Halmazállapotváltozások

Alapvetően 3 halmazállapotról beszélünk. Szilárd, folyékony, légnemű anyagokat különítünk el. Gyakran előfordul, hogy egy-egy bizonyos anyagnak, bizonyos körülmények között, megváltozik a halmazállapota:

Olvadás során: egy szilárd kristályos anyaggal állandó nyomáson hőt közlünk először az anyag hőmérséklete növekedni kezd (a folyamat ezt a részét leíró egyenlet: Q=c*m*deltaT), majd egy bizonyos hőmérsékletet elérve az anyag megolvad, folyékonnyá válik. Ezt a pontot az adott anyag olvadáspontjának nevezzük. Ezen a ponton a hőmérséklete nem nő tovább, egészen addig, míg a halmazállapot változás teljesen végbe nem megy. (A folyamat ezt a részét leíró egyenlet: Q=L0*m. Ahol L0 az anyag olvadáshője, mely megmutatja, hogy mennyi hőt kell közölni az egységnyi tömegű olvadásponton lévő anyaggal, hogy az megolvadjon (mértékegysége: joule/kg.). Az olvadás folyamatánál a befektetett hő azt a munkát kell hogy fedezze, mely ahhoz szükséges, hogy a szilárd testben az egyensúlyi helyzetükhöz kötött molekulák, ionok, helyzetüket elhagyják, ezáltal a kristályszerkezet összeomoljon. Vagyis olvadás közben a molekulák potenciális energiája növekszik, míg a hőmérsékletváltozással járó szakaszokon a mozgási energiájuk nő. Ha teljesen megolvadt az anyag, akkor hőmérséklete tovább nő. Az olvadáspontot az anyagi összetétel (általánosan igaz, hogy egy anyag olvadáspontja lecsökken, ha benne valamilyen anyagot feloldunk) és a külső nyomás befolyásolja.

Ehhez fűződik a regeláció, azaz újrafagyás jelensége: ha egy fagyott szilárd testet erős nyomás ér, az megolvadhat, a nyomás lecsökkenésével a test újrafagyhat. Például a jeget átvágja a drót, mivel a nyomás miatt az megolvad, majd a nagy nyomás megszűnésével újra megfagy.

Fagyás: a halmazállapot változás megfordítható folyamat. A fagyás az olvadással ellentétes folyamat. A folyékony halmazállapotú anyagtól hőt vonunk el, így megfagy. Ebben az esetben azon hőmérsékleti pontot, amin a változás végbemegy: fagyáspontnak nevezzük, megegyezik az olvadási ponttal. A folyamat ezt a részét egy előzőhöz hasonló egyenlet adja meg: Q= Lf *m, ahol Lf a fagyáshő, mely számértékileg szintén egyezik az olvadáshővel.

Forrás: forrás során egy folyadékból, állandó nyomáson, légnemű anyag keletkezik, az eddigiekhez hasonló módon. Itt a folyadékban még meglévő kötéseket kell felszakítanunk, ehhez szükséges a közölt hő. A hőmérsékletet, amin a változás végbemegy: forráspontnak hívjuk.(Q=Lf*m, ahol Lf a forráshő) Forrás során a kötések jóval nagyobb mértékben változnak, mint a korábbiakban, ezért az anyagok forráshője is jóval nagyobb. A forráspontot is hasonló tényezők befolyásolják, mint az olvadáspontot: összetétel, nyomás. A folyadék azon a hőmérsékleten forr, amelyen a telített gőzének nyomása egyenlő a külső nyomással. Minden nyomáshoz meghatározott forráspont tartozik, ezt a gőznyomásgörbe adja meg.

Denis Papin francia fizikus alkotta meg a kuktafazék elődjét, a róla elnevezett papin fazekat, a forráspont nyomástól való függését kihasználva.

Lecsapódás: a forrással ellentétes folyamat. Q=Lf*m.

Párolgás: a folyadék légneművé válása nem csak forrás esetén következhet be. Ugyanis, a folyadék felszínével közvetlen közelségben lévő molekulák között, bármely hőmérsékleten, vannak olyanok, melyeknek a mozgási energiája elegendő ahhoz, hogy leküzdjék a kohéziós erőt. Ha a párolgás zárt térben zajlik: a folyadék addig párolog, míg a saját gőzével egyensúlyi állapotba nem kerül. Addig, míg az egyensúlyi állapot nem alakult ki, a gőzt telítetlen gőznek nevezzük. Közelítőleg igazak rájuk az ideális gázokra vonatkozó gáztörvények.

Azt a gőzt, amely a saját folyadékával egyensúlyban van, telített gőznek hívjuk. Dinamikus egyensúly áll fenn, ugyanannyi részecske jut ki a folyadékból, mint ami oda vissza. A telített gőz nyomása csak a hőmérséklettől függ. Ha a párolgás nyitott térben zajlik, akkor nem alakul ki egyensúlyi állapot. A párolgás sebessége függ a folyadék felszín nagyságától, a folyadék hőmérsékletétől, az anyagi minőségtől, külső nyomástól.

Párolgás következtében a folyadék lehűl, mivel a nagyobb energiával rendelkező részecskék távoznak el.

Hétköznapi példák párolgásra: ruhák száradása, csapadékképződés, kismedence kiszáradása, mit tom én…stb.

Szublimáció: Az a folyamat, amely során szilárd halmazállapotú anyagból folyékony halmazállapot kihagyásával, egyből légnemű anyag keletkezik.