Back to chapter

11.6:

상전이

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Phase Transitions

Languages

Share

물질은 일반적으로 고체, 액체 또는 기체의 세 상태 중 하나로 존재합니다. 한 상태에서 다른 상태로 전환하면 분자의 배열 방식과 고정되는 강도가 크게 변경됩니다. 분자들은 내부 에너지가 다른 어느 상태로 넘어갈 수 있는 상태로 되면 다른 상태들 사이에서 전환합니다.이는 더 응축된 상태의 분자간 힘의 강도 및 물질에 가해지는 압력과 같은 요인에 따라 달라집니다. 온도는 내부 에너지의 반영이므로 상태의 변환점은 종종 특정한 압력상태에서의 온도로 설명할 수 있습니다. 예를 들어 물과 아세톤을 비교해 보세요.물은 강한 수소 결합을 보이는 반면 아세톤 분자는 약한 쌍극자-쌍극자 힘을 나타냅니다. 끌어당기는 힘이 강하기 때문에 물을 증기로 만들기 위해서는 더 많은 열이 필요합니다. 이것은 주어진 압력에서 아세톤의 끓는점이 물의 끓는점보다 낮은 이유를 설명해줍니다.상 전이는 분자와 분자 사이에서 일어나기 때문에 상은 전환 중에 공존합니다. 다량의 전환이 완료될 때까지 열이 물질로 들어가거나 물질로부터 흘러나와도 온도는 변하지 않습니다. 물에 열이 가해질 때도 이와 유사한 관측결과가 이루어집니다.물의 온도는 물이 끓는점에 도달할 때까지 상승합니다. 끓는점에서는 액체와 기체의 두 상이 공존합니다. 열을 추가적으로 가해도 액체 상태의 물의 온도는 끓는점 이상으로 증가되지 않으며 그 대신, 더 빨리 끓게 됩니다.어떤 물질 일 몰이 온도의 변화 없이 완전히 상전환되는 데 필요한 에너지의 변화는 그 전환의 몰열 또는 몰 엔탈피라고 불립니다 만약 어떤 물질이 열을 흡수하여 전이된다면 전이의 엔탈피는 양성이며 흡열 과정입니다. 물질이 열을 잃는 전이는 음의 엔탈피 값을 가지므로 발열성입니다. 만약 물질이 닫힌계의 전이점에서 유지된다면 반대 전이 과정은 동적 평형 상태에 도달할 것입니다.

11.6:

상전이

고체, 액체 또는 가스 여부에 관계없이 물질의 상태는 입자 (원자, 분자 또는 이온)의 순서와 배열에 따라 달라집니다. 솔리드 팩의 파티클은 일반적으로 패턴으로 밀접하게 결합됩니다. 입자는 고정 된 위치에 대해 진동하지만 이웃을 지나 이동하거나 짜내지 않습니다. 액체에서는 입자가 밀접하게 간격을 두고 있지만 무작위로 배치됩니다. 파티클의 위치는 고정되지 않습니다- 즉, 다른 위치를 차지하기 위해 이웃을 지나 자유롭게 이동할 수 있습니다. 입자는 고체 및 액체 상태에서 함께 가깝기 때문에 응축 된 상태 또는 응축 된 단계로 지칭됩니다. 이러한 상태에서, 물질은 상대적으로 강한 분자 간 힘을 전시. 가스에서, 매력의 입자 간 힘은 약하다. 가스입자는 이웃에 의해 제약을 받지 않습니다. 입자는 자유롭게 움직일 수 있으며, 정상적인 조건에서는 먼 거리로 분리됩니다.

물질의 내부 에너지인 모든 분자의 총 운동 에너지는 응축된 단계에서 분자 간 힘의 강도와 물질에 가해지는 압력에 달려 있습니다. 물질의 내부 에너지는 기체 상태에서 가장 높으며, 고체 상태에서 가장 낮으며 액체중위입니다.

위상 전이는 온도 및/또는 압력과 같은 물리적 조건의 변화로 인해 발생하며, 이는 분자 간 힘의 강도에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 물질에 열을 첨가하면 입자의 열 에너지(또는 모션 에너지)가 증가하여 그 사이의 매력적인 분자 간 힘을 극복합니다. 온도가 상승하면 입자가 고정 된 위치에서 이동할 만큼 빠르게 진동할 때 고체가 녹습니다. 이 위상 전이를 용융이라고 하며, 발생 지점은 고체의 융점입니다. 온도가 더 높아짐에 따라 입자가 마침내 기체 상태로 빠져나갈 때까지 더 빠르게 이동합니다. 이것은 기화이며, 그것이 발생하는 지점은 액체의 비등점입니다.

단계 전이 점 및 전환과 관련된 에너지 변화는 물질에 존재하는 분자 간 힘에 의존한다. 주어진 압력에서, 더 강한 분자 간 힘을 가진 물질은 그들을 극복하기 위해 더 많은 에너지를 필요로하고, 따라서, 더 높은 온도에서 위상 변화를 겪습니다. 온도의 변화없이 물질의 한 두더지의 완전한 위상 전이를 일으키는 데 필요한 에너지는 그 전환의 어금니 열 또는 어금니 엔탈이라고합니다. 예를 들어, 액체의 한 두더지 증발에 필요한 에너지는 기화의 어금니 엔탈피라고합니다.

에너지를 흡수하여 발생하는 전환은 퇴출되며, 그 엔탈피 값은 부정적입니다. 반면에 에너지를 방출하여 발생하는 전환은 내열성이며, 이들의 엔탈피 값은 양수이다. 예를 들어, 기화의 어휘는 긍정적이지만 응축의 어휘는 부정적입니다.

물질이 분자에 의해 한 단계에서 다른 분자로 변하기 때문에, 위상 전이 도중, 2상은 공존합니다; 그리고 물질의 온도는 열의 지속적인 공급에도 불구하고 일정하게 유지됩니다. 벌크의 전환이 완료되면 물질의 온도가 상승합니다.

닫힌 시스템에서 위상 전환이 발생하면 상대 전환이 동일한 속도로 발생하여 동적 평형 상태가 됩니다.