Embedded Files
Κάθε υλικό, ανάλογα με τις συνθήκες, μπορεί να βρεθεί σε μια από τις καταστάσεις της ύλης: τη στερεή, την υγρή και την αέρια. Όλα τα υλικά μπορούν να εμφανιστούν στις τρεις αυτές καταστάσεις, εκτός αν κατά τη θέρμανσή τους διασπώνται. Οι τρεις φάσεις, που χαρακτηρίζουν την ύλη, οφείλονται βασικά στις δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των ατόμων ή των μορίων που την αποτελούν.
Η χημική ένωση Η2Ο, για παράδειγμα, παρουσιάζεται στη στερεή φάση ως πάγος, στην υγρή φάση ως νερό και στην αέρια φάση ως υδρατμός.
Με τον όρο "φάσεις" (ή φυσικές καταστάσεις ή καταστάσεις της ύλης) εννοούμε τις τρεις διαφορετικές μορφές υπό τις οποίες μπορεί να βρεθεί μια ουσία στη φύση, δηλαδή τη στερεή, την υγρή και την αέρια.
Στη στερεή φάση επειδή κάθε άτομο ή μόριο κατέχει συγκεκριμένη θέση, παραμένει στη θέση αυτή λόγω της επίδρασης των γειτονικών ατόμων ή μορίων. Οι επιδράσεις από τα γειτονικά άτομα ή μόρια είναι τόσο ισχυρές, ώστε αν ένα άτομο ή μόριο απομακρυνθεί από τη θέση ισορροπίας του να επαναφέρεται στην προηγούμενή του θέση. Οι αναπτυσσόμενες αυτές δυνάμεις είναι ηλεκτροστατικές, Van der Waals, κλπ.
Ανάλογα ισχύουν και για την αέρια φάση, με τη διαφορά ότι επειδή οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων είναι σχετικά μεγάλες, οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ τους είναι μικρές. Όταν ένα πραγματικό αέριο βρίσκεται σε πολύ μεγάλη αραίωση, οι δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των μορίων είναι πολύ μικρές. Ένα αέριο χαρακτηρίζεται σαν ατμός όταν οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων γίνουν μικρές και με συμπίεση του αερίου τελικά αυτό μπορεί να υγροποιηθεί. Η υγροποίηση επιτυγχάνεται και με την ψύξη του αερίου.
Η υγρή φάση αποτελεί ενδιάμεση περίπτωση μεταξύ της στερεάς και της αέριας. Σ’ αυτή κάθε μόριο ολισθαίνει κατά μήκος των γειτονικών του, χωρίς να παύει να εφάπτεται σ’ αυτά. Οι δυνάμεις μεταξύ τους είναι ισχυρές, αλλά όχι τόσο ώστε τα μόρια να συγκρατούνται σε ορισμένες θέσεις που να οδηγούν στη στερεοποίηση.
Αλλαγές φάσης του νερού
Στο παραπάνω σχήμα έχουμε, μέσα σε ένα κύλινδρο, ένα κομμάτι πάγου θερμοκρασίας -40 °C. Ο κύλινδρος έχει κινητό έμβολο που δεν επιτρέπει την είσοδο ατμοσφαιρικού αέρα στο χώρο που βρίσκεται ο πάγος. Από την πάνω πλευρά του εμβόλου επικρατεί πίεση 1atm. Αρχίζουμε να θερμαίνουμε τον κύλινδρο και συνεχίζουμε να θερμαίνουμε χωρίς διακοπή καθ' όλη τη διάρκεια του πειράματος. Παρακολουθούμε συνεχώς με ένα θερμόμετρο τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του κυλίνδρου.
Παρατηρούμε διαδοχικά τα εξής:
Η θερμοκρασία συνεχώς ανεβαίνει μέχρι να φθάσει στους 0°C. Τότε, ο πάγος αρχίζει να τήκεται (να λιώνει). Όσο διαρκεί η τήξη του πάγου, η θερμοκρασία, στο εσωτερικό του κυλίνδρου, παραμένει σταθερά στους 0°C. Σ' όλη τη διάρκεια της τήξης συνυπάρχουν στον κύλινδρο νερό και πάγος στους 0°C.
Από τη στιγμή που ολοκληρώνεται το λιώσιμο του πάγου (κατάσταση β), η θερμοκρασία αρχίζει και πάλι να ανεβαίνει. Η άνοδος συνεχίζεται έως τους 100°C (κατάσταση γ). Από τη στιγμή αυτή και μετά, παρατηρούμε ότι εμφανίζονται φυσαλίδες ατμού μέσα στη μάζα του νερού, οι οποίες κινούνται προς τα πάνω. Πρόκειται για την ίδια ουσία (τη χημική ένωση Η2Ο) σε αέρια φάση. Το αέριο Η2Ο, που το ονομάζουμε υδρατμό, συγκεντρώνεται πάνω από το υγρό. Καθώς συμβαίνει αυτό, το θερμόμετρο δείχνει σταθερά 100 °C.
Όσο συνυπάρχουν νερό και υδρατμός, η θερμοκρασία παραμένει στους 100 °C (κατάσταση δ). Όταν όλο το νερό μετατραπεί σε ατμό, η ουσία μας βρίσκεται πλήρως σε αέρια φάση θερμοκρασίας 100 °C (κατάσταση ε).
Από τη στιγμή αυτή και μετά παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία αρχίζει πάλι να ανεβαίνει. Έχουμε πλέον ατμό θερμοκρασίας υψηλότερης από 100 °C (κατάσταση ζ).
Σημειώστε ότι το πείραμά μας έγινε υπό πίεση 1atm. Αν επικρατούσε διαφορετική πίεση, όπως θα δούμε πιο κάτω, θα καταγράφαμε διαφορετικές τιμές θερμοκρασίας κατά τις μετατροπές φάσης.
Το σε ποια φάση (φυσική κατάσταση) βρίσκεται ένα σώμα εξαρτάται όχι μόνο από τη θερμοκρασία αλλά και από την πίεση στην οποία βρίσκεται. Ο συνδυασμός πίεσης και θερμοκρασίας καθορίζει σε ποια φάση βρίσκεται ένα σώμα. Επίσης, ένα σώμα μπορεί να βρίσκεται μερικώς σε μια φάση και μερικώς σε μια άλλη. Έτσι λοιπόν, η χημική ένωση Η2Ο, σε θερμοκρασία 0°C και πίεση 1 Atm, μπορεί να υπάρχει είτε ως πάγος, είτε ως νερό, είτε ως μείγμα των δύο (νερό και πάγος).
Google Sites
Report abuse