تغيرات الحالة الفيزيائية (٢)

تقوم فكرة تغيرات الحالة الفيزيائية على تحول المادة من حالة إلى أخرى عند إضافة الطاقة إليها أو انتزاعها منها. تتغير حالات المادة، كالصلبة والسائلة والغازية، بفعل تأثير درجات الحرارة والضغط، وهو ما يوضحه مخطط الطور الذي يحدد حالات المادة عند ظروف مختلفة من الضغط ودرجة الحرارة. على سبيل المثال، عند تسخين الجليد فإنه يمتص طاقة وينصهر ليتحول إلى ماء سائل، وإذا استمر التسخين فإنه يتبخر متحولاً إلى الحالة الغازية.

الفكرة الأساسية

تتغير حالة المادة عندما تضاف الطاقة إليها أو تنتزع منها، وتسمى حالات المادة بالأطوار عندما توجد معا كأجزاء مستقلة لمخلوط، وتحدث تغيرات الطاقة خلال تغيرات حالات المادة الفيزيائية.

الشرح

انظر إلى مخطط الحالة الفيزيائية أو الطور: هو رسم بياني يوضح تأثير اختلاف درجات الحرارة والضغط في حالة المادة الفيزيائية. تجد في هذا المخطط مناطق محددة تمثل كل حالة من حالات المادة الثلاث: الصلبة والسائلة والغازية. الخطوط الفاصلة بين هذه المناطق تمثل الظروف التي تتواجد عندها حالتان في حالة اتزان معا. هناك نقاط مهمة مثل النقطة الثلاثية التي توجد عندها المادة في حالاتها الثلاث معا، والنقطة الحرجة التي لا يمكن بعدها تمييز السائل عن غازه. عندما تتحرك على المخطط بتغيير درجة الحرارة أو الضغط، فإن المادة تعبر من طور إلى طور بناء على اكتسابها للطاقة أو فقدانها.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كان لديك مخطط الحالة الفيزيائية لماء أو مادة أخرى، واردت معرفة حالة المادة عند درجة حرارة $-20^ ext{ }^\circ\text{C}$ وضغط $1\text{ atm}$: الخطوة الأولى: حدد قيمة درجة الحرارة المطلوبة على المحور الأفقي وهي $-20^ ext{ }^\circ\text{C}$. الخطوة الثانية: حدد قيمة الضغط المطلوبة على المحور الراسي وهي $1\text{ atm}$. الخطوة الثالثة: تتبع نقطة التقاطع بين هاتين القيمة على المخطط. الخطوة الرابعة: انظر إلى المنطقة التي تقع فيها النقطة، فإذا كانت في منطقة اللون الأزرق مثلا فهي تمثل الحالة الصلبة (جليد).

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن درجة الحرارة ترتفع أثناء عملية تغيير الحالة الفيزيائية كالانصهار، والصحيح أن الطاقة المضافة تُستهلك في تكسير قوى التجاذب بين الجسيمات لا في رفع درجة الحرارة حتى يكتمل التحول.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ماذا يوضح مخطط الطور أو الحالة الفيزيائية؟ الإجابة: يوضح تأثير اختلاف درجات الحرارة والضغط في حالة المادة الفيزيائية. السؤال الثاني: متى تحدث تغيرات الطاقة في المادة؟ الإجابة: تحدث خلال تغيرات حالات المادة الفيزيائية عند إضافة الطاقة أو انتزاعها منها.