transformări de fază

FazaFaza este este componenta componenta omogenomogenăă (solid (solidăă, lichid, lichidăă, , gazoasgazoasăă) a unui sistem ) a unui sistem eterogen, separateterogen, separatăă de de celelalte componente prin celelalte componente prin suprafesuprafeţţe de separae de separaţţie, pe ie, pe care unele mcare unele măărimi suferrimi suferăă discontinuitdiscontinuităţăţi i (ex:densitatea, indicele de (ex:densitatea, indicele de refracrefracţţie)ie)

Transformarea de fazTransformarea de fazăă este fenomenul deeste fenomenul de trecere trecere a a sistemului termodinamic sistemului termodinamic dintr-o fazdintr-o fazăă îîn alta.n alta.

Transformări de fază

Procesul de trecere a unui corp din fază solidă în Procesul de trecere a unui corp din fază solidă în fază lichidă se numeşte fază lichidă se numeşte topiretopire. Procesul invers se . Procesul invers se numeşte numeşte solidificaresolidificare. .

Curbele din figura 7 Curbele din figura 7 (volumul creste la (volumul creste la topire) şi 8 (volumul topire) şi 8 (volumul scade la topire: scade la topire: gheata, bismut, gheata, bismut, fonta) se numesc fonta) se numesc curbe de topirecurbe de topire. Toate . Toate punctele de pe aceste punctele de pe aceste curbe reprezintă curbe reprezintă stări de echilibru în stări de echilibru în care coexistă faza care coexistă faza lichidă cu faza solidă.lichidă cu faza solidă.

Topirea Topirea şşi solidificareai solidificarea

Topirea Topirea şşi solidificareai solidificarea Din punct de vedere al

modului in care loc topirea distingem două tipuri:

topirea corpurilor amorfe care se produce printr-o înmuiere treptată a corpului până se ajunge la faza lichidă: sticla, ceara, smoala etc.

topirea corpurilor cristaline (topirea netă) se produce prin trecerea bruscă în fază lichidă la o temperatură bine precizată: metalele, gheaţa etc.

Topirea netă respectă următoarele legi:

a) La o presiune dată, topirea are loc întotdeauna la aceeaşi temperatură, numită temperatură de topire, care este o caracteristică a substanţei.

b) În tot timpul topirii temperatura substanţei rămâne constantă.

c) Temperatura de topire este influenţată de presiunea la care este supusă substanţa.

Topirea Topirea şşi i ssolidificareaolidificareaÎn timpul topirii volumul substanţei se modifică. Există

substanţe al căror volum scade în urma topirii: apa, fonta, argintul, bismutul, dar majoritatea substanţelor îşi măresc volumul prin topire.Se cunoaşte foarte bine că apa care îngheaţă într-o sticlă o sparge deoarece în timpul solidificării apei volumul acesteia creşte.

Dacă se toarnă într-o eprubetă parafină topită, după solidificare se constată că nivelul acesteia a scăzut. În industrie trebuie să se ia în consideraţie variaţia volumului la solidificare pentru a nu se obţine piese mai mici în urma turnării metalelor în forme (metalurgie).λt – căldura latentă specifică de topire, egală cu căldura necesară pentru a topi 1kg de substanţă.λs – căldura latentă specifică de solidificare.

λt=Q/m λt=λs

Vaporizarea Vaporizarea şşi i condensareacondensarea

Trecerea unei substanţe din faza Trecerea unei substanţe din faza lichidă în faza de vapori se lichidă în faza de vapori se numeşte numeşte vaporizarevaporizare. Există mai . Există mai multe modalităţi de vaporizare a multe modalităţi de vaporizare a unui lichid în funcţie de unui lichid în funcţie de condiţiile în care se face condiţiile în care se face experimentul: experimentul: vaporizare în vidvaporizare în vid, , în atmosferă gazoasă, la în atmosferă gazoasă, la suprafaţa lichidului şi suprafaţa lichidului şi vaporizarea în toată masa vaporizarea în toată masa lichiduluilichidului..

Cantitatea de căldură necesară Cantitatea de căldură necesară pentru a vaporiza la pentru a vaporiza la temperatură constantă o unitate temperatură constantă o unitate de masă dintr-un lichid se de masă dintr-un lichid se numeşte căldură latentă numeşte căldură latentă specifică de vaporizarespecifică de vaporizare

VQ

m

Topirea Topirea şşi solidificarea i solidificarea

Topirea este un fenomen care se manifesta atat in Topirea este un fenomen care se manifesta atat in natura cat si in tehnica.natura cat si in tehnica.

De exemplu, in zilele noastre planeta se confrunta cu De exemplu, in zilele noastre planeta se confrunta cu topirea ghetarilor datorata incalzirii globale. topirea ghetarilor datorata incalzirii globale. Observatii recente, realizate cu ajutorul satelitilor Observatii recente, realizate cu ajutorul satelitilor meteorologici Radarsat-1 si Envisat, releva ca ghetarii meteorologici Radarsat-1 si Envisat, releva ca ghetarii din Groenlanda au inceput sa se topeasca in apele din Groenlanda au inceput sa se topeasca in apele Oceanului Atlantic, intr-un ritm aproape dublu decat Oceanului Atlantic, intr-un ritm aproape dublu decat cel inregistrat in deceniul trecut. „Faptul ca topirea cel inregistrat in deceniul trecut. „Faptul ca topirea ghetarilor este mult mai rapida decat prognozau ghetarilor este mult mai rapida decat prognozau specialistii trebuie sa ne ingrijoreze, in contextul specialistii trebuie sa ne ingrijoreze, in contextul incalzirii globale”, spune Eric Rignot de la Jet incalzirii globale”, spune Eric Rignot de la Jet Propulsion Laboratory, din cadrul NASA. Propulsion Laboratory, din cadrul NASA.

Vaporizarea Vaporizarea şşi i condensareacondensarea Vaporizarea în vidVaporizarea în vid Introducînd pe rIntroducînd pe raand mici cantităţi nd mici cantităţi

dintr-un lichid (de exemplu eter) dintr-un lichid (de exemplu eter) în camera barometrică (Figura în camera barometrică (Figura alaturata) se constată că alaturata) se constată că vaporizarea în vid se face vaporizarea în vid se face instantaneu şi presiunea creşte instantaneu şi presiunea creşte (înălţimea coloanei de mercur (înălţimea coloanei de mercur scade) pscade) paană cnă caand apar vaporii nd apar vaporii saturanţi, adica lichidul rămsaturanţi, adica lichidul rămaane ne deasupra mercurului fără să se deasupra mercurului fără să se mai evapore, presiunea atingînd o mai evapore, presiunea atingînd o valoare maximă şi constantă, valoare maximă şi constantă, pentru temperatura pentru temperatura experimentului, numită experimentului, numită presiunea presiunea vaporilor saturanţivaporilor saturanţi..

h Hg

Vaporizarea Vaporizarea şşii condensareacondensarea

Vaporizarea în atmosferă gazoasăVaporizarea în atmosferă gazoasă Dacă vaporizarea unui lichid se face într-un vas Dacă vaporizarea unui lichid se face într-un vas

închis în care se găseşte un gaz se constată că închis în care se găseşte un gaz se constată că aceasta se face mai lent decat în vid şi presiunea aceasta se face mai lent decat în vid şi presiunea vaporilor saturanţi are aceeaşi valoare ca şi vaporilor saturanţi are aceeaşi valoare ca şi atunci cand vaporizarea s-a făcut în vid. atunci cand vaporizarea s-a făcut în vid. Presiunea totală a amestecului este egală cu Presiunea totală a amestecului este egală cu suma presiunilor parţiale ale gazului şi suma presiunilor parţiale ale gazului şi vaporilor.vaporilor.

EvaporareaEvaporarea

Vaporizarea unui lichid prin Vaporizarea unui lichid prin suprafaţa sa liberă, într-o suprafaţa sa liberă, într-o atmosferă atmosferă nelimitatănelimitată se numeşte se numeşte evaporareevaporare. . Procesul de evaporare are loc Procesul de evaporare are loc neîntrerupt, presiunea vaporilor neîntrerupt, presiunea vaporilor tinzînd spre presiunea de saturaţie, tinzînd spre presiunea de saturaţie, pe care de fapt nu o atinge, pe care de fapt nu o atinge, moleculele lichidului migrînd moleculele lichidului migrînd neîntrerupt spre straturile neîntrerupt spre straturile superioare ale atmosferei.superioare ale atmosferei.

Viteza de evaporare este dată de Viteza de evaporare este dată de expresiaexpresia

K=constantaK=constanta S=suprafata libera a lichiduluiS=suprafata libera a lichidului Pm=presiunea vaporilor saturantiPm=presiunea vaporilor saturanti P=presiunea aporilor de deasupra lichiduluiP=presiunea aporilor de deasupra lichidului Po=presiune atmosfericaPo=presiune atmosferica


Fierberea lichidelorFierberea lichidelor Fierberea Fierberea reprezintă procesul de vaporizare în tot reprezintă procesul de vaporizare în tot

volumul lichidului. În acest proces un rol deosebit volumul lichidului. În acest proces un rol deosebit îl joacă bulele de gaz care se formează pe îl joacă bulele de gaz care se formează pe impurităţile solide aflate în lichid, sau pe pereţii impurităţile solide aflate în lichid, sau pe pereţii vasului care conţine lichidul. Condiţia care trebuie vasului care conţine lichidul. Condiţia care trebuie îndeplinită pentru ca fierberea să aibă loc este ca îndeplinită pentru ca fierberea să aibă loc este ca presiunea vaporilor saturanţi ai lichidului să devină presiunea vaporilor saturanţi ai lichidului să devină cel puţin egală cu presiunea exercitată din exterior cel puţin egală cu presiunea exercitată din exterior asupra lichidului:asupra lichidului:

ppsatursaturppextexterer


Legile fierberiiLegile fierberii Fierberea are loc cand presiunea vaporilor Fierberea are loc cand presiunea vaporilor

saturanti este egala cu presiunea de deasupra saturanti este egala cu presiunea de deasupra lichidului.lichidului.

In timpul fierberii temperatura vaporilor din In timpul fierberii temperatura vaporilor din imediata vecinatate a lichidului este constanta. imediata vecinatate a lichidului este constanta. Temperatura de fierbere depinde de valoarea Temperatura de fierbere depinde de valoarea presiunii si este caracteristica fiecarei substante.presiunii si este caracteristica fiecarei substante.

Vaporizarea siVaporizarea si condensareacondensarea

CondensareaCondensarea este procesul este procesul prin care prin care atomiiatomii sau sau moleculelemoleculele unui corp în unui corp în stare stare gazoasgazoasă pierd ă pierd suficientă suficientă energieenergie, prin , prin scăderea scăderea temperaturiitemperaturii pentru a ajunge în stare pentru a ajunge în stare lichidă. lichidă.

λc=λv

c


Vaporizarea si condensarea in natura si tehnicaVaporizarea si condensarea in natura si tehnica

Vaporizarea si condensarea se intalnesc atat in Vaporizarea si condensarea se intalnesc atat in natura cat si in tehnica. natura cat si in tehnica.

In natura, aIn natura, apa din mari si oceane se evapora. pa din mari si oceane se evapora. Dacă vaporii de apă întâlnesc corpuri reci(sau Dacă vaporii de apă întâlnesc corpuri reci(sau curenţi reci de aer) se condensează, curenţi reci de aer) se condensează, transformându-se în stropi de apă (aşa se transformându-se în stropi de apă (aşa se explică formarea ploiiexplică formarea ploii). Astfel, apa se ). Astfel, apa se reîntoarce în mari si oceane-circuitul apei în reîntoarce în mari si oceane-circuitul apei în natura.natura.

Concluzii: Evaporarea si vaporizarea unui Concluzii: Evaporarea si vaporizarea unui lichid conduc la rlichid conduc la răcirea corpului de pe care se ăcirea corpului de pe care se evaporă, deci se produce cu absorbevaporă, deci se produce cu absorbţţie de ie de caldura.caldura.


DistilareaDistilarea Trecerea unui lichid in vapori care apoi sunt Trecerea unui lichid in vapori care apoi sunt

condensati prin racire se numeste distilare.condensati prin racire se numeste distilare. Teorema peretelui rece(Teorema lui Watt)- Intr-o Teorema peretelui rece(Teorema lui Watt)- Intr-o

incinta in care temperatura nu este aceeasi in toate incinta in care temperatura nu este aceeasi in toate punctele si in care se afla un lichid impreuna cu punctele si in care se afla un lichid impreuna cu vaporii sai, echilibrul intre cele doua faze se vaporii sai, echilibrul intre cele doua faze se realizeaza atunci cand presiunea vaporilor saturanti realizeaza atunci cand presiunea vaporilor saturanti este aceeasi pretutindeni si corespunde celei mai este aceeasi pretutindeni si corespunde celei mai joase temperaturi din incinta.joase temperaturi din incinta.

Distilarea unui amestec de doua lichide cu puncte de Distilarea unui amestec de doua lichide cu puncte de fierbere diferite se numeste distilare fierbere diferite se numeste distilare fractionata.Astfel,se realizeaza separarea celor doua fractionata.Astfel,se realizeaza separarea celor doua lichide din amestecul brut( ex.alcoolul de apa).Se lichide din amestecul brut( ex.alcoolul de apa).Se obtin diverse produse derivate ale petrolului: uleiuri, obtin diverse produse derivate ale petrolului: uleiuri, benzina,parafina, etc. benzina,parafina, etc.

Sublimarea si desublimareaSublimarea si desublimarea Trecerea substanţei solide Trecerea substanţei solide

direct în vapori se numeşte direct în vapori se numeşte sublimaresublimare, iar procesul invers, , iar procesul invers, desublimaredesublimare. De exemplu: . De exemplu: naftalina, camforul, iodul, naftalina, camforul, iodul, sulful, bromul, bismutul la sulful, bromul, bismutul la temperaturi şi presiuni temperaturi şi presiuni obişnuite se vaporizează fără a obişnuite se vaporizează fără a se topi. În principiu, orice se topi. În principiu, orice substanţă poate sublima, doar substanţă poate sublima, doar că la unele presiunea de că la unele presiunea de vapori este mică. Dacă vaporii vapori este mică. Dacă vaporii proveniţi din procesul de proveniţi din procesul de sublimare sunt în echilibru sublimare sunt în echilibru dinamic cu solidul din care au dinamic cu solidul din care au provenit, ei se numesc provenit, ei se numesc vapori vapori saturanţisaturanţi..

Diagrama de echilibru a unei substanţe. Diagrama de echilibru a unei substanţe. Punctul triplu.Punctul triplu. Punctul de intersecţie al curbelor de Punctul de intersecţie al curbelor de vaporizarevaporizare, de , de topiretopire şi de şi de sublimaresublimare ale unei ale unei

substanţe se numeşte substanţe se numeşte punct triplu punct triplu al substanţei respective. al substanţei respective. În acest punct coexistă În acest punct coexistă cele trei stări de agregare.cele trei stări de agregare.

Diagrama de echilibru pentru o substanţă care-şi măreşte volumul la topire Diagrama de echilibru pentru o substanţă care-şi măreşte volumul la topire este dată de figura 10, iar pentru o substanţă care-şi micşorează volumul la este dată de figura 10, iar pentru o substanţă care-şi micşorează volumul la topire este prezentată în figura 11.topire este prezentată în figura 11.

Majoritatea substanţelor au doar o singură fază solidă, una lichidă şi una Majoritatea substanţelor au doar o singură fază solidă, una lichidă şi una gazoasă. Există însă substanţe care în stare solidă pot prezenta structuri gazoasă. Există însă substanţe care în stare solidă pot prezenta structuri cristaline diferite, adica mai multe faze corespunzătoare aceleiaşi stări de cristaline diferite, adica mai multe faze corespunzătoare aceleiaşi stări de agregare. O asemenea substanţă are agregare. O asemenea substanţă are mai multe puncte triplemai multe puncte triple şi se numeşte şi se numeşte substanţă substanţă polimorfăpolimorfă. Trecerea unei substanţe dintr-o formă cristalină în alta . Trecerea unei substanţe dintr-o formă cristalină în alta se numeşte se numeşte transormare polimorfătransormare polimorfă, care este o tranziţie de fază de ordinul I., care este o tranziţie de fază de ordinul I.

p p

t t

T T

s o lid

v a p o r i

s o lid

v a p o r i

li ch idli ch id

Sublimarea si Sublimarea si desublimareadesublimarea

Rezultate ale transformRezultate ale transformăărilor de fazrilor de fazăă îîn naturn naturăă..

Aerul de la suprafata Aerul de la suprafata solului incarcat cu vapori solului incarcat cu vapori de apa este antrenat prin de apa este antrenat prin miscari ascendente spre miscari ascendente spre paturile mai inalte ale paturile mai inalte ale oceanului aerian,unde, oceanului aerian,unde, dupa cum stim, presiunea dupa cum stim, presiunea atmosferica este mai atmosferica este mai scazuta. scazuta.

Datorita acestui fapt moleculele de aer vor Datorita acestui fapt moleculele de aer vor suferi un proces de destindere, ceea ce va suferi un proces de destindere, ceea ce va

determina implicit o scadere a determina implicit o scadere a temperaturii,chiar daca nu se pierde energia temperaturii,chiar daca nu se pierde energia

calorica afara.Treptat,vaporii de apa vor calorica afara.Treptat,vaporii de apa vor atinge in acest fel starea de saturatie si vor atinge in acest fel starea de saturatie si vor

condensa sau vor sublima dand nastere condensa sau vor sublima dand nastere norilor.norilor.

•NORINORIII

CEACEAŢŢAA

ApareApare în zilele în zilele când când temperatura scade brusc, iar temperatura scade brusc, iar vaporii de apă din aer devin vaporii de apă din aer devin suprasaturanţi suprasaturanţi condenscondensându-ându-sese aproape de aproape de suprafaţa suprafaţa PăPămmâântntuluiului.. Centrii de Centrii de condensare sunt particulele condensare sunt particulele de praf sau fum (caz în care de praf sau fum (caz în care se numeşte smog) sau ioni.se numeşte smog) sau ioni.


Ceaţa apare des în zonele umede, unde concentraţia vaporilor de apă este mare.

Condensarea vaporilor de lichid pe ionii produşi de radiaţiile radioactive este folosită pentru vizualizarea traiectoriilor acestora în camera cu ceaţă.


În cea mai elementară formă, o cameră cu ceaţă este un mediu sigilat care conţine vapori de apă sau alcool, superrăciţi, suprasaturaţi. Când o particulă alfa sau o particulă beta interacţionează cu vaporii, îi ionizează. Ionii rezultaţi se comportă ca nuclei de condensare, în jurul căreia se va forma ceaţă (deoarece amestecul este în pragul condensului).

O altă metodă pentru evidenţierea radiaţiilor radioactive este utilizarea unei alte transformări de fază: fierberea, în camera cu bule.

Camera cu bule este un vas umplut cu un lichid transparent supraîncălzit (cel mai adesea hidrogenlichid) folosit pentru a detecta particule încărcate electric care se deplasează prin el.

Camera cu bule este similară camerei cu ceaţă în aplicaţii şi în principiul de bază. În mod normal este realizată prin umplerea unui cilindru mare cu un lichid încălzit până aproape de punctul său de fierbere. În timp ce particulele intră în cameră, un piston îi reduce brusc presiunea, iar lichidul intră într-o fază de supraîncălzire, metastabilă.

Rezultate ale transformRezultate ale transformăărilor de fazrilor de fazăă îîn n tehnicătehnică..

Particulele încărcate creează o urmă de ionizare în jurul căreia lichidul se evaporă, formând bule microscopice. Densitatea bulelor în jurul unei urme este proporţională cu cantitatea de energie pierdută de particulă. Bulele cresc în mărime cu cât camera îşi creşte volumul, până devin destul de mari pentru a fi văzute sau fotografiate.

Rezultate ale transformRezultate ale transformăărilor de fazrilor de fazăă îîn n tehnicătehnică..

ROUAROUA În noptile senine de vara, vaporii de aer, în atingere cu În noptile senine de vara, vaporii de aer, în atingere cu

corpurilecorpurile reci de pe pamant, se condenseaza si formeaza reci de pe pamant, se condenseaza si formeaza stropi mici de apa. O data cu incalzirea aerului, stropii stropi mici de apa. O data cu incalzirea aerului, stropii de apa se evapora.de apa se evapora.

Rezultate ale transformRezultate ale transformăărilor de fazrilor de fazăă îîn n naturănatură..

PLOAIAPLOAIA Se formeaza cand norii Se formeaza cand norii

trec prin straturile reci trec prin straturile reci de aer, iar vaporii se de aer, iar vaporii se condenseaza si cad pe condenseaza si cad pe pamant sub forma de pamant sub forma de picaturi. Ploile sunt picaturi. Ploile sunt necesare vietii plantelor. necesare vietii plantelor. Ele curata aerul de praf Ele curata aerul de praf si îl racoresc. si îl racoresc.


BRUMABRUMA In noptile senine si reci, de toamna In noptile senine si reci, de toamna

sau de primavara, corpurile de pe sau de primavara, corpurile de pe pamant se racesc foarte mult. Vaporii pamant se racesc foarte mult. Vaporii de apa care vin în atingere cu aceste de apa care vin în atingere cu aceste corpuri se condenseaza, iar picaturile corpuri se condenseaza, iar picaturile de apa ingheata, formand un strat fin de apa ingheata, formand un strat fin alb-stralucitor. Bruma este alb-stralucitor. Bruma este daunatoare culturilor. Oamenii iau daunatoare culturilor. Oamenii iau masuri de protejare a culturilor, masuri de protejare a culturilor, facand focuri mocnite în gradini sau facand focuri mocnite în gradini sau in livezi. Fumul cald împiedica in livezi. Fumul cald împiedica formarea brumei.formarea brumei.


Toate aceste Toate aceste transformari de transformari de faza asupra apei faza asupra apei duc la formarea duc la formarea fenomenelor fenomenelor naturii care naturii care realizeaza realizeaza circuitul acesteia. circuitul acesteia.

Rezultate ale transformRezultate ale transformăărilor de fazrilor de fazăă îîn n naturănatură..

transformări de fază

Documents