Детальніше про фазові перетворення

Ти, напевно, помітив, що вода змінює стан — кубики льоду тануть у твоєму напої, вода перетворюється на пару під час кипіння, пара перетворюється на лід в морозильній камері. Зміни стану: плавлення, заморожування, випаровування, конденсація, сублімація та осадження, відомі як фазові перетворення. Не тільки вода може зазнавати фазових перетворень. За правильних умов всі речовини можуть змінювати стан! Згадайте масло, яке тане на гарячому тості, лаву, що перетворюється на тверду скелю, або осадження всередині димоходу. Багатьом предметам з пластику, металу та скла також властиві фазові перетворення. Щоб виготовити ці предмети, ми повинні знати, коли відбуватимуться фазові перетворення, і вміти їх контролювати. Яким чином? Стан речовини залежить від кількості енергії в ньому. Якщо ви хочете, щоб речовина змінила свій стан, потрібно додати або видалити енергію. Один із способів – через зміну температури речовини. Візьмемо, наприклад, свічку. Коли свічка горить, її температура підвищується. Енергія у вигляді тепла переноситься з палаючого фітиля до воску навколо. Ця теплота перетворюється в енергію руху в частках воску. Частки отримують кінетичну енергію. Частки починають рухатися все швидше, зв'язки між ними розриваються, і вони віддаляються одна від одної. Віск тане. Коли ти задуваєш свічку, полум'я гасне, і температура знижується. Тепло залишає віск. Частки втрачають кінетичну енергію, і їхній рух сповільнюється. Завдяки цьому часткам легше залишатися близько одна до одної і утворювати нерухомі структури. Віск знову перетворюється на тверду речовину. Коли ми додаємо чи вилучаємо тепло, температура підвищується або знижується, поки не досягне точки, де відбувається фазове перетворення. Під час фазового перетворення енергія використовується для зміни стану речовини, а не зміни температури. Температура залишається незмінною, і речовина одночасно перебуває у двох різних станах, поки фазове перетворення не буде завершене. Є дві чітко означені точки, де відбудеться фазове перетворення. Перша - це коли речовина існує і у твердому, і в рідкому стані, що відслідковується під час плавлення або замороження. Це точка плавлення. Інший - коли речовина змінює стан між рідиною і газом — під час кипіння або конденсації. Це точка кипіння. Кожній речовині потрібна різна кількість енергії аби змінити один стан на інший, тому різні речовини мають різні точки плавлення, і різні точки кипіння. Інший спосіб змінити кількість енергії в речовині — через зміни тиску. За високого тиску частки стискаються одна з одною, і змушені залишатися у наближенні одна до одної. Щоб знищити структуру або розігнати частки, потрібно більше енергії. Для більшості речовин чим вищим є тиск, тим вище буде температура плавлення і кипіння. Виняток становить лише вода — за високого тиску, лід тане за нижчої, а не вищої температури. За низькогу тиску частки можуть легко віддалятися одна від одної. Це означає: плавлення або випаровування речовини потребує менше енергії, тому точки плавлення і кипіння нижчі. Отже, регулюючи температуру і тиск, ми можемо змінити енергію речовини, і контролювати фазові перетворення — у різних речовинах, а не лише у воді!