ある状態から別の状態に変化する物質の活動は、相転移と呼ばれます。任意の要素または物質は、特定の圧力と温度の組み合わせで、ある段階から次の段階に移行できます。例えば、水が沸騰すると液体から気体に変化します。これらすべてのフェーズにおいて、経験式は、連続的な変動を伴う単なる正規関数です。ある相から次の相に移動する化合物を除いて、それらはその機能を急激に変化させます。この章では、液相、固相、気相について説明します。
状態
相転移を学習するもう 1 つの方法は、それらを物質の初期状態に関連付けることです。
- 固体は、溶けるか昇華して液体または気体になります。
- 液体は凍って固体になるか、蒸発して気体になります。
- 気体は、凍結して液体になるか、固体に落ち着くか、電離してプラズマになります。
- プラズマは、脱イオン化または再結合して別のガスを生成するガスです。プラズマはガスに似ていますが、粒子の間隔が広く、イオン化されている点が異なります。
相変化はなぜ起こるのですか?
ほとんどの相転移は、システムのエネルギーの変化によって引き起こされます。温度は原子と分子の運動エネルギーを増加させ、それらが結合を壊してバラバラになるようにします。同様に、温度を下げると粒子の速度が遅くなり、硬い構造を形成しやすくなります。粒子は、圧力を高めることによって一緒に押されますが、圧力を下げることによって離れることを可能にします.
状態図は、特定の温度と圧力での物質の状態を示します。プラズマは、イオン化された物質がイオン化されたときに形成されます。その結果、温度を上げるとイオンが形成される可能性がありますが、真空であっても圧力を下げると常にプラズマが発生するとは限りません。
相転移に影響を与える要因
- 温度:温度はコンポーネントの相を変化させる可能性があります。冷凍庫に水を入れて氷にすることはよくある例です。システムの圧力は一定のままであるため、この形態の位相シフトは等圧サイクルとして知られています。
- 圧力:圧力は、材料の相をシフトするためにも使用できます。ピストンが液体をその融点に達するまで押し込もうとすると、圧力が上昇します。その後、液体は固まります。これは、圧力が変化しても温度が一定に保たれる等温プロセスの一例です。
状態変化の種類
特定の圧力ごとに特定の温度で相転移が起こり、その後、しばしば熱の放出と吸収、およびサイズと濃度の変化が起こります。多くの状態があります:
- フリーズ
凍結とは、液体から固体への物理的状態の変化です。この方法は、実験室で野菜 (保存食) や動物性食品を保存するために使用されます。
- 沸騰中
沸騰は、物質の液相を蒸気の形に変える方法です。
- 結露
物質が気体から液体に変化する過程を凝縮と呼びます。溶液になると、溶質と溶媒の 2 つの成分があります。この方法は、これらの相反する要素を分離するのに役立ちます。
- 融解
融解は、材料を固体から液体の状態に変換します。ほとんどの場合、プロセス中に周囲から熱エネルギーを吸収します。
- 昇華
固体から気体への物質の変化は、昇華として知られています。固相と気相は、昇華段階全体で熱平衡状態で共存します。
潜熱とは?
プロセスの材料の潜熱は、材料の遷移全体で単位質量あたりに吸収または伝達される熱の量です。式は次のとおりです:
Q =mL
ここで、L は潜熱を表します。
潜熱は変換熱とも呼ばれます。その単位は cal/gm または J/kg です。
融解潜熱
固体が加熱されると、融点に達するまで温度が上昇し、その時点で変化が始まります。融点に達すると、追加の熱エネルギーは温度にほとんど影響しません。代わりに、融解として知られる固体から液体への相転移にエネルギーを提供します。融解潜熱記号 Lf は固液遷移を表します。融解プロセスを表す方程式は Q です =私 L f .
気化潜熱
気化熱は、標準大気圧で 1 モルの液体を沸点に変換するのに必要なエネルギーです。過剰な熱は、物質の相が融点で固体から液体に、または沸点で液体から気体に遷移するために必要です。アイテムの温度がこれらの段階の 1 つに達すると、アイテムは気化します。ここでは蒸発潜熱 (または蒸発エンタルピー) が使用されます。ただし、概念は融解潜熱と同じです。蒸発潜熱 (Lv) は、液体から気体への遷移を表します。式は次のとおりです:Q =私 L v
