Fase Perubahan

Phase Diagram: Bagian 1

Sebuah diagram fase adalah cara yang umum untuk mewakili berbagai fase dari substansi dan kondisi di mana setiap fase ada.

Sebuah diagram fase adalah sebidang tekanan (P atau ln P) Vs suhu (T) Di mana garis-garis pada diagram membagi plot ke berbagai daerah. Setiap daerah mewakili fase tertentu dan menggambarkan kondisi (T,P) Di bawah yang ada pada kesetimbangan ini. Kecuali titik (T,P) Terletak pada garis, hanya satu tahap mungkin berada dibawah kondisi pada kesetimbangan.

Garis yang memisahkan daerah menggambarkan kondisi di mana dua fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan; situasi ini merupakan fase mengubah. Garis yang menggambarkan antarmuka solid-gas diberikan oleh

ln P = -

ΔHsub R T

+

ΔSsub R

di mana ΔH_sub dan ΔS_sub adalah standar entalpi dan entropi sublimasi. Serupa menggambarkan persamaan garis yang memisahkan cairan dan gas daerah.

Sebuah diagram fase ditampilkan di bawah. Substansi khusus ini memiliki tiga fase: padat, cair, dan gas. Meskipun suatu zat hanya memiliki satu gas cair dan satu fase, adalah mungkin untuk memiliki beberapa fasa padat sesuai dengan pengaturan yang berbeda dan orientasi molekul dalam padat.

Phase Diagram: Bagian 2

Fase Transisi

Sebuah diagram fase dapat digunakan untuk menentukan apakah perubahan tertentu dalam kondisi menghasilkan perubahan fasa. Informasi dalam sebuah diagram fase juga memungkinkan penetapan titik didih, titik leleh, dan sublimasi poin.

Sebuah diagram fase untuk suatu zat yang ditampilkan di bawah. Di sebelah kanan adalah sebuah silinder yang berisi sampel murni dari substansi. Sampel dibatasi dalam silinder oleh penghalang, dan tekanan pada penghalang dapat dikendalikan. Suhu sampel juga dapat dikendalikan.

Warna sampel sampel menunjukkan fase.

• Hijau menunjukkan padat fase
• Biru menunjukkan cair fase
• Merah menunjukkan gas fase

Dalam percobaan ini sampel diadakan di sebuah keadaan awal (T, P) Identifed sebagai Point Sebuah. Sepanjang percobaan yang tekanan pada penghalang ini diadakan di nilai konstan 3,00 atm (ln (P/ atm) = 1,099). Menyesuaikan kontrol suhu sistem. Posisi penghalang (dan dengan demikian volume yang ditempati oleh substansi) akan berubah sebagai tanggapan terhadap perubahan suhu untuk mempertahankan tekanan konstan (isobarik kondisi).

Hati-hati suhu bervariasi dari Point Sebuah Point B dan mengamati perilaku sampel dalam silinder. Saat posisi dalam diagram fase ditandai oleh ungu dot. Semakin lama "Heat Contoh" atau "Keren Contoh" tertekan tombol (tombol mouse diadakan bawah), semakin cepat sampel dipanaskan atau didinginkan.

1. Apa fase stabil pada Point Sebuah?
2. Apa fase stabil pada Point B?
3. Apakah ada suhu (pada tekanan 3,00 atm) di mana transisi fase terjadi? Jika demikian, apa transisi (fusi, sublimasi, atau penguapan)?
4. Apa adalah temperatur di mana transisi fase ini terjadi?
5. Apa suhu normal sublimasi? (Ingat bahwa mengacu normal P = 1 atm.)

Fase Diagram: Bagian 3

Fase Transisi disebabkan oleh Perubahan Tekanan

Sama seperti perubahan suhu dapat mendorong perubahan fasa, perubahan tekanan dapat menghasilkan efek yang sama.

Dalam latihan ini, efek perubahan tekanan pada suhu konstan (isotermal kondisi) digambarkan. Sekali lagi sampel dibatasi dalam sebuah silinder dengan penghalang yang dapat bergerak. Peningkatan tekanan akan menekan sampel, menghasilkan volume yang lebih rendah dan kepadatan lebih tinggi. Sebaliknya, penurunan tekanan akan menghasilkan perluasan sampel, menghasilkan volume yang lebih tinggi dan kerapatan yang lebih rendah. Selama perubahan fasa, volume (dan densitas) dari sampel perubahan, tetapi tidak ada perubahan dalam tekanan.

Warna sampel sampel menunjukkan fase.

• Hijau menunjukkan padat fase
• Biru menunjukkan cair fase
• Merah menunjukkan gas fase

Dalam percobaan ini sampel diadakan di sebuah keadaan awal (T, P) Identifed sebagai Point Sebuah. Sepanjang percobaan yang suhu sampel dijaga pada nilai konstan dari 220 K. Heat daun atau memasuki sampel dari sekitarnya yang diperlukan untuk mempertahankan suhu ini. Menyesuaikan kontrol volume sampel. Posisi penghalang (dan dengan demikian volume yang ditempati oleh zat) akan berubah seiring dengan tekanan pada perubahan sistem tetap menjaga suhu konstan.

Bervariasi dengan hati-hati volume sampel untuk bergerak dari Point Sebuah Point B dan mengamati perilaku sampel dalam silinder. Saat posisi dalam diagram fase ditandai oleh ungu dot. Semakin lama "Meningkatkan Volume" atau "Turunkan Volume" tertekan tombol (tombol mouse ditekan), semakin cepat volume meningkat atau menurun. (Sebenarnya perubahan volume mungkin terlihat. Kompresi dari fase terkondensasi memerlukan tekanan yang sangat tinggi, dan bahkan dalam ruang hampa ekspansi diabaikan fase terkondensasi terjadi.)

1. Apa fase stabil pada Point Sebuah?
2. Apa fase stabil pada Point B?
3. Pada tekanan apa tidak kondensasi (penguapan) terjadi (pada 220 K)?
4. Pada tekanan yang tidak membeku (mencair) terjadi (pada 220 K)?
5. Fase yang memiliki kepadatan lebih tinggi: padat atau cair? Apa ciri diagram fase menyediakan jawaban atas pertanyaan ini? Bagaimana penampilan diagram fase berbeda jika fase lain (cair atau padat) yang lebih padat? Apakah ini alasan yang sama berlaku untuk menentukan kepadatan relatif padat dan gas dan fase dari fase cair dan gas?

Fase Diagram: Bagian 4

Triple Point

Sebuah baris pada diagram fase mewakili kondisi (T,P) Di mana dua fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan, yaitu, fase transisi terjadi.

Inspeksi dari diagram fase di bawah ini menunjukkan sebuah persimpangan dari garis-garis sedemikian rupa sehingga satu titik, yang disebut titik tripel, terletak pada tiga baris. Suhu dan tekanan pada titik tripel dilambangkan oleh T₃ dan P₃, Masing-masing. Pada titik tripel tiga fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan; demikian, fusi, penguapan, dan sublimasi ekuilibria semua terjadi bersamaan.

Diagram fase yang sama dan silinder yang berisi sampel ditunjukkan di bawah ini. Seperti sebelumnya, padat fase hijau warna, yang cair adalah biru, dan gas adalah merah. Sebuah ungu dot menandai kondisi saat ini.

1. Points Sebuah dan B terletak di sepanjang garis dengan tekanan isobarik P₃. Pilih "Titik A" atau "Point B" tombol untuk membangun kondisi pada baris ini. Gunakan "Heat Contoh" dan "Keren Contoh" tombol untuk bergerak sepanjang garis ini melalui titik tripel. Mengamati bagaimana ketiga fase ini dapat ditemukan pada titik tripel.

2. Gunakan kontrol volume yang sangat sedikit menambah atau mengurangi tekanan sehingga kondisi saat ini terletak tepat di luar garis menghubungkan Points Sebuah dan B. Sekali lagi panas atau dingin sampel untuk menghasilkan perubahan fasa. Bagaimana perilaku dalam kasus ini berbeda dari yang diamati di bagian sebelumnya?

3. Points C dan D terletak di sepanjang garis isotermal dengan temperatur T₃. Pilih "Point C" atau "Point D" tombol untuk membangun kondisi pada baris ini. Gunakan "Meningkatkan Volume" atau "Penurunan Volume" tombol untuk bergerak sepanjang garis ini melalui titik tripel. Perhatikan bahwa garis biru (mewakili reaksi fusi) meningkat hampir vertikal, tetapi dibelokkan ke kanan. Jadi setelah melewati titik tripel sementara penurunan volume, fase kandang padat. Perhatikan kesamaan antara perilaku ini dan bahwa dalam Bagian 1.

4. Apa nilai-nilai T₃ dan P₃ zat ini?

Fase Diagram: Bagian 5

Critical Point

Baris (biru) Untuk solid-ke-cair transisi (reaksi fusi) memanjang dari titik tripel untuk sewenang-wenang tekanan tinggi. Baris ini berakhir di diagram fase karena mencapai batas atas diagram. Demikian pula, garis (hijau) Untuk solid-to-gas transisi (sublimasi reaksi) memanjang dari titik tripel untuk sewenang-wenang tekanan rendah.

Garis bagi cair-to-gas transisi (reaksi penguapan), bagaimanapun, adalah berbeda. Memanjang dari titik tripel ke titik kritis, di mana berakhir. Itu kritis, Ditetapkan oleh suhu kritis T_c dan tekanan kritis P_c, Menandai titik di mana tidak mungkin lagi untuk membedakan antara cair dan gas.

Fitur apa suatu zat memungkinkan kita untuk menentukan fase?

Sebuah padat adalah unik karena itu kaku, tetapi memiliki bentuk yang tetap. Sebuah zat dalam fasa gas atau cairan tidak berlaku bentuknya.

Properti apa yang memungkinkan seseorang untuk membedakan antara gas dan cairan?

Baik dalam fase cair dan gas molekul zat bebas untuk bergerak relatif terhadap satu sama lain. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa dalam cairan molekul yang masih diperlukan untuk menjadi relatif dekat satu sama lain, karena ada energi yang tersedia tidak mencukupi untuk sepenuhnya mengatasi antar atraksi yang menarik molekul bersama-sama. Dalam molekul gas dapat bergerak bebas dan semena-mena dapat jauh dari satu sama lain; ada cukup energi untuk benar-benar mengatasi antar atraksi.

Jika fase cair dan gas berada dalam kesetimbangan, adalah mungkin untuk membedakan dua fase, karena memiliki fase cair kepadatan lebih tinggi daripada fase gas. Akibatnya fase cair tenggelam ke dasar wadah dan fase gas menempati sisa volume di atas cairan. (Perilaku ini digambarkan dalam silinder tertutup animasi yang digunakan dalam Diagram Fase halaman.)

Apa efek meningkatkan suhu cairan?

Peningkatan suhu menghasilkan peningkatan energi kinetik yang tersedia untuk molekul, memungkinkan mereka untuk mengatasi antar pasukan ke tingkat yang lebih besar dan bergerak lebih jauh terpisah. Perilaku ini mengurangi kepadatan cairan.

Apa efek meningkatkan tekanan gas?

Tekanan gas dalam meningkat dengan mengurangi volume gas dapat menempati (sehingga menghasilkan lebih banyak molekul-dinding tabrakan dan sehingga tekanan yang lebih tinggi). Molekul dipaksa untuk menempati ruang yang jauh lebih kecil, menghasilkan kepadatan lebih tinggi.

Jika kedua suhu dan tekanan menjadi cukup besar, fase cair dan fase gas memiliki kerapatan yang sama dan pada titik ini menjadi mustahil untuk membedakan antara dua fase. Yang menjadi batasan untuk perilaku ini adalah suhu kritis (T_c) dan tekanan kritis (P_c). Jika T > T_c dan P > P_c, super-kritis kondisi ada dan sampel dikatakan seorang super-kritis fluida.

Di bawah kondisi super-kritis, molekul-molekul dalam gas dipaksa untuk berada di dekat satu sama lain (sama seperti dalam cair) tidak karena ada cukup energi untuk mengatasi daya tarik antarmolekul tetapi karena ada cukup ruang untuk molekul untuk pergi dari satu sama lain (volume wadah terlalu kecil).

Dalam rangka untuk lebih menghargai efek ini, hati-hati memeriksa diagram fase dan sampel dalam silinder yang ditunjukkan di bawah ini. Warna mencerminkan sampel kepadatan sampel. Itu merah warna mewakili kerapatan yang relatif kecil (karakteristik dari gas) dan biru warna mewakili kerapatan yang relatif tinggi (karakteristik dari cairan).

1. Atur kondisi Point Sebuah (sampel akan berada dalam keadaan cair). Secara bertahap panas sampel, sehingga bergerak sepanjang yang isobarik garis dari Point Sebuah untuk B. Jalan ini melintasi garis fase, dan dengan demikian sebuah transisi fase diamati. Sementara menyeberangi garis fase Anda akan melihat baik cair dan gas tahapan dalam silinder pada waktu yang sama.
2. Reset kondisi Point Sebuah (sampel akan sekali lagi berada dalam keadaan cair).
3. Secara bertahap mengurangi volume (meningkatkan tekanan) dari sampel, sehingga bergerak sepanjang garis isotermal dari Point Sebuah untuk D. Apakah Anda mengamati fase transisi selama proses ini? Apa efek bergerak dari Point Sebuah untuk D?
4. Secara bertahap panas sampel, sehingga bergerak sepanjang garis dari Point isobarik D untuk C. Apakah Anda mengamati fase transisi selama proses ini? Apa efek bergerak dari Point D untuk C?
5. Bertahap meningkatkan volume (penurunan tekanan) dari sampel, sehingga bergerak sepanjang garis isotermal dari Point C untuk B. Melakukan perubahan ini sangat bertahap. Apakah Anda mengamati fase transisi selama proses ini? Ingatlah bahwa transisi fasa terjadi ketika dua fase yang berbeda hidup berdampingan pada kesetimbangan (yang akan diwakili oleh dua warna yang berbeda daerah dalam silinder). Apa efek bergerak dari Point C untuk B?

Pengamatan Anda harus menunjukkan bahwa gerakan dari Point Sebuah langsung ke Point B (melalui garis isobarik) menghasilkan perubahan fasa. Seseorang dapat memulai di titik yang persis sama (Point Sebuah) Dan perjalanan ke tujuan yang persis sama (Point B) Melalui rute Sebuah untuk D untuk C untuk B tanpa menghadapi sebuah fase transisi! Jelaskan bagaimana hal ini mungkin.

6. Apa nilai-nilai T_c dan P_c zat ini?

7. Di mana titik-titik, Sebuah, B, CAtau D, Adalah zat yang super-kritis fluida?