة هي نفس درجة تجمد السائل. عند درجة الحرارة هذه ، تكون الحالات الصلبة والسائلة للمادة في حالة اتزان. بالنسبة للمياه ، يحدث هذا التوازن عند (0 ^ text {o} text {C} ).

[ ce {H_2O} left (s right) rightleftharpoons ce {H_2O} left (l right) ]

نميل إلى التفكير في المواد الصلبة على أنها تلك المواد التي تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك ، فإن جميع المواد لها نقاط انصهار من نوع ما. تصبح الغازات صلبة في درجات حرارة منخفضة للغاية ، كما ستصبح السوائل صلبة إذا كانت درجة الحرارة منخفضة بدرجة كافية. يوضح الجدول أدناه نقاط الانصهار لبعض المواد الشائعة.

الموادنقطة الانصهار (ºC)
الجدول ( PageIndex {2} ): نقاط الانصهار للمواد الشائعة
هيدروجين-259
الأكسجين-219
ديثيل الأثير-116
الإيثانول-114
ماء0
الفضة النقية961
ذهب نقي1063
حديد1538

تمرين ( PageIndex {2} )

  1. اشرح ماذا يحدث عندما تتدفق الحرارة إلى مادة ما أو تخرج منها عند نقطة انصهارها أو نقطة غليانها.
  2. كيف ترتبط كمية الحرارة المطلوبة لتغيير الطور بكتلة المادة؟
الإجابة أ

تذهب الطاقة إلى تغيير المرحلة وليس درجة الحرارة.

الجواب ب

كمية الحرارة ثابتة لكل جرام من المادة.

ملخص

  • هناك تغيير في الطاقة مرتبط بأي تغيير في الطور.
  • التسامي هو تغيير الحالة من مادة صلبة إلى غاز ، دون المرور بالحالة السائلة.
  • الترسب هو تغيير الحالة من غاز إلى مادة صلبة.
  • ثاني أكسيد الكربون هو مثال على مادة تخضع بسهولة للتسامي.
  • نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة الصلبة إلى سائل.
  • القوى الجزيئية لها تأثير قوي على نقطة الانصهار.

المساهمات والسمات


تغيير المرحلة: التبخر ، التكثيف ، التجميد ، الذوبان ، التسامي & # 038 الترسيب

يمكن أن توجد المواد الموجودة على الأرض في واحدة من أربع مراحل ، ولكنها موجودة في الغالب في واحدة من ثلاث مراحل: صلبة أو سائلة أو غازية. تعلم التغييرات الستة في المرحلة: التجميد والذوبان والتكثيف والتبخير والتسامي والترسيب.
تغييرات المرحلة
هناك أربع حالات للمادة في الكون: بلازما ، غاز ، سائل ، صلب. لكن المادة الموجودة على الأرض توجد في الغالب في ثلاث مراحل متميزة: الغاز والسائل والصلب. المرحلة هي شكل مميز للمادة ، ويمكن أن تتغير المادة بين المراحل. قد يتطلب الأمر درجة حرارة أو ضغطًا أو طاقة شديدة ، ولكن يمكن تغيير كل المواد.

هناك ستة تغيرات مميزة في الطور تحدث لمواد مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. التغييرات الستة هي:

التجميد: تتحول المادة من سائل إلى صلب.
الانصهار: تتغير المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
التكثيف: تتغير المادة من غاز إلى سائل.
التبخير: تتغير المادة من سائل إلى غاز.
التسامي: تتغير المادة مباشرة من مادة صلبة إلى غاز دون المرور بالمرحلة السائلة.
الترسيب: تتغير المادة مباشرة من غاز إلى مادة صلبة دون المرور بالمرحلة السائلة.
أمثلة على تغيير المرحلة
بخار الماء الذي يتحول إلى صقيع هو مثال على الترسيب.
أوراق الترسب
أنا متأكد من أنك تعرف كيف تبدو معظم هذه المراحل. يحدث التجمد عندما يتجمد الماء السائل إلى مكعبات ثلجية. الذوبان هو عندما تذوب مكعبات الثلج. يحدث التكثف عندما يتكون الندى على العشب في الصباح. التبخر هو عندما يغلي الماء ويتحول إلى بخار.

قد لا تعرف الترسب ، ولكن هذا يحدث عندما يتحول بخار الماء مباشرة إلى التجمد ، كما هو الحال عندما يكون هناك صقيع في صباح الشتاء البارد. مثال على التسامي يحدث عندما يتحول الجليد الجاف مباشرة إلى غاز. يمكن أن يتحول الغاز أيضًا إلى بلازما. للقيام بذلك ، عليك إضافة كمية هائلة من الطاقة إلى الغاز لتحرير الإلكترونات من الذرات.

يحدث التسامي عندما يتحول الجليد الجاف إلى غاز.
التسامي الجليد الجاف
مخطط تغيير المرحلة
دعونا نلقي نظرة على تغيير الطور من حيث صلته بالمياه. سينطبق هذا على جميع المواد ، لكننا جميعًا على دراية بالمياه. غالبًا ما يظهر تغيير المرحلة في مخطط مثل الرسم أدناه:

رسم تخطيطي لتغيرات طور الماء
مخطط تغيير المرحلة
عندما تكون المادة في حالة صلبة ، يمكنها امتصاص الكثير من الطاقة على شكل حرارة حتى تصل إلى نقطة الانصهار. فكر في الثلج بالخارج. بمجرد أن يصل الثلج إلى الأرض ، فإنه يبقى هناك ، سواء كانت درجة الحرارة -50 درجة فهرنهايت بالخارج أو حتى 32 درجة فهرنهايت.

يمكن للثلج أن يمتص الطاقة حتى يصل إلى درجة انصهاره البالغة 32 درجة فهرنهايت. هذا هو الخط المائل في المرحلة الأولى على الرسم البياني. بمجرد أن تصل مادة ما إلى نقطة انصهارها ، فإنها تكون مزيجًا من المادة الصلبة والسائلة لفترة من الوقت ، كما ترون من خلال الخط المسطح في الرسم البياني في المرحلة الثانية.


ما هو التسامي؟

بافتراض أنك تجاوزت المرحلة الابتدائية منذ ذلك الحين ، فمن المحتمل أنك تدرك أنه عند تسخينها ، تذوب المادة الصلبة في سائل قبل أن تتحول إلى غاز. ومع ذلك ، فإن التسامي هو عملية كيميائية تتخطى المرحلة السائلة ، مما يتسبب في تحول المادة الصلبة مباشرة إلى غاز. يحدث هذا عادةً عندما تمتص المادة الطاقة الزائدة من محيطها ، وتتخطى المرحلة السائلة تمامًا.

مثل أي عملية كيميائية أخرى ، يحدث التسامي بسهولة أكبر في ظل ظروف مناخية معينة. وهذا يشمل الرياح الجافة وانخفاض الرطوبة ودرجة الحرارة المنخفضة على سبيل المثال لا الحصر. من المحتمل أن يحدث التسامي بشكل متكرر على ارتفاعات أعلى مع ضغط هواء منخفض.


12.5: الذوبان والتجميد والتسامي

تم استخدام قياسات الكالوري ، التي يتم إجراؤها عن طريق التفكك الناجم عن الاصطدام المتعدد ، لسبر ذوبان عدد من مجموعات (NaCl) n Na + مع n = 22-37. تصلب العناقيد عند 225-325 كلفن وتذوب عند 750-850 كلفن (NaCl) 22 Na + و (NaCl) 37 Na + ، والتي يمكن أن تتبنى أشكالًا هندسية تمثل شظايا مثالية للشبكة السائبة تذوب عند حوالي 850 K. التي (باستثناء n = 31) يجب أن تكون بها عيوب ، تذوب في درجات حرارة تصل إلى 100 كلفن أقل من البلورات النانوية المثالية. تصبح توزيعات الطاقة الداخلية ثنائية النسق بالقرب من درجة حرارة الانصهار. هذا هو توقيع التعايش البطيء للطور الديناميكي حيث تقفز المجموعات تلقائيًا ذهابًا وإيابًا بين الحالات الصلبة والسائلة بمتوسط ​​فترة أطول من المطلوب للموازنة الحرارية. يجب أن يكون تردد القفز بين 10 4 و 10 7 s -1 للتوزيع الثنائي النسبي حتى يمكن ملاحظته في تجاربنا. يمكن أن تنفصل مجموعات (NaCl) n Na + عن طريق عملية تنشيط حراري غير معتادة حيث يرفع الذوبان والتجميد الطاقة الداخلية لتوليد مجموعات صلبة ساخنة يمكن أن تسامي قبل أن تبرد إلى درجة الحرارة المحيطة.


12.5: الذوبان والتجميد والتسامي

تم فحص ذوبان الرواسب الغازية في وجود الجرافيت أو الماس بشكل تجريبي عند 7.5-12 جيجا باسكال و 800-1600 درجة مئوية في جهاز متعدد الطبقات. تم تحضير مادتين لبدء مماثلة لـ GLOSS of Plank و Langmuir (Chem Geol 145: 325-394 ، 1998) من الأكاسيد والكربونات والهيدروكسيدات والجرافيت. كان خليط واحد (Na-gloss) متطابقًا في تكوين عنصر رئيسي مع GLOSS ، والآخر كان أفقر في Na وأكثر ثراءً في K (K-gloss). كل من مخاليط البداية الواردة

6 بالوزن٪ CO 2 و 7 بالوزن٪ H 2 O وتم تخديرها عند أ

مستوى 100 جزء في المليون مع عدد من العناصر النزرة ، بما في ذلك العناصر الأرضية النادرة و LILE و HFSE. احتوت المجموعة المعدنية شبه الصلبة على متعدد الأشكال من السيليكا (coesite أو stishovite) ، العقيق ، الكيانيت ، الكلينوبروكسين ، الكربونات (محلول الأراجونيت والمغنسيت-سيديريت الصلب) ، الزركون ، الروتيل ، البيرثيت والأطوار المائية (الفنجيت ولوسونيت عند & lt9 GPa و ال سيليكات الألمنيوم المائي توباز- OH وبيض الطور عند & gt10 GPa). تختفي المراحل المائية عند

900 درجة مئوية ، وتستمر الكربونات حتى 1000-1100 درجة مئوية. في درجات الحرارة و GT1200 درجة مئوية ، تتكون المجموعة المعدنية من coesite أو stishovite ، الكيانيت والعقيق. يعتمد ثبات Clinopyroxene بقوة على محتوى Na في خليط البداية ، حيث يظل في تركيبة Na-gloss حتى 1600 درجة مئوية عند 12 GPa ، ولكن لم يتم ملاحظته في تجارب K-gloss فوق 1200 درجة مئوية. يتغير تكوين المذاب أو السائل تدريجياً مع زيادة درجة الحرارة من غني بالكربونات المائية (& lt10٪ بالوزن SiO 2) عند 800-1000 درجة مئوية إلى سوائل السيليكات الغنية بالتطاير (حتى 40٪ بالوزن SiO 2) عند درجات حرارة عالية. تم تحليل العناصر النزرة في مراحل الذوبان والبلورية بواسطة LA ICP MS. تتوافق معاملات التقسيم الذائبة العقيق وذوبان الكلينوبروكسين بشكل عام مع نتائج الأدبيات الخاصة بالأنظمة الخالية من التطاير وذوبان كربونات السيليكون المشتقة من ذوبان الزبرجد المكربن. معظم العناصر النزرة غير متوافقة بشدة في تعدد أشكال الكيانيت والسيليكا (D & lt 0.01) ، باستثناء V و Cr و Ni ، والتي تتوافق قليلاً في الكيانيت (D & gt 1). تحتوي كربونات الأراجونيت والحديد- Mg على معاملات مختلفة جدًا لتقسيم العناصر الأرضية النادرة (D Mst-Sd / L

1). Nb و Ta و Zr و Hf غير متوافقين بشدة في كلا الكربونات. معاملات قسم Bearthite / melt عالية جدًا لـ LREE (& gt10) وتنخفض إلى

1 لـ HREE. جميع HFSE غير متوافقة بشدة في Bearthite. في المقابل ، تتوافق Ta و Nb و Zr و Hf بشكل معتدل إلى قوي في مراحل ZrSiO 4 و TiO 2. بناءً على معاملات التقسيم التي تم الحصول عليها ، تم حساب تكوين الطور المتحرك المشتق من ذوبان الرواسب في مناطق الاندساس العميق. يتم إثراء هذه المرحلة بقوة في العناصر غير المتوافقة وتعرض شذوذ Ta-Nb سلبيًا واضحًا ولكن لا يوجد شذوذ Zr-Hf. على الرغم من إجراء جميع التجارب في مجال ثبات الماس ، لوحظ فقط الجرافيت في تجارب درجات الحرارة المنخفضة. لوحظ التنوي العفوي للماس والتحول الكامل للجرافيت إلى الماس عند درجات حرارة أعلى من 1200-1300 درجة مئوية. نتوقع أن يتم التحكم في الطابع المرصود لتحول الجرافيت الماسي من خلال العلاقات بين حركية انحلال الجرافيت الثابت ونوى الماس في ذوبان السيليكوكربونات المائي المشبع في C.


الذوبان مقابل التسامي

يُعرف ثاني أكسيد الكربون في شكله الصلب باسم "الجليد الجاف" ، لأنه في ظل الظروف الشائعة يتسامح ويتحول مباشرة إلى غاز ، بدلاً من الانصهار إلى سائل. درجة التجمد (أو التسامي) لثاني أكسيد الكربون هي -78.5 درجة مئوية ، أو -109.2 درجة فهرنهايت. ومع ذلك ، فإن الضغط الجوي مهم جدًا لتغيير طور ثاني أكسيد الكربون. فوق درجة حرارته الثلاثية ، -56.6 درجة مئوية ، أو -69.8 درجة فهرنهايت ، وتحت ضغوط أكبر من 5.11 ضغط جوي ، يذوب ثاني أكسيد الكربون. (عند النقطة الثلاثية ، توجد المواد في ثلاث مراحل - صلبة ، وسائلة ، وغازية). خارج ظروف المختبر - في ضغوط الغلاف الجوي العادية المنخفضة - سوف يتصاعد ثاني أكسيد الكربون ، ولن يذوب ، عندما ترتفع درجة الحرارة.


أي عملية معاكسة للذوبان؟

& ldquo تنمو وتتحرر من المضيف وتنزل إلى قاع الماء لبدء حياة مستقلة. & rdquo & ldquo ستقوي المادة اللاصقة ذات القوة الصناعية المقاومة الالتوائية للسلم. & rdquo

ما هو عكس الذوبان?

تكثف جمعيه
استمر دمج
الزواج حل
ترسخ unmix
ضع سويا سيرة ذاتية

بجانب نقطة الغليان أعلاه ، ما هو عكس نقطة الغليان؟ التكثيف هو عكس الغليان وهو ما يعني أن المادة تتحول من غاز إلى سائل.

كما يجب أن تعرف ما هو عكس التبخر؟

ال عكس التبخر هو التكثيف. يصف التكثيف تغير الطور من الغاز إلى السائل. تبخر يحدث عندما تدخل الجزيئات الموجودة على سطح السائل إلى الطور الغازي عند درجة حرارة أقل من نقطة غليان المادة.

ما هو عكس التجمد في الكيمياء؟

نعم، تجميد هل ضد من الذوبان. وبشكل أكثر تحديدًا ، يوجد خط لمعظم المواد عند درجة حرارة وضغط معينين تذوب فيه و يتجمد يظهر على مخطط المرحلة. إذا كنت في الحالة السائلة وتنتقل إلى الحالة الصلبة ، فهي كذلك تجميد.


التجميد والذوبان

التجميد هو التغيير الذي يحدث عندما يتحول السائل إلى مادة صلبة مثل درجة الحرارة النقصان. الذوبان هو التغيير المعاكس ، من مادة صلبة إلى سائلة مع زيادة درجة الحرارة. هذان مثالان على التغيرات في حالات المواد.

تتجمد المواد عند نفس درجة حرارة الذوبان تمامًا. نتيجة لذلك ، يتم تعريف درجة الحرارة التي يوجد عندها & # x2014 تحت ضغط محدد & # x2014 السائل والصلب في حالة توازن على أنها نقطة الانصهار أو التجمد. عندما يكون الضغط في جو واحد ، تُعرف درجة الحرارة هذه باسم نقطة التجمد (أو الانصهار) العادية. سيؤدي التغيير في الضغط إلى تغيير درجة الحرارة التي يحدث عندها التغيير في حالة المادة. سيؤدي انخفاض الضغط إلى تقليل درجة الحرارة التي يحدث عندها وزيادة الضغط سيزيد من درجة الحرارة المطلوبة.

على المستوى الأساسي ، يمثل التجميد والذوبان تغيرات في مستويات طاقة جزيئات المادة قيد الدراسة. التجميد هو تغيير من حالة طاقة عالية إلى حالة طاقة أقل ، حيث تتحرك الجزيئات بشكل أقل مع انخفاض درجة حرارتها. يصبحون أكثر ترتيبًا وثباتًا في الشكل. عندما تذوب مادة ما ، يزداد متوسط ​​مستوى الطاقة للجزيئات المكونة لها. تتحرك الجزيئات بسرعة أكبر وبطريقة أقل تنظيماً في السائل منها في المادة الصلبة. هذه الحرية الأكبر في الحركة هي التي تسمح للسائل بالتدفق ليلامس جدران الحاوية الخاصة به بينما يتم تثبيت المادة الصلبة في شكل صلب. يُعرف هذا الاعتبار لطاقة الجزيئات بالنظرية الجزيئية الحركية.

تختلف درجة الحرارة التي تتجمد عندها المواد وتذوب باختلاف المواد الكيميائية. لا تعد الصيغة الكيميائية للمادة بالضرورة مؤشرًا حقيقيًا لما قد تكون عليه درجة التجمد أو الانصهار. يمكن أن يكون لأيزومرات المواد خواص فيزيائية مختلفة بما في ذلك نقاط التجمد والذوبان. وبالمثل ، فإن وجود روابط هيدروجينية وقوى جذب أخرى مثل قوى فان دير فالس يمكن أن يؤثر على الترابط داخل المادة وبالتالي نقاط التجمد والانصهار. في حالة وجود أي قوى بين الجزيئات ، يجب إضافة المزيد من الطاقة إلى النظام للتغيير من مادة صلبة إلى مادة سائلة. هذا لأنه يجب التغلب على الروابط بين الجزيئات للسماح للجزيئات بالتحرك بحرية أكبر. هذا أقل من التغيير الذي يحدث من التغيير من السائل إلى الغاز ، لأن الجزيئات لا تزال تلامس بعضها البعض في كل من السوائل والمواد الصلبة.

يمكن أن يؤثر نقاوة المركب على درجة الحرارة التي يحدث عندها تغيير السائل الصلب. على سبيل المثال إضافة كلوريد الصوديوم (الملح الشائع) أو ملح آخر إليه ماء يخفض درجة التجمد ، وهذا هو سبب وضع الملح على الطرق لمنع تجمدها. المادة النقية لها درجة انصهار أو تجمد محددة ، وتؤدي إضافة الشوائب إلى خفض درجة الحرارة هذه وتنشرها بحيث يكون هناك درجة انصهار أو تجمد أقل تحديدًا وأكثر انتشارًا. هذا يعني أنه يمكننا استخدام درجة التجمد أو الانصهار كمؤشر على نقاء المادة. عند ذوبان مادة صلبة بالتسخين أو تجميد سائل أثناء التبريد ، تظل درجة الحرارة ثابتة. وبالتالي ، إذا تم رسم رسم بياني لدرجة الحرارة مقابل الحرارة المضافة ، فسيتم رؤية كتف أو هضبة تمثل نقطة التجمد أو الانصهار. مع مادة نجسة ، لن يكون هذا الكتف دقيقًا جدًا. يُعرف الرسم البياني من هذا النوع باسم منحنى التسخين. يحدث التحويل بين المادة الصلبة والسائلة عند درجة حرارة ثابتة.

في معظم المواد تكون المادة الصلبة أكثر كثافة من المرحلة السائلة. نتيجة لذلك ، عند التجميد ، ستغرق المادة الصلبة في قاع السائل. الماء لا يتصرف بهذه الطريقة. جليد أقل كثافة من الماء ، وبالتالي سوف يطفو الجليد على الماء. كثافة المياه قصوى عند 39 & # xB0 F (4 & # xB0 C). يحدث هذا بسبب الترابط الهيدروجيني ، والذي يكون غير مرتب في المرحلة السائلة. عندما يتجمد الماء لتكوين جليد ، تفترض الجزيئات نمطًا مفتوحًا مرتبًا يسمح بأكبر قدر من الترابط الهيدروجين. كان لهذه الخاصية تأثير عميق على الحياة على الأرض (على سبيل المثال ، تسمح بذلك بحيرات وتيارات تتجمد على السطح وتوفر عزلًا للحياة تحت الجليد خلال أشهر الشتاء القارصة) وتؤدي إلى عامل نشط للتغيير الجيولوجي. لأن الماء يتمدد عند التجميد فهو قادر على التصدع صخر يعد التجميد الدوري وإعادة تجميد الماء أمرًا مهمًا التجوية وكيل.

عادة ، عندما نتحدث عن مادة صلبة أو سائلة ، فإننا نشير إلى مظهرها عند درجة حرارة وضغط قياسيين ، وهذا ضغط من جو واحد ودرجة حرارة 68 & # xB0 F (20 & # xB0 C). إذا كانت نقطة الانصهار أقل من درجة الحرارة هذه ونقطة الغليان أعلى منها ، فإن المادة الكيميائية تكون سائلة عند درجة الحرارة والضغط القياسيين.

من الممكن تبريد سائل تحت درجة التجمد مع الاحتفاظ به كسائل. يُعرف هذا بسائل فائق التبريد. هذا يمثل توازنًا غير مستقر وفي الوقت المناسب يتجمد السائل. من السهل جدًا تبريد الماء بدرجة فائقة حتى 12 & # xB0 F (& # x2212 11.1 & # xB0 C) ولا يزال يحتفظ به سائلاً. لن يبدأ السائل شديد التبريد في التجمد حتى يكون هناك نقطة لبدء تكوين الجليد. قد يكون هذا قطعة واحدة من الغبار ، والتي تعمل كنقطة تنوي للثلج ليبدأ في التكون. لا توجد المياه فائقة البرودة في الطبيعة بسبب وجود الكثير من المواد الجسيمية في الغلاف الجوي. إذا هبط أي من هذه الجسيمات في سائل فائق التبريد ، فسوف يتحول على الفور إلى شكل صلب.

لا تحتوي بعض المواد الكيميائية على نقطة تتحول عندها من مادة صلبة إلى سائلة & # x2014 ويمكن أن تتغير مباشرةً من مادة صلبة إلى غازية ، وهي خاصية تسمى التسامي. ثلج جاف صلب نشبع يعرض هذا. مثل الذوبان والتجميد يحدث هذا أيضًا عند درجة حرارة معينة.

يتم تعبئة كل من المواد الصلبة والسوائل بكثافة على المستوى الجزيئي. يتمثل أحد الاختلافات من حيث الجزيئات في أنه مع وجود سائل تكون الجزيئات أكثر قدرة على الانزلاق فوق بعضها البعض. هذه الخاصية هي التي تجعل من السهل صب السائل. لا تزال الجزيئات الموجودة في السائل تلامس كل جزيء مجاور (كما يحدث في المادة الصلبة) ، على الرغم من أنها أقل قابلية للاحتفاظ بها.

تحتوي المركبات الأيونية بشكل عام على درجة انصهار أعلى من المركبات التساهمية. هذا لأن القوى بين الجزيئات في مركب أيوني أقوى بكثير. في حالة زيادة الضغط ، يتم إجبار الجزيئات على التقارب معًا وهذا يعني أن القوى بين الجزيئات تجعل الجسيمات أقرب إلى بعضها البعض وأكثر إحكامًا ، لذلك يلزم ارتفاع درجة الحرارة لجعل المادة تذوب.

يسمى الانصهار أيضًا بالاندماج ، وتسمى الطاقة المطلوبة لإحداث هذا التغيير في الحالة حرارة الاندماج أو المحتوى الحراري للانصهار. لكي يتحول الثلج إلى ماء سائل ، تكون حرارة الانصهار 6.01 كيلو جول / مول. الذوبان والتسامي هما عمليتان ماصتان للحرارة والتجميد عملية طاردة للحرارة. عندما تتغير مادة من حالة إلى أخرى ، يحدث تغير في الطاقة داخل النظام. لانصهار النظام يتناقص ، لذلك يجب توفير الطاقة لزيادة عشوائية الجزيئات. لتجميد الجزيئات تصبح أكثر ترتيبًا ، لذلك يتم فقدان الطاقة من النظام.

التجميد والذوبان هو تغيير الحالة من سائل إلى صلب ومن صلب إلى سائل. تحدث أي مادة كيميائية نقية عند درجة حرارة معينة ، وهو نفس الشيء بالنسبة للتجميد والذوبان.

أنظر أيضا الروابط الكيميائية والخصائص الفيزيائية العناصر الكيميائية التبخر الأعطال والكسور التضاريس الجليدية الأنهار الجليدية الزجاج رفع الجليد وتحصين الجليد الجليد


طقس الطيران

التبخر والتكثيف والتسامي والتجميد والذوبان هي تغيرات في الحالة. التبخر هو تحويل الماء السائل إلى بخار ماء غير مرئي. التكثيف هو العملية العكسية. التسامي هو تغيير الجليد مباشرة إلى بخار الماء ، أو بخار الماء إلى جليد ، متجاوزًا الحالة السائلة في كل عملية. ينتج الثلج أو بلورات الجليد عن تسامي بخار الماء مباشرة إلى الحالة الصلبة. نحن جميعًا على دراية بعمليات التجميد والذوبان.

الحرارة الكامنة

أي تغيير في الحالة ينطوي على معاملة حرارية بدون تغيير في درجة الحرارة. يوضح الشكل 35 التبادلات الحرارية بين الدول المختلفة. يتطلب التبخر طاقة حرارية تأتي من أقرب مصدر حرارة متاح. تُعرف هذه الطاقة الحرارية باسم & ldquolatent heat of vaporizing، & rdquo وإزالتها تبرد المصدر الذي تأتي منه. مثال على ذلك تبريد جسمك بتبخر العرق.

F IGURE 35. المعاملات الحرارية عندما يتغير الماء. تشير الأسهم الزرقاء إلى التغييرات التي تمتص الحرارة. تظل الحرارة الممتصة مخفية ، أو & ldquolatent & rdquo حتى يحدث تغيير عكسي. تظهر الأسهم الحمراء التغييرات التي تطلق الحرارة الكامنة إلى المناطق المحيطة. يحدث التبادل الحراري عندما تتغير حالة الماء حتى عندما لا يكون هناك تغيير في درجة الحرارة. تلعب هذه التبادلات الحرارية أدوارًا مهمة في قمع التغيرات في درجات الحرارة وفي تطوير عدم الاستقرار.

ماذا تصبح هذه الطاقة الحرارية التي يستخدمها التبخر؟ لا يمكن إنشاء الطاقة أو إتلافها ، لذا فهي مخفية أو مخزنة في بخار الماء غير المرئي. عندما يتكثف بخار الماء إلى ماء سائل أو يتصاعد مباشرة إلى الجليد ، فإن الطاقة المستخدمة في الأصل في التبخر تظهر مرة أخرى كحرارة ويتم إطلاقها في الغلاف الجوي. هذه الطاقة هي & ldquolatent heat & rdquo وهي مهمة جدًا كما نتعلم في فصول لاحقة. يتضمن الذوبان والتجميد تبادل حرارة الانصهار & ldquolatent & rdquo بطريقة مماثلة. الحرارة الكامنة للاندماج أقل بكثير من حرارة التكثيف والتبخر ، ومع ذلك ، يلعب كل منهما بطريقته الخاصة دورًا مهمًا في طقس الطيران.

عندما يصبح الهواء مشبعًا ، يبدأ بخار الماء بالتكثف على أقرب سطح متاح. ما هي الأسطح الموجودة في الغلاف الجوي والتي قد يتكثف عليها بخار الماء؟

نواة التكثيف

لا يكون الغلاف الجوي نظيفًا تمامًا أبدًا ، فوفرة من الجسيمات الصلبة المجهرية المعلقة في الهواء هي أسطح تكثيف. هذه الجسيمات ، مثل الملح والغبار والمنتجات الثانوية للاحتراق هي & ldquocondensation nuclei. & rdquo بعض نوى التكثيف لها تقارب مع الماء ويمكن أن تحفز التكثيف أو التسامي حتى عندما يكون الهواء مشبعًا تقريبًا ولكن غير مشبع تمامًا.

عندما يتكثف بخار الماء أو يتصاعد على نوى التكثيف ، تبدأ جزيئات السائل أو الجليد في النمو. ما إذا كانت الجسيمات سائلة أو جليدية لا تعتمد كليًا على درجة الحرارة. قد يكون الماء السائل موجودًا في درجات حرارة أقل من درجة التجمد.

مياه شديدة البرودة

التجميد معقد وغالبًا ما تتكثف قطرات الماء السائلة أو تستمر في درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية. عندما تصطدم بجسم مكشوف ، فإن التأثير يؤدي إلى التجمد. يمكن أن يؤدي التجميد الناتج عن تأثير الماء المبرد فائق البرودة إلى تثليج الطائرات.

غالبًا ما تكون قطرات الماء فائقة البرودة بكثرة في السحب عند درجات حرارة تتراوح بين 0 درجة مئوية و 15 درجة مئوية تحت الصفر مع كميات متناقصة في درجات الحرارة الباردة. عادة ، في درجات حرارة أقل من & ناقص 15 درجة مئوية ، يكون التسامي سائدًا وقد تكون السحب والضباب في الغالب بلورات ثلجية بكمية أقل من الماء فائق التبريد. However, strong vertical currents may carry supercooled water to great heights where temperatures are much colder than &minus15° C. Supercooled water has been observed at temperatures colder than &minus40° C.

DEW AND FROST

During clear nights with little or no wind, vegetation often cools by radiation to a temperature at or below the dew point of the adjacent air. Moisture then collects on the leaves just as it does on a pitcher of ice water in a warm room. Heavy dew often collects on grass and plants when none collects on pavements or large solid objects. These more massive objects absorb abundant heat during the day, lose it slowly during the night, and cool below the dew point only in rather extreme cases.

Frost forms in much the same way as dew. The difference is that the dew point of surrounding air must be colder than freezing. Water vapor then sublimates directly as ice crystals or frost rather than condensing as dew. Sometimes dew forms and later freezes however, frozen dew is easily distinguished from frost. Frozen dew is hard and transparent while frost is white and opaque.

To now, we have said little about clouds. What brings about the condensation or sublimation that results in cloud formation?


Show students what happens when dry ice is placed in water.

Place a piece of dry ice in water and then add a little dish detergent or show the video Dry Ice in Water.

Expected results

Bubbles will form and a misty white fog will be produced. Since the water is much warmer than the dry ice, energy is transferred from the water to the dry ice, causing it to change from a solid to a gas and bubble through the water. After detergent is added, a mound of bubbles will form.

Students will be curious about all of the fog coming out of the cup. Tell them that some water changes to water vapor within the bubbles of carbon dioxide gas and then condenses. This causes fog within the bubbles which escapes when the bubble pops.

You saw that the dry ice sublimates very quickly in water. What could you do to make dry ice sublimate even faster? There are several ways to make dry ice sublimate faster. One option is to put the dry ice in hot water.

Place a piece of dry ice in ¼ cup of cold water and another piece in ¼ cup of hot water. Or show the video Dry Ice in Hot and Cold Water.

Expected results:

Much more fog will be produced from the cup with hot water.

Tell students that more fog is produced when dry ice is placed in hot water because the transfer of energy and sublimation happens faster. This causes the fog to be produced at a faster rate.


شاهد الفيديو: Change of State. Matter. Physics. FuseSchool (شهر اكتوبر 2021).