Oletko koskaan miettinyt, miksi jää sulaa vedeksi tai vesi kiehuu höyryksi? Mikä aiheuttaa nämä muutokset aineen tilassa? Vastaus on lämpötila. Lämpötila on mitta siitä, kuinka kuuma tai kylmä jokin on, ja se vaikuttaa aineen fysikaalisiin ominaisuuksiin. Tässä artikkelissa tutkimme, miten lämpötila liittyy aineen fysikaaliseen muutokseen ja mitä tapahtuu, kun aine muuttuu kiinteästä nestemäiseksi, nesteestä kaasuksi tai päinvastoin.
Mikä on fyysinen muutos. ?
Fysikaalinen muutos on muutos aineen ulkonäössä tai muodossa, mutta ei sen kemiallisessa koostumuksessa. Esimerkiksi kun leikkaat omenan viipaleiksi, muutat sen muotoa ja kokoa, mutta se on silti omena. Fysikaalinen muutos voi sisältää myös aineen tilan muutoksen, kuten sulamisen, jäätymisen, höyrystymisen, kondensoitumisen, sublimoitumisen tai laskeuman. Aineen olomuodon muutos tapahtuu, kun aine muuttuu kiinteästä nestemäiseksi, nesteestä kaasuksi tai kaasusta kiinteäksi.
Miten lämpötila vaikuttaa aineen tilaan?
Aineen aineen tila riippuu siitä, kuinka nopeasti sen molekyylit liikkuvat ja kuinka tiiviisti ne ovat pakattu yhteen. Lämpötila vaikuttaa molempiin näihin tekijöihin. Lämpötila liittyy molekyylien kineettiseen energiaan, joka on liikkeen energia. Kun lämmität ainetta, lisäät sen kineettistä energiaa, mikä tarkoittaa, että sen molekyylit liikkuvat nopeammin ja kauemmas toisistaan. Kun jäähdytät ainetta, vähennät sen kineettistä energiaa, mikä tarkoittaa, että sen molekyylit liikkuvat hitaammin ja lähemmäs toisiaan.
Aineen aineen tila riippuu myös sen molekyylien välisistä molekyylien välisistä voimista, jotka ovat nähtävyyksistä, jotka pitävät heidät yhdessä. Eri aineilla on erilaiset molekyylien väliset voimat, jotka määräävät, kuinka paljon kineettistä energiaa ne tarvitsevat muuttaakseen tilaa. Esimerkiksi vedessä on vahvoja molekyylien välisiä voimia, joita kutsutaan vetysidoksiksi, mikä tekee sen molekyylien erottamisen vaikeammaksi kuin muiden nesteiden.
Kun aineen kineettinen energia on tarpeeksi korkea voittamaan sen molekyylien väliset voimat, se muuttaa tilaansa.. Esimerkiksi kun lämmität jäätä, lisäät sen kineettistä energiaa, kunnes se saavuttaa sulamispisteensä, joka on lämpötila, jossa se muuttuu kiinteästä nesteeksi. Kun lämmität vettä, lisäät sen kineettistä energiaa, kunnes se saavuttaa kiehumispisteen, joka on lämpötila, jossa se muuttuu nesteestä kaasuksi.
Mitä tapahtuu tilanmuutoksen aikana?
Tilanmuutoksen aikana aine imee tai vapauttaa energiaa ympäristöstään tai ympäristöönsä. Tätä energiaa kutsutaan piileväksi lämmöksi, joka on energiamäärä, joka tarvitaan aineen yhden gramman tilan muuttamiseen muuttamatta sen lämpötilaa. Esimerkiksi kun jää sulaa veteen 0°C:ssa, se imee ympäristöstään 334 joulea energiaa grammaa kohden. Tätä energiaa käytetään murtamaan molekyylien väliset voimat, jotka pitävät jääkiteitä yhdessä. Kun vesi höyrystyy höyryksi 100°C:ssa, se imee ympäristöstään 2260 joulea energiaa grammaa kohden. Tätä energiaa käytetään voittamaan molekyylien väliset voimat, jotka pitävät vesimolekyylit yhdessä.
Päinvastoin tapahtuu, kun aine muuttaa tilansa kaasusta nesteeksi tai nestemäisestä kiinteäksi. Se vapauttaa piilevää lämpöä ympäristöönsä muodostaessaan molekyylien välisiä sidoksia. Esimerkiksi kun höyry tiivistyy vedeksi 100°C:ssa, se vapauttaa ympäristöönsä 2260 joulea energiaa grammaa kohden. Kun vesi jäätyy jääksi 0°C:ssa, se vapauttaa ympäristöönsä 334 joulea energiaa grammaa kohden.
Johtopäätös
Lämpötila liittyy aineen fysikaaliseen muutokseen, koska se vaikuttaa sen molekyylien kineettistä energiaa ja molekyylien välisiä voimia. Kun aine muuttaa tilan kiinteästä nesteeksi tai nesteestä kaasuksi, se absorboi piilevää lämpöä ympäristöstään, kun se katkaisee molekyylien välisiä sidoksia. Kun aine muuttaa tilan kaasusta nesteeksi tai nestemäisestä kiinteäksi, se vapauttaa piilevää lämpöä ympäristöönsä muodostaessaan molekyylien välisiä sidoksia.