ما هي تغيرات الحالة الفيزيائية الطاردة للطاقة

من

تغيرات

الحالة الفيزيائية الطاردة للطاقة

توجد المواد في ثلاثة حالات، وهي إما الحالة السائلة أو الصلبة أو الغازية.

والتغيير الفيزيائي  هو نوع من التغيير يتم فيه تغيير شكل المادة من حالة لأخرى ولكن المادة نفسها لا تتحول إلى مادة أخرى، وقد يتغير حجم أو شكل المادة ، ولكن لا يحدث تفاعل كيميائي.

ومن أهم ما يميز التغيرات الفيزيائية أنها قابلة للعكس، على سبيل المثال عندما يذوب الثلج ليتحول إلى ماء، يمكن تجميده مرة أخرى ليتحول إلى الحالة الصلبة، وهذا أحد

المعايير

التي نميز بها بين التغير الكيميائي والتغير الفيزيائي، حيث أن التغير الكيميائي يغير من تركيب المادة ويؤدي لتكوين مادة جديدة واحدة على الأقل ولها خصائص جديدة عن المادة الأصلية.[1]

ومن أمثلة التغيرات الفيزيائية:

• الغليان
• التكثيف
• الذوبان
• التجميد أو التصلب [2]

لاحظ أن ببعض المواد توجد في الحالات الثلاثة في الطبيعة تحت الظروف العادية، مثل

الماء

الذي يوجد في شكل بخار ماء وماء وجليد في الطبيعة.

والتغيرات الفيزيائية في حالة المادة تحدث عادة تحت تأثير إضافة طاقة أو انتزاع طاقة من المادة، ولذلك فإن بعض التغيرات الفيزيائية تكون طاردة للطاقة، وبعضها يكون ماصة للطاقة.

من التغيرات الفيزيائية الطاردة للطاقة:

التجمد

التجمد أو التصلب هو مرحلة انتقالية يتحول فيها السائل إلى مادة صلبة عندما تنخفض درجة حرارته (يطرد حرارة) إلى درجة التجمد أو أقل منها، وتتجمد جميع السوائل المعروفة باستثناء الهيليوم ، عندما تكون درجة الحرارة منخفضة بدرجة كافية للتجمد.

(يبقى الهيليوم السائل سائلاً عند الضغط الجوي حتى عند الصفر المطلق، ولا يمكن تجميده إلا تحت ضغط أعلى من الضغط الجوي).

وبالنسبة لمعظم المواد فإنها تتجمد عند نفس درجة الانصهار، وتتجمد معظم السوائل ومنها الماء عن طريق عملية التبلور لتكوين مادة صلبة بلورية منتظمة الشكل.

وتكون درجة تجمد الماء صفر تقريبًا عندما يكون الضغط الجوي يساوي واحد، وهي نفس درجة تجمد الماء عند الظروف العادية.[3]

كيف يحدث التجمد

يفقد الماء الحرارة (يطرد طاقة)، وبالتالي تفقد جسيماته طاقتها الحركية وتقل سرعتها، ويصبح انزلاق الجزيئات حول بعضها البعض أقل، وعندما تفقد كمية كافية من الطاقة الحركية تصبح الروابط الهيدروجينية الموجودة بين جزيئات الماء ثابتة ومواقعها متجمدة، وبالتالي تتحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

التكاثف

التكاثف هو أحد العمليات التي يتحول عندها الغاز أو البخار إلى سائل.

كيف يحدث التكاثف:

في عملية التكاثف تفقد جسيمات بخار الماء  مقدار ثابت من الطاقة، فتقل سرعتها، وتصبح قدرتها على تكوين الروابط الهيدروجينية بين بعضها البعض أكبر، وينتج عن تكوين الروابط طاقة حرارية، وهذا يعني تغير في حالة المادة من البخار إلى الحالة السائلة (عكس عملية التبخير).

ومثال على عملية التكاثف : تكون الصقيع على النوافذ عند ملامستها لسطح النافذة في الشتاء.

الترسب

الترسب هو عملية يتم من خلال تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة دون

المرور

بالحالة السائلة، وهي عكس عملية التسامي والذي تتحول فيه المادة من حالة صلبة لحالة غازية دون المرور بالحالة السائلة.

وهذه العملية هي التي يتم فيها السخام على جدران المداخن فتتغير من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة.

كيف تحدث عملية الترسب:

عندما تكون المادة في الحالة الغازية سوف تفقد مقدار من الطاقة الحرارية بسبب تبريد البخار، فتتقارب الجزيئات مع بعضها البعض فتتحول المادة من الحالة الغازية إلى الصلبة دون المرور بالحالة الصلبة.

تغيرات الحالة الفيزيائية الماصة للطاقة

الانصهار

الانصهار هو عملية تتغير فيها حالة لمادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، ويطلق على الانصهار أيضًا اسم الذوبان.

كيف يحدث الانصهار

يحدث الانصهار عندما تزداد الطاقة الداخلية لمادة صلبة، عادة من خلال تطبيق الحرارة أو الضغط، بحيث تصبح الجزيئات أقل تماسكًا.

على سبيل المثال عند وضع مكعب ثلج في كوب ماء، تنتقل الحرارة من

الجسم

ذو درجة الحرارة المرتفعة ( الماء)، إلى الجسم ذو درجة الحرارة المنخفضة (الثلج)، والثلج لا يستخدم الطاقة التي يمتصها لرفع درجة حرارته حتى تصل إلى درجة، لكنها تؤدي لضعف الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الثلج.

وعندما تضعف الروابط بين الجزيئات تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض، فيتحول الثلج من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

والحرارة تنتقل من أي سطح درجة حرارته أكبر إلى درجة حرارة أقل، فلو تركنا مكعب الثلج في الهواء سوف تنتقل الحرارة من الهواء إلى الثلج.

وتعرف درجة الحرارة التي تتكسر عندها القوى التي تربط جسيمات الشبكة البلورية بعضها ببعض فتتحول المادة إلى الحالة السائلة باسم “درجة انصهار المادة الصلبة المتبلورة “

ملاحظة: يصعب

تحديد

درجة انصهار المواد الصلبة غير المتبلورة بشكل دقيق، والسبب في ذلك لأنها تنصهر عادة عند درجة حرارة عادية لأن تركيبها عشوائي.

التبخر

التبخر هو إحدى التغيرات الفيزيائية الماصة للطاقة وفيه تتحول المادة من حالة سائلة إلى الحالة الغازية أو بخار، والتبخر من العمليات الحيوية في الطبيعة حيث يعد جزء هام من  دورة الماء في الطبيعة.[4]

كيف يحدث التبخر

تحدث عملية التبخر عندما تقوم السوائل بامتصاص كمية من الطاقة الحرارية، على سبيل المثال عند تسخين الماء تكتسب جزيئاته طاقة حرارية أعلى فتبتعد عن بعضها فيتبخر السائل.

التبخر السطحي

عادة ما تمتلك الجزيئات الموجودة على سطح الماء أقل من الجزيئات الموجودة بالداخل، لأن الجزيئات الداخلية تكون مرتبطة ببعضها البعض من جميع الاتجاهات، وبالتالي يتحول السائل السطحي لبخار حتى عند رجات الحرارة المنخفضة.

التبخر في وعاء مغلق والتبخر في وعاء مفتوح

تختلف عملية التبخر بين التبخر في الأوعية المغلقة عن التبخر في الأوعية المفتوحة، لكن في الوعاء المفتوح تخرج جزيئات الماء المتبخرة، أما في الوعاء المغلق فإن الجزيئات المتطايرة تتجمع فوق سطح السائل، ثم تتكثف وتعود مرة أخرى للماء.

ضغط البخار

عند  اجراء عملية التبخر في وعاء مغلق، فإن جزيئات المادة المتطايرة تصطدم بجدران الإناء، وعندما تتجمع كمية كبيرة من الجزئيات فإنها تشكل ضغط على جدران الوعاء وعلى سطح السائل، وتعرف قوة الضغط على السطح ” بضغط البخار”.