10 Παραδείγματα Φυσικής Αλλαγής

Στη χημεία, μια φυσική αλλαγή είναι μια αλλαγή στη μορφή ή τη δομή μιας χημικής ένωσης, αλλά όχι στη χημική της σύνθεση. Ένα αντικείμενο υφίσταται μια φυσική αλλαγή όταν υπάρχει κάποια αλλαγή στη φυσική του δομή ή διατάξεις, αλλά όχι στη χημική του σύνθεση. Μια φυσική αλλαγή αντιτίθεται σε μια χημική αλλαγή, η οποία περιλαμβάνει το σπάσιμο και το σχηματισμό νέων χημικών δεσμών. Τις περισσότερες φορές, μια φυσική αλλαγή έχει ως αποτέλεσμα μια αλλαγή στις φυσικές ιδιότητες και τη συμπεριφορά ενός αντικειμένου, όπως το σχήμα, το μέγεθος, ο όγκος χρώματος, η πυκνότητα και η υφή του. Τις περισσότερες φορές, μια φυσική αλλαγή είναι το αποτέλεσμα της χωρικής αναδιάταξης των ατόμων που αποτελούν το αντικείμενο.

Ένα απλό παράδειγμα φυσικής αλλαγής είναι ένα παγάκι που λιώνει. Όταν ένα παγάκι λιώνει, τα συστατικά του μόρια αλλάζουν τη διάταξή τους και αποκτούν κάποιες ιδιότητες, όπως ροή, ή χάνουν κάποιες ιδιότητες, όπως καθορισμένο σχήμα. Η χημική σύνθεση των μορίων του νερού (H₂ Ο) να μην αλλάξει? εξακολουθούν να αποτελούνται από 2 άτομα υδρογόνου και 1 άτομο οξυγόνου. αλλά η φυσική τους διάταξη το κάνει. Η αλλαγή στις ιδιότητες του νερού είναι συνέπεια της αλλαγής στη διάταξη των μορίων του. Το νερό γίνεται ρευστό και χάνει τα καθορισμένα σχήματά του επειδή τα μόριά του δεν είναι πλέον στερεωμένα σε μια άκαμπτη χωρική διάταξη.

Αντιπαραθέστε αυτό με μια χημική αλλαγή, όπως η ηλεκτρόλυση, όπου ένα μόριο νερού χωρίζεται στα ατομικά του συστατικά, το οξυγόνο και το υδρογόνο. Μια τέτοια αλλαγή είναι χημική, καθώς περιλαμβάνει το σπάσιμο ή το σχηματισμό χημικών δεσμών. Οι χημικές αλλαγές περιλαμβάνουν αλλαγή της χημικής σύνθεσης της ουσίας.

Οι φυσικές αλλαγές που μπορούν να αναιρεθούν ονομάζονται αναστρέψιμες . Ένα παγάκι που έχει λιώσει μπορεί να παγώσει ξανά, επομένως το λιώσιμο είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία. Οι περισσότερες φυσικές αλλαγές είναι αναστρέψιμες σε κάποιο βαθμό, αν και η αναστρεψιμότητα μιας αλλαγής δεν αποτελεί προϋπόθεση για να είναι φυσική αλλαγή. Ορισμένες χημικές αλλαγές είναι επίσης αναστρέψιμες.

10 Παραδείγματα Φυσικών Αλλαγών

10. Μηχανική Παραμόρφωση

Η μηχανική παραμόρφωση είναι ίσως το απλούστερο παράδειγμα φυσικής αλλαγής. Η μηχανική παραμόρφωση περιλαμβάνει μια αλλαγή στη χωρική διάταξη των ατόμων ή των μορίων με την εφαρμογή μιας μηχανικής δύναμης. Το τσαλάκωμα ενός κομματιού χαρτιού, το σπάσιμο ενός ποτηριού κρασιού ή το τρύπημα μιας μεταλλικής πλάκας με ένα σφυρί είναι όλα παραδείγματα μηχανικών παραμορφώσεων που προκύπτουν από την εφαρμογή κάποιας εξωτερικής δύναμης.

Ορισμένα αντικείμενα και διατάξεις είναι πολύ πιο ανθεκτικά στη μηχανική παραμόρφωση από άλλα. Στην πραγματικότητα, αυτό ακριβώς εννοούμε όταν λέμε κάτι σκληρό. Είναι ανθεκτικό στην αλλαγή της μοριακής ή ατομικής του δομής από μηχανική δύναμη. Στο πλαίσιο των επιστημών των υλικών, η τάση για ένα υλικό να παραμορφώνεται μόνιμα υπό μηχανική καταπόνηση ονομάζεται ερπυσμός . Οι περισσότερες παραμορφώσεις είναι αναστρέψιμες. ένα βαθούλωμα σε ένα μέταλλο μπορεί να αναιρεθεί, αλλά το αν μπορούν πραγματικά να αναιρεθούν είναι ένα πρακτικό ζήτημα που εξαρτάται από το πλαίσιο.

9. Θέρμανση και Ψύξη

Η κινητική μοριακή θεωρία της θερμότητας δηλώνει ότι το φαινόμενο της θερμότητας είναι πανομοιότυπο με τη μοριακή κίνηση. Δηλαδή, η θερμοκρασία μιας ουσίας σχετίζεται άμεσα με τη μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων που την αποτελούν. Από αυτό προκύπτει ότι μια μεταβολή της θερμοκρασίας αντιστοιχεί σε μεταβολή της μέσης κινητικής ενέργειας των σωματιδίων. Εφόσον η κινητική ενέργεια είναι το αποτέλεσμα της κίνησης των σωματιδίων, προκύπτει ότι η αύξηση της θερμοκρασίας σημαίνει ότι τα σωματίδια κινούνται πιο γρήγορα. Έτσι, η θέρμανση είναι ένα αντικείμενο είναι ένα είδος φυσικής αλλαγής που χαρακτηρίζεται από τα σωματίδια του αντικειμένου που κινούνται όλο και πιο γρήγορα. Ομοίως, όσο πιο κρύο είναι ένα αντικείμενο, τόσο πιο αργά κινούνται τα μόριά του.

8. Αλλαγές Φάσης

Μια φάση είναι μια φυσικά διακριτή μορφή ύλης, όπως στερεό, υγρό ή αέριο. Μια ουσία μπορεί να αλλάζει μεταξύ των καταστάσεων της ύλης ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση. Αυτές οι αλλαγές ονομάζονται αλλαγή φάσης . Όλες οι αλλαγές φάσης είναι φυσικές αλλαγές. Είναι φυσικοί γιατί περιλαμβάνουν αλλαγή στη διάταξη των μορίων ή των ατόμων και όχι αλλαγή στους χημικούς δεσμούς. Για τις βασικές τρεις καταστάσεις της ύλης. στερεό, υγρό και αέριο, τα ονόματα για τις μεταβάσεις είναι:εξάτμιση (υγρό σε αέριο), συμπύκνωση (αέριο σε υγρό), τήξη (στερεό σε υγρό), κατάψυξη (υγρό σε στερεό), εναπόθεση (αέριο σε στερεό) και εξάχνωση (στερεό σε αέριο). Υπάρχει επίσης η κατάσταση του πλάσματος της ύλης, ένα υπερθερμασμένο αέριο από μετατοπισμένα φορτισμένα σωματίδια. Η αλλαγή φάσης από αέριο σε πλάσμα ονομάζεται ιονισμός και η αλλαγή φάσης από πλάσμα σε αέριο ονομάζεται ανασυνδυασμός. Όλες οι αλλαγές φάσης είναι αναστρέψιμες διαδικασίες.

Κάθε κατάσταση της ύλης συνδέεται με μερικές χαρακτηριστικές ιδιότητες. Τα στερεά τείνουν να έχουν καθορισμένα σχήματα και όγκους και είναι ανθεκτικά στην παραμόρφωση. Τα υγρά είναι ρευστά, δεν έχουν καθορισμένο σχήμα και είναι ασυμπίεστα. Τα αέρια είναι επίσης ρευστά και δεν έχουν καθορισμένο σχήμα ή όγκο. Τα αέρια μπορούν εύκολα να συμπιεστούν και να διασταλούν, σε αντίθεση με τα στερεά και τα υγρά.

7. Ανάμιξη

Ένα μείγμα αναφέρεται σε έναν φυσικό συνδυασμό δύο ή περισσότερων διακριτών χημικών ουσιών. Σε ένα μείγμα, οι διάφορες χημικές ουσίες διατηρούν την ταυτότητά τους, επομένως ένα μείγμα είναι το αποτέλεσμα της συνένωσης των μορίων διαφορετικών ουσιών. Τα μείγματα μπορεί να είναι ομοιογενή (ομοιόμορφα κατανεμημένα) ή ετερογενή (άνισα κατανεμημένα).

Ένα μείγμα μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη φυσική αλλαγή των δύο ουσιών. Για παράδειγμα, οι χρωστικές είναι χημικές ουσίες που παράγουν χρώματα αντανακλώντας συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός. Δύο χρωστικές ουσίες μπορούν να αναμειχθούν φυσικά μεταξύ τους για να αλλάξουν το εύρος των κυμάτων φωτός που αντανακλούν, δημιουργώντας έτσι μια νέα χρωστική ουσία με ξεχωριστό χρώμα. Το κόκκινο χρώμα και το μπλε χρώμα θα συνδυαστούν για να σχηματίσουν μοβ χρώμα. Το γεγονός ότι το μωβ χρώμα έχει διαφορετικό χρώμα σημαίνει μια φυσική αλλαγή.

6. Λύσεις

Ένα διάλυμα είναι το αποτέλεσμα της διάστασης μιας ιοντικής ένωσης, του διαλύτη, σε μια άλλη, του διαλύτη. Στις περιπτώσεις που ο διαλύτης είναι νερό, το διάλυμα ονομάζεται υδατικό διάλυμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η διαλυμένη ουσία είναι μια ιοντική ένωση που μπορεί να διασπαστεί σε ιόντα.

Η διάλυση μιας ιοντικής ένωσης σε έναν διαλύτη είναι ένα παράδειγμα φυσικής αλλαγής. Κατά κάποιο τρόπο, ένα διάλυμα είναι ένα ειδικό είδος μείγματος, ένα που είναι ομοιογενές και απρόσβλητο στη μηχανική διήθηση. Τα περισσότερα διαλύματα είναι διαλύματα υγρού-υγρού, αλλά είναι πιθανά διαλύματα αερίου-υγρού, υγρού-στερεού και αερίου-στερεού. Η διάλυση μιας διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη συχνά περιλαμβάνει μια φυσική αλλαγή στις ιδιότητες του διαλύτη. Η διάλυση αλατιού στο νερό, για παράδειγμα, έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του σημείου βρασμού αυτού του νερού. Η αλλαγή στις ιδιότητες είναι αποτέλεσμα της χωρικής ανάμειξης των σωματιδίων.

5. Κρυστάλλωση

Η κρυστάλλωση είναι η διαδικασία στερεοποίησης μιας ουσίας σε μια πολύ διατεταγμένη δομή γνωστή ως δομή πλέγματος. Οι δομές πλέγματος είναι εξαιρετικά διατεταγμένη περιοδική διάταξη ατόμων σε γεωμετρικά κελιά. Οι κρύσταλλοι μπορούν να σχηματιστούν από αλλαγές φάσης όπως κατάψυξη και εναπόθεση ή από υψηλή θερμοκρασία και πιέσεις.

Τα περισσότερα πολύτιμα πετράδια και άλλα κοιτάσματα ορυκτών σχηματίζονται μέσω της κρυστάλλωσης οργανικών και ανόργανων ενώσεων στον φλοιό της Γης. Τα διαμάντια, για παράδειγμα, είναι μια μορφή κρυσταλλοποιημένων ατόμων άνθρακα που έχουν λάβει μια εξαιρετικά διατεταγμένη δομή πλέγματος. Αυτή η δομή πλέγματος δίνει στο διαμάντι τις μοναδικές του φυσικές ιδιότητες. π.χ. τη σκληρότητα, τη διαύγεια, τη διαφάνεια και το χρώμα του.

4. Κράμα

Το κράμα είναι η διαδικασία ανάμειξης δύο μετάλλων μεταξύ τους ομοιόμορφα σε ορισμένες αναλογίες για να γίνει ένα κράμα. Το κράμα είναι ένα ειδικό είδος ανάμειξης στο ότι τα κράματα μετάλλων τείνουν να υιοθετούν συνεργιστικά ιδιότητες των μικτών μετάλλων. Τα κράματα διαφέρουν από τις μεταλλικές ενώσεις, καθώς τα μέταλλα που αποτελούν ένα κράμα δεν συνδέονται χημικά μεταξύ τους. Είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένα το ένα μέσα στο άλλο, αν και η ακριβής συγκέντρωση του κράματος μπορεί να διαφέρει από σημείο σε σημείο. Το κράμα χρησιμοποιείται για τη μείωση του συνολικού κόστους των υλικών, διατηρώντας παράλληλα τις επιθυμητές ιδιότητες όπως αντοχή ή ολκιμότητα, καθώς και ως ένας τρόπος για να προσδοθούν επιθυμητές ιδιότητες σε μια ποσότητα μετάλλου.

Ο χάλυβας είναι ένα απλό είδος μεταλλικού κράματος που κατασκευάζεται από επεξεργασία σιδήρου με άνθρακα. Η εισαγωγή άνθρακα μεταξύ των αλλοτροπών του σιδήρου έχει ενισχυτικό αποτέλεσμα, δίνοντας στον χάλυβα υψηλότερη αντοχή εφελκυσμού και μικρότερη ελασιμότητα από τον σίδηρο. Οι νέες φυσικές ιδιότητες του χάλυβα προκύπτουν από τη φυσική ανάμειξη άνθρακα με σίδηρο.

3. Σιδηρομαγνητισμός

Όλα τα μακροσκοπικά αντικείμενα περιέχουν ηλεκτρόνια. Μία από τις θεμελιώδεις ιδιότητες των ηλεκτρονίων είναι ότι δημιουργούν μαγνητικά δίπολα, περιοχές του χώρου που έχουν θετικό και αρνητικό τέλος. Σε ορισμένα υλικά, μικροσκοπικά μαγνητικά πεδία μπορούν να ευθυγραμμιστούν τέλεια και να έλκονται προς την ίδια κατεύθυνση, η οποία εκδηλώνεται ως μακροσκοπικό μαγνητικό πεδίο που δρα σε άλλα μαγνητικά δίπολα. Τα υλικά που διατάσσουν αυθόρμητα τα μαγνητικά τους πεδία σε μεγαλύτερο ονομάζονται σιδηρομαγνητικά και παράγουν το δικό τους μαγνητικό πεδίο. Οι μαγνήτες κουζίνας στο ψυγείο σας είναι ένα παράδειγμα σιδηρομαγνητικού υλικού.

Ορισμένα αντικείμενα, όταν εισαχθούν σε ένα μαγνητικό πεδίο, θα έχουν τα ηλεκτρόνια τους αναδιάταξη έτσι ώστε να λάβουν ένα προσωρινό μαγνητικό πεδίο. Αυτά τα υλικά που μπορούν να αναδιαταχθούν για να σχηματίσουν προσωρινό μαγνητικό πεδίο ονομάζονται παραμαγνητικά . Γενικά, τα περισσότερα υλικά που είναι σιδηρομαγνητικά ή παραμαγνητικά είναι μέταλλα, καθώς τα μέταλλα τείνουν να έχουν πολλά μη κατειλημμένα τροχιακά για να κινούνται τα ηλεκτρόνια.

2. Δεσμός υδρογόνου

Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ένα είδος εσφαλμένης ονομασίας. Δεν είναι αληθινοί χημικοί δεσμοί επειδή δεν σχηματίζονται μέσω της κοινής χρήσης ή της σύλληψης ενός ηλεκτρονίου, όπως ομοιοπολικοί ή ιοντικοί δεσμοί. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι το αποτέλεσμα της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης μεταξύ πολικών μορίων που περιέχουν υδρογόνο και άλλων μορίων που περιέχουν ηλεκτραρνητικά στοιχεία. Τα θετικά φορτισμένα άκρα υδρογόνου έλκονται στο αρνητικό άκρο άλλων μορίων, δημιουργώντας μια σφιχτή ηλεκτροστατική έλξη. Το νερό είναι μια ουσία που έχει δεσμούς υδρογόνου. Η παρουσία δεσμών υδρογόνου εξηγεί τις μοναδικές ιδιότητες του νερού, όπως το υψηλό σημείο βρασμού και την υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα.

1. Συμπυκνώματα Bose-Einstein

Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι μια κατάσταση ύλης που αποτελείται από ένα νέφος αερίου μποζονίων που ψύχεται σε θερμοκρασίες εξαιρετικά κοντά στο απόλυτο μηδέν. Αυστηρά μιλώντας, η αλλαγή ενός αερίου από ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι ένας τύπος αλλαγής φάσης, αλλά η φύση των συμπυκνωμάτων Bose-Einstein είναι τόσο περίεργη που αξίζει ιδιαίτερης προσοχής.

Όλα τα σωματίδια έχουν κυματοειδείς ιδιότητες. Όταν τα σωματίδια ψύχονται, οι κυματοειδείς ιδιότητές τους γίνονται πιο έντονες. Όταν τα σωματίδια υπερψύχονται πέρα ​​από ένα ορισμένο όριο (κλάσμα ενός βαθμού κοντά στο απόλυτο μηδέν), οι κυματοειδείς ιδιότητες των σωματιδίων γίνονται πολύ έντονες και τα κβαντικά φαινόμενα γίνονται εμφανή σε μακροσκοπική κλίμακα. Τα σωματίδια σε ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein ουσιαστικά επικαλύπτονται και σχηματίζουν ένα υπερ-κύμα που όλα μοιράζονται την ίδια κατάσταση.