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11.6: 相变
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11.6: 相变

物质的状态取决于其粒子 (原子,分子或离子) 的顺序和排列。 粒子紧密结合在一起,通常采用一种模式。 粒子的固定位置会振动,但不会移动或挤压到邻居。 在液体中,尽管粒子的间距很近,但它们是随机排列的。 粒子的位置不固定,即他们可以随意通过邻居来占据不同的位置。 由于粒子在固体和液体状态下紧密结合,因此它们被称为冷凝状态或冷凝阶段。 在这些州,物质表现出相对强的分子间作用力。 在气体中,粒子间吸引力较弱。 气体的粒子不受邻居的限制;粒子可以自由移动,在正常情况下,可以用大距离分隔。

物质的内部能量—其所有分子的总动能—取决于浓缩阶段分子间作用力的强度和对该物质施加的压力。 物质的内部能量是气体状态中最高的,固态中最低的,液体中中等的。

相变是由物理条件 (如温度和 / 或压力) 的变化引起的,这些变化会影响分子间作用力的强度。 例如,在物质中添加热量会导致其粒子热能 (或动能) 增加,从而克服它们之间具有吸引力的分子间作用力。 当固体温度升高到粒子振动足够快,无法从固定位置移出时,固体会融化。 这种相变称为熔化,其发生点是固体的熔化点。 随着温度的进一步升高,粒子的移动速度会更快,直到它们最终进入气态。 这是汽化,其发生点是液体的沸点。

与过渡相关的相变点和能量变化取决于物质中存在的分子间作用力。 在给定压力下,分子间作用力较强的物质需要更多的能量来克服它们,因此,在较高温度下会发生相位变化。 导致一个物质的一个摩尔的完整相变 (无温度变化) 所需的能量称为该过渡的摩尔热或摩尔焓。 例如,汽化一摩尔液体所需的能量称为汽化的摩尔焓。

吸收能量产生的过渡是放热,其焓值为负。 另一方面,释放能量所发生的转换是内发性的,它们的焓值是正数。 例如,虽然汽化的摩尔焓为正,但冷凝的摩尔焓为负。

由于一种物质在相变期间通过分子从一个相向另一个分子转换,这两个相共存;尽管热量持续供应,但该物质的温度保持不变。 在散装物的过渡完成后,物质的温度会升高。

当相变发生在封闭系统中时,对向转换以相等的速率发生,从而形成动态平衡状态。

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