Фазовые переходы

Вещества обычно существуют в одной из трех фаз:твердой, жидкой или газообразной. Переход из одной фазы в другую существенно меняет порядок и степень удержания молекул. Молекулы переходят между фазами, когда их внутренняя энергия позволяет им находиться в другом состоянии.

Это зависит от таких факторов, как межмолекулярные силы в более конденсированном состоянии и давление, оказываемое на вещество. Температура является отражением внутренней энергии, поэтому точки фазовых переходов часто описываются в терминах температуры при определенном давлении. Например, сравните воду и ацетон.

В то время как вода имеет сильные водородные связи, молекулы ацетона проявляют слабые диполь-дипольные силы. Из-за более сильных сил притяжения требуется больше тепла для превращения воды в пар. Это объясняет, почему при любом давлении точка кипения ацетона ниже, чем у воды.

Фазовые переходы происходят отдельно для каждой молекулы, поэтому во время перехода фазы сосуществуют. Пока переход большей части вещества не завершен, температура не меняется, даже если тепло подводится к веществу или забирается от него. Аналогичное явление наблюдается при подводе тепла к воде.

Температура воды повышается, пока не достигнет точки кипения, при которой сосуществуют две фазы жидкость и газ. Дополнительный нагрев не увеличивает температуру жидкой воды выше точки кипения;вместо этого он только вызывает более быстрое кипение. Изменение энергии, необходимое для того, чтобы один моль вещества полностью претерпел этот переход без изменения температуры, называется молярной теплотой или молярной энтальпией такого перехода.

Если вещество поглощает тепло, чтобы преодолеть переход, энтальпия перехода положительна, что делает переход эндотермическим процессом. Переходы, при которых вещество отдает тепло, имеют отрицательные значения энтальпии, что делает такие переходы экзотермическими. Если вещество удерживается в точке перехода в замкнутой системе, противоположные переходные процессы достигнут состояния динамического равновесия.