Αλλαγές φάσης της ύλης (Μεταβάσεις φάσης)

Μια αλλαγή φάσης ή μετάβαση φάσης είναι μια αλλαγή μεταξύ στερεών, υγρών, αέριων και μερικές φορές καταστάσεων πλάσματος της ύλης. Οι καταστάσεις της ύλης διαφέρουν ως προς την οργάνωση των σωματιδίων και την ενέργειά τους. Οι κύριοι παράγοντες που προκαλούν αλλαγές φάσης είναι οι αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση. Στη μετάβαση φάσης, όπως το σημείο βρασμού μεταξύ υγρών και αέριων φάσεων, οι δύο καταστάσεις της ύλης έχουν πανομοιότυπες ελεύθερες ενέργειες και είναι εξίσου πιθανό να υπάρχουν.

Ακολουθεί μια λίστα με τις βασικές αλλαγές φάσης μεταξύ στερεών, υγρών, αερίων και πλάσματος. Υπάρχουν έξι αλλαγές φάσεων μεταξύ στερεών, υγρών και αερίων και οκτώ αλλαγές φάσης εάν συμπεριλάβετε το πλάσμα. Υπάρχουν πρόσθετες αλλαγές φάσης εάν εξερευνήσετε τη φυσική ή τη μεταλλουργία της συμπυκνωμένης ύλης.

Λίστα αλλαγών φάσης

Ακολουθεί μια λίστα με τις αλλαγές φάσης της ύλης.

1. Τήξη (Στερεό → Υγρό)
2. Κατάψυξη (Υγρό → Στερεό)
3. Ατμοποίηση ή εξάτμιση (Υγρό → Αέριο)
4. Συμπύκνωση (Αέριο → Υγρό)
5. Εναπόθεση (Αέριο → Στερεό)
6. Εξάχνωση (Στερεό → Αέριο)
7. Ιοντισμός (Αέριο → Πλάσμα)
8. Απιονισμός ή ανασυνδυασμός (Πλάσμα → Αέριο)

Αλλαγές φάσεων για καταστάσεις ύλης

Ένας άλλος τρόπος για να μάθετε τις αλλαγές φάσης είναι να τις συσχετίσετε με την αρχική κατάσταση της ύλης:

• Στερεά :Ένα στερεό μπορεί να λιώσει σε υγρό ή να εξαχνωθεί σε αέριο.
• Υγρό :Ένα υγρό μπορεί να παγώσει σε στερεό ή να εξατμιστεί σε αέριο.
• Αέριο :Ένα αέριο μπορεί να εναποτεθεί σε ένα στερεό, να συμπυκνωθεί σε υγρό ή να ιονιστεί στο πλάσμα.
• Πλάσμα :Το πλάσμα μπορεί να απιονιστεί ή να ανασυνδυαστεί για να σχηματίσει αέριο. Θυμηθείτε ότι το πλάσμα είναι σαν αέριο, εκτός από το ότι τα σωματίδια είναι ακόμη πιο μακριά και ιονίζονται.

Παραδείγματα αλλαγών φάσης

• Λήξη :Ο στερεός πάγος λιώνει σε υγρό νερό.
• Πάγωμα :Το παγωμένο νερό το μετατρέπει από υγρό σε στερεό πάγο.
• Ατμοποίηση :Ένα παράδειγμα εξάτμισης είναι η εξάτμιση του αλκοόλ εντριβής από το δέρμα στον αέρα.
• Συμπύκνωση :Ένα καλό παράδειγμα συμπύκνωσης είναι ο σχηματισμός δρόσου από υδρατμούς στον αέρα.
• Κατάθεση :Ο παγετός είναι γκριζόλευκος παγετός που σχηματίζεται σε καθαρό, κρύο καιρό όταν οι υδρατμοί εναποτίθενται ως πάγος. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η εναπόθεση ατμών αργύρου στο γυαλί για να σχηματιστεί ένας ασημένιος καθρέφτης.
• Εξάχνωση :Ο ξηρός πάγος υφίσταται εξάχνωση για να μετατραπεί από στερεό διοξείδιο του άνθρακα απευθείας σε αέριο διοξείδιο του άνθρακα. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η μετάβαση από τον πάγο απευθείας σε υδρατμούς μια κρύα, θυελλώδη ημέρα του χειμώνα.
• Ιοντισμός :Όταν ενεργοποιείτε ένα παιχνίδι με μπάλα πλάσματος, τα ευγενή αέρια μέσα ιονίζονται από ένα ηλεκτρικό φορτίο και γίνονται πλάσμα. Το σέλας είναι ένα άλλο παράδειγμα ιονισμού.
• Απιονισμός ή ανασυνδυασμός :Ο κεραυνός είναι ένα παράδειγμα πλάσματος. Μετά από ένα χτύπημα κεραυνού, τα ιόντα αζώτου τελικά πλησιάζουν μεταξύ τους και χάνουν το φορτίο τους για να γίνουν N₂ αέριο.

Γιατί συμβαίνουν οι αλλαγές φάσης

Οι περισσότερες αλλαγές φάσης συμβαίνουν εξαιτίας μιας αλλαγής στην ενέργεια του συστήματος. Η αύξηση της θερμοκρασίας δίνει στα άτομα και τα μόρια περισσότερη κινητική ενέργεια, βοηθώντας τα να σπάσουν τους δεσμούς και να απομακρύνονται περισσότερο. Ομοίως, η μείωση της θερμοκρασίας επιβραδύνει τα σωματίδια και διευκολύνει την απόκτηση άκαμπτης δομής. Η αύξηση της πίεσης αναγκάζει τα σωματίδια μαζί, ενώ η μείωση της πίεσης τα αφήνει να απομακρύνονται το ένα από το άλλο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα διάγραμμα φάσης για να προβλέψετε εάν μια ουσία θα είναι στερεή, υγρή ή αέρια σε έναν δεδομένο συνδυασμό θερμοκρασίας και πίεσης. Η ύλη πρέπει να ιονιστεί για να γίνει πλάσμα. Έτσι, μπορείτε να αυξήσετε τη θερμοκρασία για να σχηματίσετε ιόντα, αλλά η μείωση της πίεσης δεν παράγει αυτόματα πλάσμα ακόμα κι αν φτάσετε μέχρι το κενό.

Αναφορές

• Blundell, Stephen J.; Katherine M. Blundell (2008). Έννοιες στη Θερμική Φυσική . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856770-7.
• IUPAC (1997). «Μετάβαση φάσης». Σύνοψη Χημικής Ορολογίας (2η έκδ.) (το «Χρυσό Βιβλίο»). ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook
• Jaeger, Gregg (1 Μαΐου 1998). «Η Ταξινόμηση Ehrenfest των Μεταβάσεων Φάσεων:Εισαγωγή και Εξέλιξη». Αρχείο για την Ιστορία των Ακριβών Επιστημών . 53 (1):51–81. doi:10.1007/s004070050021