Ποια στοιχεία μπορεί να έχετε ότι η αλλαγή κατάστασης απαιτεί τη χρήση της θερμικής ενέργειας θα προκάλεσε την αύξηση της θερμοκρασίας;
1. Παρατήρηση και πειραματισμός:
* πάγος τήξης: Μπορείτε να παρατηρήσετε ότι ο πάγος λιώνει όταν εφαρμόζεται θερμότητα. Εάν επρόκειτο απλώς να προσθέσετε θερμότητα σε ένα μπλοκ πάγου, η θερμοκρασία θα αυξηθεί μέχρι να φτάσει στους 0 ° C (32 ° F). Ωστόσο, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή σε αυτό το σημείο μέχρι να λιώνει όλο το πάγο. Αυτή η σταθερή θερμοκρασία υποδεικνύει ότι η θερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των μορίων του νερού, αλλάζοντας την κατάσταση από στερεό σε υγρό, αντί να αυξήσει τη θερμοκρασία.
* Νερό βρασμού: Ομοίως, όταν το νερό βράζει, η θερμοκρασία του παραμένει στους 100 ° C (212 ° F) ακόμη και με συνεχή εφαρμογή θερμότητας. Αυτό δείχνει ότι η ενέργεια χρησιμοποιείται για την αλλαγή της κατάστασης (υγρό σε αέριο) αντί για την αύξηση της θερμοκρασίας.
* κατάψυξη και συμπύκνωση: Οι αντίστροφες διαδικασίες δείχνουν επίσης αυτό. Το νερό κατάψυξης απαιτεί την αφαίρεση της θερμότητας και η συμπύκνωση του ατμού απελευθερώνει θερμότητα.
2. Θερμιδομετρία:
* Ειδική θερμική χωρητικότητα: Κάθε ουσία έχει μια συγκεκριμένη θερμική ικανότητα, η οποία είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 γραμμάρια αυτής της ουσίας κατά 1 βαθμού Κελσίου. Όταν μια ουσία υφίσταται αλλαγή κατάστασης, η απαιτούμενη θερμική ενέργεια είναι σημαντικά υψηλότερη από ό, τι θα χρειαζόταν για να αυξήσει απλώς τη θερμοκρασία της. Αυτό δείχνει ότι η ενέργεια χρησιμοποιείται για τη διάσπαση ή τη σχηματισμό δεσμών, όχι μόνο την αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων.
* Ενθαλπία σύντηξης και εξάτμισης: Αυτές οι τιμές αντιπροσωπεύουν την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να λιώσει ή να εξατμιστεί μια συγκεκριμένη ποσότητα ουσίας. Οι τιμές είναι σημαντικές, επισημαίνοντας τη μεγάλη ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για αυτές τις αλλαγές κατάστασης.
3. Επεξήγηση μοριακού επιπέδου:
* Διαμοριακές δυνάμεις: Η κατάσταση της ύλης καθορίζεται από τη δύναμη των διαμοριακών δυνάμεων (ΔΝΤ) μεταξύ των μορίων. Οι στερεές καταστάσεις έχουν ισχυρά IMF, κρατώντας τα μόρια σφιχτά μαζί. Τα υγρά έχουν ασθενέστερα ΔΝΤ, επιτρέποντας μεγαλύτερη κίνηση. Τα αέρια έχουν πολύ αδύναμα ΔΝΤ, επιτρέποντας στα μόρια να εξαπλώνονται ελεύθερα. Το σπάσιμο ή η διαμόρφωση αυτών των δεσμών απαιτεί σημαντική ενέργεια.
* Κινητική ενέργεια: Καθώς προστίθεται η θερμική ενέργεια, τα μόρια μέσα σε μια κινητική ενέργεια κέρδους ουσιών και κινούνται ταχύτερα. Κατά τη διάρκεια της αλλαγής της κατάστασης, αυτή η αυξημένη ενέργεια χρησιμοποιείται για να ξεπεραστεί τα ΔΜΣ που συγκρατούν τα μόρια μαζί.
4. Η θερμότητα σύντηξης και εξάτμισης:
* Θερμότητα σύντηξης: Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αλλαγή 1 γραμμάριο μιας ουσίας από ένα στερεό σε ένα υγρό στο σημείο τήξης του.
* Θερμότητα εξάτμισης: Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αλλαγή 1 γραμμάριο μιας ουσίας από ένα υγρό σε ένα αέριο στο σημείο βρασμού του.
Συμπέρασμα:
Τα στοιχεία υποστηρίζουν συντριπτικά την ιδέα ότι οι αλλαγές της κατάστασης απαιτούν ενέργεια που διαφορετικά θα προκαλούσε αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για να ξεπεράσει τις διαμοριακές δυνάμεις που κρατούν τα μόρια στην τρέχουσα κατάσταση τους και τους επιτρέπουν να μεταβαίνουν σε διαφορετική κατάσταση της ύλης.
