10. fejezet. Szilárd anyagok és folyadékok
- írja le, mi történik egy fázisváltás során.
- Számítsa ki a fázisváltáshoz szükséges energiaváltozást.
az anyagok megváltoztathatják a fázist-gyakran a hőmérsékletváltozás miatt. Alacsony hőmérsékleten a legtöbb anyag szilárd; a hőmérséklet növekedésével folyékonyvá válnak; magasabb hőmérsékleten még mindig gázneművé válnak.
a szilárd anyag folyadékká válásának folyamatát olvadásnak nevezzük (egy régebbi kifejezés, amelyet néha láthat, a fúzió). Az ellenkező folyamatot, a folyadék szilárdvá válását megszilárdulásnak nevezzük. Bármely tiszta anyag esetében az olvadás hőmérséklete-olvadáspontként ismert-az anyag jellemzője. Energiát igényel, hogy egy szilárd anyag folyadékká olvadjon. Minden tiszta anyagnak van egy bizonyos mennyiségű energiája, amelyre szilárd anyagról folyadékra kell váltania. Ezt az összeget nevezzük az anyag fúziós entalpiájának (vagy fúziós hőjének), amely a következőképpen jelenik meg: Enterprises. A 10.2.táblázat “fúziós Entalpiák különböző anyagokhoz” felsorol néhány Hffus értéket; feltételezzük, hogy ezek az értékek az anyag olvadáspontjára vonatkoznak. Vegye figyelembe, hogy az egység of Enterprises kilojoule per MOL, ezért tudnunk kell az anyag mennyiségét, hogy tudjuk, mennyi energiát vesz igénybe. Az Enterprises mindig pozitív számként van táblázatba foglalva. Használható azonban mind az olvasztási, mind a megszilárdulási folyamatokhoz, amennyiben szem előtt tartja, hogy az olvadás mindig endoterm (tehát a 6H pozitív lesz), míg a megszilárdulás mindig exoterm (tehát a mínusz negatív lesz).
| anyag (Olvadáspont) | Xhamsterfus (kJ / mol) |
|---|---|
| víz (0 db C) | 6.01 |
| alumínium (660 ons C) | 10.7 |
| benzol (5,5 ons) | 9.95 |
| etanol (-114,3 C)) | 5.02 |
| higany (-38,8 C)) | 2.29 |
mi az az energiaváltozás, amikor 45,7 g H2O olvad 0 6CC-nál?
megoldás
a H2o HFU-ja 6,01 kJ/mol. A mennyiségünket azonban grammegységekben adjuk meg, nem Molban, ezért az első lépés a gramm mólokká történő átalakítása a H2O moláris tömegének felhasználásával, amely 18,0 g/mol. Ezt követően használhatjuk a konverziós tényezőként a (D) D-D-D-D-D-D-D-t. Mivel az anyag olvad, a folyamat endoterm, így az energiaváltozásnak pozitív jele lesz.
jel nélkül feltételezzük, hogy a szám pozitív.
tesztelje magát
mi az energiaváltozás, amikor 108 g C6H6 5,5 kb C hőmérsékleten megfagy?
válasz
-13.8 kJ
az olvadás során az energia kizárólag az anyag fázisának megváltoztatásához vezet, nem pedig az anyag hőmérsékletének megváltoztatásához. Ezért az olvadás izotermikus folyamat, mivel az anyag ugyanazon a hőmérsékleten marad. Csak akkor, ha az összes anyag megolvad, további energia megy a hőmérséklet megváltoztatásához.
mi történik, ha egy szilárd anyag folyadékká válik? Szilárd anyagban az egyes részecskék a helyükre ragadnak, mert az intermolekuláris erőket a részecskék energiája nem tudja legyőzni. Ha több energiát szolgáltatnak (pl., a hőmérséklet emelésével) eljön egy pont, amikor a részecskéknek elegendő energiájuk van a mozgáshoz, de nincs elegendő energiájuk a szétválasztáshoz. Ez a folyékony fázis: a részecskék még mindig érintkeznek, de képesek mozogni egymás körül. Ez megmagyarázza, hogy a folyadékok miért képesek felvenni a tartályuk alakját: a részecskék mozognak, és a gravitáció hatására a lehető legkisebb térfogatot töltik meg (kivéve, ha a folyadék nulla gravitációs környezetben van-lásd a 10.16.ábrát “folyadékok és gravitáció”).
a folyadék és a gáz közötti fázisváltozás hasonlóságot mutat a szilárd és a folyadék közötti fázisváltozással. Egy bizonyos hőmérsékleten a folyadék részecskéinek elegendő energiája van ahhoz, hogy gázzá váljanak. A folyadék gázzá válásának folyamatát forrásnak (vagy párologtatásnak), míg a gáz folyadékká válásának folyamatát kondenzációnak nevezzük. A szilárd/folyadék átalakítási eljárással ellentétben azonban a folyadék/gáz átalakítási folyamatot észrevehetően befolyásolja a folyadékra gyakorolt környező nyomás, mivel a gázokat erősen befolyásolja a nyomás. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet, amelyen a folyadék gázgá válik, a forráspont a környező nyomással változhat. Ezért a normál forráspontot úgy definiáljuk, mint azt a hőmérsékletet, amelyen a folyadék gázzá változik, ha a környező nyomás pontosan 1 atm, vagy 760 torr. Eltérő rendelkezés hiányában feltételezzük, hogy a forráspont 1 atm nyomásra vonatkozik.
a szilárd / folyékony fázisváltáshoz hasonlóan a folyadék/gáz fázisváltás energiát is magában foglal. A folyadék gázzá történő átalakításához szükséges energiamennyiséget a párolgás entalpiájának (vagy a párolgás hőjének)nevezzük, amely a következőképpen jelenik meg: Mhvap. Néhány Hvap értéket a 10.3. táblázat sorol fel “különböző anyagok párolgási Entalpiái”; feltételezzük, hogy ezek az értékek az anyag normál forráspontjának hőmérsékletére vonatkoznak, amelyet a táblázat is megad. Az egység a A Hvap szintén kilojoule / MOL, ezért tudnunk kell az anyagmennyiséget, hogy tudjuk, mennyi energia van benne. Az is mindig pozitív számként van táblázatba foglalva. Használható mind a forralási, mind a kondenzációs folyamatokhoz, amennyiben szem előtt tartja, hogy a forralás mindig endoterm (tehát a 6H pozitív lesz), míg a páralecsapódás mindig exoterm (tehát a mínusz negatív lesz).
| anyag (normál forráspont) | Mhvap (kJ / mol) |
|---|---|
| víz (100 db C) | 40.68 |
| bróm (59,5 ons)) | 15.4 |
| benzol (80.1 6. o.)) | 30.8 |
| etanol (78,3 C)) | 38.6 |
| higany (357 ons)) | 59.23 |
mi az az energiaváltozás, amikor 66,7 g Br2 (g) 59,5 KB-os folyadékká kondenzálódik?
megoldás
a br2 Mhvap értéke 15,4 kJ/mol. Annak ellenére, hogy ez egy kondenzációs folyamat, továbbra is használhatjuk a számérték nak, – nek Enterprises mindaddig, amíg rájövünk, hogy energiát kell kivennünk, így a GmbH érték negatív lesz. Az energiaváltozás nagyságának meghatározásához először át kell alakítanunk a Br2 mennyiségét anyajegyekké. Ezt követően használhatjuk a konverziós faktorként a Enterprises-t.
mivel a folyamat exoterm, a tényleges érték negatív lesz: ons = -6,43 kJ.
tesztelje magát
mi az az energiaváltozás, amikor 822 g C2H5OH(ons) felforralódik a normál 78,3 ^ C forrásponton?
válasz
689 kJ
az olvadáshoz hasonlóan a forrásban lévő energia kizárólag az anyag fázisának megváltoztatásához vezet; nem az anyag hőmérsékletének megváltoztatásához vezet. Tehát a forralás is izotermikus folyamat. Csak akkor, ha az összes anyag felforrt, további energia megy a hőmérséklet megváltoztatásához.
mi történik, ha egy folyadék gázzá válik? Már megállapítottuk, hogy a folyadék egymással érintkező részecskékből áll. Amikor egy folyadék gázzá válik, a részecskék elválnak egymástól, minden részecske a maga módján halad az űrben. A gázok általában így töltik meg tartályaikat. Valójában a gázfázisban a térfogat nagy része üres tér; a térfogatnak csak körülbelül egy ezred részét veszi fel az anyag (lásd a 10.17.ábrát “folyadékok és gázok”). A gázok ezen tulajdonsága magyarázza, hogy miért lehet összenyomni őket, ezt a tényt a 6.fejezet “gázok”tárgyalja.
bizonyos körülmények között a szilárd fázis közvetlenül áttérhet a gázfázisra anélkül, hogy folyékony fázison menne keresztül, a gáz pedig közvetlenül szilárd anyaggá válhat. A szilárd-gáz változást szublimációnak, míg a fordított folyamatot lerakódásnak nevezzük. A szublimáció izotermikus, mint a többi fázisváltozás. A szublimáció során mérhető energiaváltozás következik be; ezt az energiaváltozást a szublimáció entalpiájának nevezzük, amelyet úgy ábrázolunk, mint a Argentinhsub. Az Entalpiaváltozások és a többi Entalpiaváltozás közötti kapcsolat a következő:
ΔHsub = ΔHfus + ΔHvap
Mint ilyen, ΔHsub nem mindig táblázatos, mert egyszerűen számított ΔHfus, valamint ΔHvap.
a szublimációnak számos gyakori példája van. Egy jól ismert termék-szárazjég – valójában szilárd CO2. A szárazjég azért száraz, mert szublimál, a szilárd anyag megkerüli a folyékony fázist, és egyenesen a gázfázisba megy. A szublimáció -77 Celsius-fokos hőmérsékleten történik, ezért óvatosan kell kezelni. Ha valaha is észrevette, hogy a fagyasztóban lévő jégkockák idővel egyre kisebbek lesznek, az azért van, mert a szilárd víz nagyon lassan szublimál. A “fagyasztó égése” valójában nem égés; akkor fordul elő, amikor bizonyos ételek, például a húsok, a szublimáció miatt lassan elveszítik a szilárd víztartalmat. Az étel még mindig jó, de úgy néz ki, unappetizing. A fagyasztó hőmérsékletének csökkentése lelassítja a szilárd víz szublimációját.
kémiai egyenletek használhatók a fázisváltozás ábrázolására. Ilyen esetekben elengedhetetlen a fáziscímkék használata az anyagokon. Például a jég olvadásának kémiai egyenlete folyékony víz előállítása céljából a következő:
H2O(s) 6o(6573>
nem történik kémiai változás, azonban fizikai változás zajlik.
fűtési görbék
a hőmérsékletnek a hozzáadott hőmennyiséghez viszonyított diagramját fűtési görbének nevezzük (lásd a 10.18.ábrát). Ezeket általában arra használják, hogy vizuálisan bemutassák a fázisváltozások és az entalpia közötti kapcsolatot egy adott anyag esetében.
a 10.18. ábrán a szilárd anyag kinetikus energiát nyer, következésképpen hő hozzáadásával emelkedik a hőmérséklet. Az olvadáspontnál a hozzáadott hőt a szilárd anyag vonzó intermolekuláris erőinek megtörésére használják a kinetikus energia növelése helyett, ezért a hőmérséklet állandó marad. Miután az összes szilárd anyag megolvadt, a hozzáadott hő ismét növeli a folyékony molekulák kinetikus energiáját (és hőmérsékletét) a forráspontig. A forráspontnál a hozzáadott hő ismét a vonzó intermolekuláris erők megtörésére szolgál, ahelyett, hogy kinetikus energiát szolgáltatna, és a hőmérséklet állandó marad, amíg az összes folyadék gázzá nem válik.
- Fázisváltozások történhetnek az anyag bármely két fázisa között.
- minden fázisváltozás az energia egyidejű változásával történik.
- minden fázisváltozás izotermikus.
- mi a különbség az olvadás és a megszilárdulás között?
- mi a különbség a forralás és a páralecsapódás között?
- írja le a molekuláris változásokat, amikor egy szilárd anyag folyadékká válik.
- írja le a molekuláris változásokat, amikor egy folyadék gázzá válik.
- mi az energia változás, ha 78,0 G Hg olvad -38,8 kb-on?
- mekkora az energiaváltozás, amikor 30,8 g Al megszilárdul 660 Kb-on?
- mi az energiaváltozás, amikor 111 g Br2 forr 59,5 kb-on?
- mekkora az energiaváltozás, amikor 98,6 g H2O kondenzálódik 100 KB-on?
- az alábbi állítások mindegyike helytelen. Írja át őket, hogy helyesek legyenek.
- hőmérsékletváltozások fázisváltás során.
- a folyadék gázzá válásának folyamatát szublimációnak nevezzük.
- az alábbi állítások mindegyike helytelen. Írja át őket, hogy helyesek legyenek.
- a gáz térfogata csak körülbelül 10% anyagot tartalmaz, a többi üres tér.
- a Hhsub egyenlő: Hvap.
- írja be az elemi nátrium olvadásának kémiai egyenletét.
- írja be a kémiai egyenletet a benzol megszilárdulásához (C6H6).
- írja be a kémiai egyenletet a CO szublimációjához2.
- írja be a propanol (C3H7OH) forráspontjának kémiai egyenletét.
- mi a H2o hosszúsága? (Tipp: lásd a 10.2. táblázatot ” fúziós Entalpiák különböző anyagokhoz “és a 10.3.táblázatot”párolgási Entalpiák különböző anyagokhoz”.)
- az I2-ből 60,46 kJ/mol, míg az A-ból 41,71 kJ/mol. Mi az I2 blokkja?
válaszok
- az olvadás a fázisváltozás szilárd anyagról folyadékra, míg a megszilárdulás a fázisváltozás folyadékról szilárd anyagra.
- a molekuláknak elegendő energiájuk van ahhoz, hogy egymás körül mozogjanak, de nem elég ahhoz, hogy teljesen elkülönüljenek egymástól.
- 890 J
- 10.7 kJ
-
- a hőmérséklet nem változik a fázisváltás során.
- a folyadék gázzá válásának folyamatát forrásnak nevezzük; a szilárd anyag gázzá válásának folyamatát szublimációnak nevezzük.
- ha(k) ha (k) ha (k) ha (k))
- CO2(s), CO2 (g)
- 46.69 kJ / mol