materie kan bestaan in een van verschillende toestanden, waaronder een gas -, vloeistof-of vaste toestand. De hoeveelheid energie in moleculen van materie bepaalt de toestand van de materie.

• een gas is een toestand van materie waarin atomen of moleculen voldoende energie hebben om vrij te bewegen. De moleculen komen alleen met elkaar in contact als ze willekeurig botsen.
• een vloeistof is een toestand van materie waarin atomen of moleculen constant in contact zijn, maar genoeg energie hebben om van positie ten opzichte van elkaar te blijven veranderen.
• een vaste stof is een toestand van materie waarin atomen of moleculen niet genoeg energie hebben om te bewegen. Ze zijn voortdurend in contact en in vaste posities ten opzichte van elkaar.

Dit zijn de statuswijzigingen:

• als aan een stof warmte wordt toegevoegd, zoals bij smelten, verdampen en sublimeren, is het proces endotherm. In dit geval verhoogt warmte De snelheid van de moleculen waardoor ze sneller bewegen (voorbeelden: vast naar vloeistof; vloeistof naar gas; vast naar gas).
• indien warmte uit een stof wordt verwijderd, bijvoorbeeld bij bevriezing en condensatie, is het proces exotherm. In dit geval vermindert warmte De snelheid van de moleculen waardoor ze langzamer bewegen (voorbeelden: vloeistof naar vaste stof; gas naar vloeistof). Deze veranderingen geven warmte af aan de omgeving.
• de hoeveelheid warmte die nodig is om een monster van vast naar vloeibaar te veranderen, zou dezelfde zijn om van vloeibaar naar vast om te keren. Het enige verschil is de richting van de warmteoverdracht.

oefening \(\Paginindex{1}\)

Label elk van de volgende processen als endotherm of exotherm.

1. waterdampcondensatie
2. goudsmelting

antwoord

a. exotherm

b. endotherme

een faseverandering is een fysisch proces waarbij een stof van de ene fase naar de andere gaat. Gewoonlijk treedt de verandering op bij het toevoegen of verwijderen van warmte bij een bepaalde temperatuur, bekend als het smeltpunt of het kookpunt van de stof. Het smeltpunt is de temperatuur waarbij de stof van een vaste stof naar een vloeistof (of van een vloeistof naar een vaste stof) gaat. Het kookpunt is de temperatuur waarbij een stof van een vloeistof naar een gas (of van een gas naar een vloeistof) gaat. De aard van de faseverandering hangt af van de richting van de warmteoverdracht. Warmte gaat in een stof verandert het van een vaste stof in een vloeistof of een vloeistof in een gas. Het verwijderen van warmte uit een stof verandert een gas in een vloeistof of een vloeistof in een vaste stof.

twee belangrijke punten zijn het vermelden waard. Ten eerste kunnen bij het smeltpunt of kookpunt van een stof twee fasen tegelijkertijd bestaan. Neem water (H2O) als voorbeeld. Op de Celsius schaal heeft H2O een smeltpunt van 0°C en een kookpunt van 100 ° C. Bij 0°C kunnen zowel de vaste als de vloeibare fase van H2O naast elkaar bestaan. Echter, als warmte wordt toegevoegd, zal een deel van de vaste H2o smelten en veranderen in vloeibaar H2O. Als warmte wordt verwijderd gebeurt het tegenovergestelde: een deel van de vloeibare H2o verandert in vaste H2o. een vergelijkbaar proces kan plaatsvinden bij 100°C: warmte toevoegen verhoogt de hoeveelheid gasvormige H2O, terwijl warmte verwijderen de hoeveelheid vloeibare H2o verhoogt (figuur \(\Paginindex{1}\)).

ten tweede, zoals weergegeven in Figuur \(\Pagindex{1}\), verandert de temperatuur van een stof niet naarmate de stof van de ene fase naar de andere gaat. Met andere woorden, faseveranderingen zijn Isotherm (Isotherm betekent “constante temperatuur”). Nogmaals, beschouw H2O als een voorbeeld. Vast water (ijs) kan bestaan bij 0°C. Als warmte wordt toegevoegd aan ijs bij 0°C, sommige van de vaste veranderingen fase om vloeistof te maken, die ook bij 0°C. Vergeet niet, de vaste en vloeibare fasen van H2O kunnen naast elkaar bestaan bij 0°C. pas nadat alle vaste stof is gesmolten in vloeistof verandert de toevoeging van warmte de temperatuur van de stof.

voor elke faseverandering van een stof is er een karakteristieke hoeveelheid warmte nodig om de faseverandering per gram (of per mol) materiaal uit te voeren. De fusiewarmte (ΔHfus) is de hoeveelheid warmte per gram (of per mol) die nodig is voor een faseverandering die optreedt bij het smeltpunt. De verdampingswarmte (ΔHvap) is de hoeveelheid warmte per gram (of per mol) die nodig is voor een faseverandering die optreedt bij het kookpunt. Als u het totale aantal gram of mol materiaal kent, kunt u de ΔHfus of de ΔHvap gebruiken om de totale warmte te bepalen die wordt overgedragen voor smelten of stollen met behulp van deze uitdrukkingen:

\

waarbij \(n\) het aantal mol is en \(ΔH_{fus}\) wordt uitgedrukt in energie/mol of

\

waarbij \(m\) de massa in gram is en \(ΔH_{fus}\) wordt uitgedrukt in energie/gram.

gebruik voor het koken of condenseren deze uitdrukkingen:

\

waarin \(n\) het aantal mol is) en \(ΔH_{vap}\) wordt uitgedrukt in energie/mol of

\

waarin \(m\) de massa in gram is en \(ΔH_{vap}\) wordt uitgedrukt in energie / gram.

onthoud dat een faseverandering afhankelijk is van de richting van de warmteoverdracht. Bij warmteoverdracht worden vaste stoffen vloeibaar, en vloeistoffen worden vaste stoffen bij respectievelijk het smelt-en kookpunt. Als warmte overdracht, vloeistoffen stollen, en gassen condenseren in vloeistoffen. Op deze punten zijn er geen veranderingen in temperatuur zoals weergegeven in de bovenstaande vergelijkingen.

tabel \(\Pagindex{1}\) geeft een overzicht van de warmte van fusie en verdamping voor sommige veel voorkomende stoffen. Let op de eenheden op deze hoeveelheden; wanneer u deze waarden gebruikt bij het oplossen van problemen, zorg er dan voor dat de andere variabelen in uw berekening worden uitgedrukt in eenheden die overeenkomen met de eenheden in de specifieke heats of de heats van fusie en verdamping.