Zmeny skupenstva látok

Rozlišujeme 4 skupenstva látok a to pevné, kvapalné, plynné a plazma(jonizovaný plyn). Keď má sústava v rovnovažnom stave vo všetkých častiach rovnaké fyzikálne a chemické vlastnosti nazýva sa fáza. Fáza je napr. skupenstvo látky, alebo rôzne krýštalické štruktúry tej istej látky. Prechod z jednej fázy do druhej sa nazýva fázový prechod. Fázové prechody sú tiež zmeny skupenstva látok.

Topenie je prechod z pevného skupenstva do kvapalného, ktorý nastáva pri istej teplote za istého tlaku. Teplota, pri ktorej tento prechod nastáva sa nazýva teplota topenia. Ak sa teleso z kryštalickej látky s hmotnosťou(m) a teplotou(t) premení na kvapalinu s tou istou teplotou prijme skupenské teplo topenia(). Skupenské teplo topenia je charakteristická veličina pre jednotlivé látky.

=(J)

Merné skupenské teplo topenia()



=(J.)

Tuhnutie je proces, pri ktorom kvapalina mení svoje skupenstvo na pevnú látku pri istej teplote, ktorá sa rovná teplote topenia a pri tom odvzdáva svojmu okoliu skupenské teplo tuhnutia, ktoré je rovné .

Pevné amorfné látky nemajú stálu teplotu topenia.

Z hľadiska molekulovej fyziky prebieha topenie asi takto:

Zohrievaním získava pevná kryšt. l. energiu. Táto energia spôsobuje rozkmitanie sa častíc v kryšt. štruktúre a tým sa zväčšujú stredné vzdialenosti medzi nimi. Keďže rastú stredné vzdialenosti, rastie aj potenciálna energia, a teda aj celková vnútorná energia. To znamená, že pri teplote topenia je vnútorná energia kvapalnej látky vyššia ako vnútorná energia kryšt. l.

Kryštalizácia je vlastne opak topenia, teda kvapalina odovzdáva energiu pričom mení skupenstvo na pevné. Ak teda kvapalina dosiahne istú teplotu, v našom prípade teplotu tuhnutia začínajú sa v kvapaline tvoriť kryštalizačné jadrá. časom sa tieto jedrá spájajú a vytvárajú kryštalickú štruktúru látky.

Topenie je stav pevnej látky, ktorý je závislý na vonkajšej teplote a tlaku. U väčšiny látok sa zvýšením tlaku zvyšuje aj teplota topenia, ale sú aj látkyu kde to je naopak napr. ľad. Graf závislosti teploty topenia od tlaku sa nazýva krivka topenia.



Obe krivky zčínajú v bode A čo je najnižšia hodnota tlaku a prísušnej teploty pri ktorej je kvapalina a pevná látka ešte v rovnováhe. Všetky ostatné body sú hodnoty tlaku a príslušnej teploty, kedy sú kvapalné a pevné skupenstvo danej látky v rovnováhe. Látky ktoré pri zvyšovaní tlaku zvyšujú aj svoju teplotu topenia , pri topení svoj objem zväčšujú a pri tuhnutí zmenšujú. U látok, ktoré pri zvyšovaní tlaku znižujú svoju teployu topenia, pri topení svoj objem zmenšujú a pri tuhnutí zväčšujú.

Sublimácia je priamy prechod látky z pevného skupenstva do plynného a desublimácia je opačný proces. Merné skupenské teplo sublimácie()



kde je skupenské teplo sublimácie

Ak sa v uzavretej nádobe vytvorí rovnovažný stav medzi parou a pevnou látkou, hovoríme o nasýtenej pare. Závislosť tlaku nasýtenej pary od teploty vyjadruje sublimačná krivka. Body tejto krivky sú hodnoty tlaku nasýtenej pary a k nemu príslušnej teploty kedy je nasýtená para a pevná látka v rovnováhe. Sublimačná krivka saa končí v bode A kde sa začína krivka topenia.



Vyparovanie je proces zmeny kvapalného skupenstva na plynné. Tento proces však prebieha pri každej teplote. Ak chceme vypariť kvapalinu, musí kvapalina prijať skupenské teplo vyparovania()



kde je merné skupenské teplo vyparovania

Var je proces, pri ktorom vyparovanie nastáva aj vo vnútri kvapaliny. Teplota, za ktorej nastáva var pri istých vonkajších podmienkach sa nazýva teplota varu. Opačný dej k vypaovaniu sa nazýva kondenzácia.

Tlak nasýtenej pary nezávisí pri stálej teplote od objemu pary, ale so zvyšujúcou sa teplotou stúpa. Graf závislosti tlaku nasýtenej pary od teploty sa nazýva krivka nasýtenej pary. Body tejto krivky zodpovedajú stavu nasýtenej pary a kvapaliny, ktoré sú navzájom v rovnováhe. Táto krivka má dva hraničné body a to bod A a bod K. Bod A prislúcha najmenšej možnej hodnote tlaku a teploty kedy sú kvapalina a nasýtená para v rovnováhe. Bod K je hraničným bodom od ktorého mizne rozhranie medzi nasýtenou parou a kvapalinou a nazýva sa kritický bod.

Spojením krivky topenia, sublimačnej krivky a krivky nasýtenej pary pre jednu látku získavame fázový diagram. Každy bod fázového diagramu určuje istý stav látky pri zvolenej teplote a prislúchajúcom tlaku. Bod, v ktorom sa všetky krivky stretajú sa nazýva trojný bod . V tomto bode môže byť látka vo všetkých troch skupenstvách.

Fázový diagram rozdeľje plochu na tri časti I,II,III, pričom v prvej časti sa látka nachádza v pevnom skupenstve v druhej časti v kvapalnom a v tretej časti v plynnom skupenstve, ktoré sa nazýva prehriata para. Prehriata para je taká para, ktorá má menší tlak a hustotu ako nasýtená para.