Zmiany stanu skupienia ciał

Topnienie - przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.

Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego. Zjawisko topnienia ściśle wiąże się ze zjawiskiem krzepnięcia. Oznaczana eksperymentalnie temperatura topnienia nie zawsze jednak odpowiada ściśle temperaturze krzepnięcia. Wynika to m.in. z wpływu zanieczyszczeń, szybkości schładzania lub ogrzewania .

Krzepnięcie - przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe. Rozpoczęcie krzepnięcia jest uzależnione od obecności w cieczy zarodków krystalizacji, na których rozpoczyna się proces tworzenia kryształów. Zarodki mogą być samoistne (homogeniczne) lub pochodzące np. od zanieczyszczeń (heterogeniczne). Brak zarodków prowadzi do pojawienia się cieczy o temperaturze niższej niż temperatura krzepnięcia, ciecz taka zwana jest cieczą przechłodzoną

Parowanie - przechodzenie cieczy w stan gazowy. Energia dostarczana do cieczy pokonuje siły przyciągania między cząsteczkami. Szybkość procesu parowania zależy od temperatury oraz ciśnienia pary nad cieczą. Gdy ciśnienie pary jest równe ciśnieniu pary nasyconej w danej temperaturze, to parowanie nie zachodzi. Stan też określa się jako równowagę między parowaniem a skraplaniem. Procesem odwrotnym do parowania jest skraplanie pary.

Proces parowania z bezpośrednim przejściem pomiędzy fazą stałą a parą nazywamy sublimacją.

Skraplanie (Kondensacja) -przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki. Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości między cząsteczkami substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej. Siły oddziaływania między nimi wzrastają, aż do momentu uzyskania nowego stanu równowagi. Przy tym zachodzi wydzielanie energii w postaci ciepła. Cząsteczki tworzą zwartą masę, jednak nie powstają między nimi trwałe wiązania charakterystyczne dla ciał stałych.Proces skraplania zachodzi inaczej, gdy w gazie znajdują się zanieczyszczenia. Mogą one być zarodkami rodzących się kropel lub utrudniać powstawanie cieczy

Sublimacja - bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego. Przykładem ciała sublimującego w warunkach normalnych jest suchy lód czyli zestalony dwutlenek węgla. Jego punkt potrójny wypada przy ciśnieniu 5,1 atm i temperaturze - 56,6 C, zatem blok zamrożonego dwutlenku węgla wystawiony do pomieszczenia, w którym panuje typowe ciśnienie atmosferyczne (ok. 1 atm) i temperatura ok 20 C będzie sublimował a nie topił się. Temperatura sublimacji suchego lodu przy ciśnieniu normalnym jest równa -78 C. Uzyskanie równowagi między cieczą a gazem dla dwutlenku węgla wymaga uzyskania ciśnienia powyżej 5,1 atm.

Sublimacja jest często wykorzystywana do oczyszczania związków chemicznych, które mają na tyle wysoką temperaturę wrzenia, że ich destylowanie byłoby bardzo kłopotliwe.

Resublimacja - bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu gazowego w stały z pominięciem stanu ciekłego. Resublimacja jest procesem odwrotnym do sublimacji. W wyniku resublimacji wody (pary wodnej) powstaje szron. Resublimacja, w połączeniu z sublimacją lub parowaniem, jest wykorzystywana do oczyszczania lub rozdzielania substancji i otrzymywania jej w postaci drobnych kryształów (jest to m.in. metoda oczyszczania jodu).

Opisane warunki dotyczące zmian stanów skupienia dotyczą sytuacji, w których ciała znajdują się w stanie równowagi - tzn. mamy ustabilizowanie obu faz substancji. W stanie ustalonym ciało zachowuje swój stan skupienia dowolnie długo.

Temperatura wrzenia - temperatura w której substancja paruje w całej objętości, jest charakterystyczna dla danej substancji. Ciśnienie pary nasyconej nad cieczą osiąga wartość ciśnienia atmosferycznego.

Temperatura topnienia - temperatura, w której ciało stałe zaczyna zamieniać się w ciecz. Czyste chemicznie substancje mają stałą, określoną temperaturę topnienia.