Materia kan existera i ett av flera olika tillstånd, inklusive ett gas -, flytande eller fast tillstånd. Mängden energi i molekyler av materia bestämmer materiens tillstånd.

• en gas är ett tillstånd av materia där atomer eller molekyler har tillräckligt med energi för att röra sig fritt. Molekylerna kommer i kontakt med varandra endast när de slumpmässigt kolliderar.
• en vätska är ett tillstånd av materia där atomer eller molekyler ständigt är i kontakt men har tillräckligt med energi för att hålla förändrade positioner i förhållande till varandra.
• ett fast ämne är ett tillstånd av materia där atomer eller molekyler inte har tillräckligt med energi för att röra sig. De är ständigt i kontakt och i fasta positioner i förhållande till varandra.

Följande är tillståndsändringarna:

• Om värme tillsätts till ett ämne, såsom vid smältning, förångning och sublimering, är processen endoterm. I detta fall ökar värmen hastigheten på molekylerna som får dem att röra sig snabbare (exempel: fast till vätska; vätska till gas; fast till gas).
• Om värme avlägsnas från ett ämne, såsom vid frysning och kondensation, är processen exoterm. I detta fall minskar värmen molekylernas hastighet vilket gör att de rör sig långsammare (exempel: vätska till fast; gas till vätska). Dessa förändringar frigör värme till omgivningen.
• mängden värme som behövs för att ändra ett prov från fast till flytande skulle vara densamma för att vända från vätska till fast. Den enda skillnaden är riktningen för värmeöverföring.

övning \(\PageIndex{1}\)

Märk var och en av följande processer som endoterm eller exoterm.

1. kondensering av vattenånga
2. guldsmältning

svar

a. exoterm

b. endoterm

en fasförändring är en fysisk process där ett ämne går från en fas till en annan. Vanligtvis sker förändringen när man lägger till eller tar bort värme vid en viss temperatur, känd som smältpunkten eller kokpunkten för ämnet. Smältpunkten är temperaturen vid vilken ämnet går från ett fast ämne till en vätska (eller från en vätska till en fast substans). Kokpunkten är den temperatur vid vilken ett ämne går från en vätska till en gas (eller från en gas till en vätska). Fasförändringens natur beror på värmeöverföringens riktning. Värme som går in i ett ämne ändrar det från ett fast ämne till en vätska eller en vätska till en gas. Avlägsnande av värme från ett ämne ändrar en gas till en vätska eller en vätska till en fast substans.

två viktiga punkter är värda att betona. Först vid ett ämnes smältpunkt eller kokpunkt kan två faser existera samtidigt. Ta vatten (H2O) som ett exempel. På Celsius-skalan har H2O en smältpunkt på 0 C C och en kokpunkt på 100 C C. Vid 0 C C kan både de fasta och flytande faserna av H2O samexistera. Men om värme tillsätts smälter en del av den fasta H2O och förvandlas till flytande H2O. Om värme avlägsnas händer det motsatta: en del av vätskan H2O förvandlas till fast H2O. en liknande process kan inträffa vid 100 kb C: tillsats av värme ökar mängden gasformig H2O, medan avlägsnande av värme ökar mängden flytande H2O (figur \(\PageIndex{1}\)).

andra, som visas i Figur \(\PageIndex{1}\), ändras inte temperaturen för ett ämne eftersom ämnet går från en fas till en annan. Med andra ord är fasförändringar isotermiska (isotermisk betyder ”konstant temperatur”). Återigen, överväga H2O som ett exempel. Fast vatten (is) kan existera vid 0 kg C. Om värme tillsätts till IS vid 0 kg C, ändrar en del av den fasta fasen för att göra vätska, vilket också är vid 0 kg C. Kom ihåg att de fasta och flytande faserna av H2O kan samexistera vid 0 kg C. Först efter att allt fast ämne har smält till vätska ändrar tillsatsen av värme ämnets temperatur.

för varje fasförändring av ett ämne finns det en karakteristisk mängd värme som behövs för att utföra fasförändringen per gram (eller per mol) material. Fusionsvärmen (Asihfus) är den mängd värme per gram (eller per mol) som krävs för en fasförändring som inträffar vid smältpunkten. Förångningsvärmen (Cihvap) är den mängd värme per gram (eller per mol) som krävs för en fasförändring som sker vid kokpunkten. Om du känner till det totala antalet gram eller mol av material, kan du använda den för att bestämma den totala värme som överförs för smältning eller stelning med hjälp av dessa uttryck:

\

där \(n\) är antalet mol och \(SICH_{fus}\) uttrycks i energi/mol eller

\

där \(m\) är massan i gram och \(SICH_{fus}\) uttrycks i energi/gram.

för kokning eller kondensation, använd dessa uttryck:

\

där \(n\) är antalet mol) och \(CIKH_{vap}\) uttrycks i energi/mol eller

\

där \(m\) är massan i gram och \(CIKH_{vap}\) uttrycks i energi/gram.

Kom ihåg att en fasförändring beror på värmeöverföringens riktning. Om värmeöverföringar i, fasta ämnen blir vätskor, och vätskor blir fasta ämnen vid smältning och kokpunkter, respektive. Om värme överförs stelnar vätskor och gaser kondenseras till vätskor. Vid dessa punkter finns inga temperaturförändringar som återspeglas i ovanstående ekvationer.

tabell \(\PageIndex{1}\) listar fusions-och förångningsvärmen för vissa vanliga ämnen. Notera enheterna på dessa kvantiteter; när du använder dessa värden i problemlösning, se till att de andra variablerna i din beräkning uttrycks i enheter som överensstämmer med enheterna i de specifika heaten eller fusions-och förångningsvärmen.