PERUBAHAN STATUS: JENIS DAN KARAKTERISTIKNYA (DENGAN CONTOH) - KIMIA - 2025

The perubahan negara atau fase yang mana mengalami perubahan materi fisik reversibel fenomena termodinamika. Ia dikatakan termodinamika karena perpindahan panas terjadi antara materi dan lingkungan; atau sama saja, ada interaksi antara materi dan energi yang menyebabkan penyusunan ulang partikel.

Partikel yang mengalami perubahan keadaan tetap sama sebelum dan sesudahnya. Tekanan dan suhu adalah variabel penting dalam cara mereka diakomodasi dalam satu fase atau lainnya. Ketika perubahan keadaan terjadi, sistem bifasik terbentuk, terdiri dari materi yang sama dalam dua keadaan fisik yang berbeda.

Negara berubah. Sumber: Gabriel Bolívar

Gambar di atas menunjukkan perubahan status utama yang dialami materi dalam kondisi normal.

Kubus padat dari zat kebiruan dapat berubah menjadi cair atau gas tergantung pada suhu dan tekanan lingkungannya. Dengan sendirinya itu mewakili satu fase: padat. Tetapi, pada saat peleburan, yaitu, peleburan, kesetimbangan padat-cair yang disebut fusi terbentuk (panah merah antara kubus kebiruan dan tetesan).

Agar fusi terjadi, kubus perlu menyerap panas dari sekitarnya untuk meningkatkan suhunya; oleh karena itu, ini adalah proses endotermik. Setelah kubus benar-benar meleleh, ia kembali ke satu fase: fase cair.

Tetesan kebiruan ini dapat terus menyerap panas, yang meningkatkan suhunya dan menghasilkan pembentukan gelembung gas. Sekali lagi, ada dua fase: satu cairan dan gas lainnya. Ketika semua zat cair telah menguap melalui titik didihnya, zat tersebut kemudian dikatakan telah mendidih atau menguap.

Sekarang tetesan kebiruan berubah menjadi awan. Sejauh ini, semua proses bersifat endotermik. Gas kebiruan dapat terus menyerap panas hingga menjadi panas; namun, mengingat kondisi terestrial, ia cenderung mendingin dan mengembun kembali menjadi cairan (kondensasi).

Di sisi lain, awan juga dapat mengendap langsung pada fase padat, kembali membentuk kubus padat (pengendapan). Dua proses terakhir ini adalah eksotermik (panah biru); artinya, mereka melepaskan panas ke lingkungan atau lingkungan sekitar.

Selain kondensasi dan pengendapan, perubahan keadaan terjadi saat tetesan kebiruan membeku pada suhu rendah (pemadatan).

Jenis perubahan keadaan dan karakteristiknya

Gambar menunjukkan perubahan tipikal untuk tiga wujud materi (paling umum): padat, cair, dan gas. Perubahan yang disertai panah merah bersifat endotermik, yang melibatkan penyerapan panas; sementara yang disertai panah biru bersifat eksotermik, mereka melepaskan panas.

Penjelasan singkat dari masing-masing perubahan ini akan dibuat di bawah ini, menyoroti beberapa karakteristik mereka dari penalaran molekuler dan termodinamika.

- Fusion

Fusi adalah perubahan wujud suatu zat dari padat menjadi cair.

Dalam keadaan padat, partikel (ion, molekul, gugus, dll.) Adalah "tahanan", terletak pada posisi tetap di ruang angkasa tanpa bisa bergerak bebas. Namun, mereka mampu bergetar pada frekuensi yang berbeda, dan jika mereka sangat kuat, tatanan ketat yang dipaksakan oleh gaya antarmolekul akan mulai "berantakan".

Hasilnya, diperoleh dua fase: satu di mana partikel tetap terbatas (padat), dan yang lainnya lebih bebas (cair), cukup untuk menambah jarak yang memisahkannya. Untuk mencapai hal ini, benda padat harus menyerap panas, dan dengan demikian partikelnya akan bergetar dengan gaya yang lebih besar.

Untuk alasan ini fusi adalah endotermik, dan ketika dimulai dikatakan bahwa kesetimbangan terjadi antara fase padat-cair.

Panas yang dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan ini disebut panas atau entalpi fusi molar (ΔH _Fus ). Ini menyatakan jumlah panas (energi, terutama dalam satuan kJ) yang harus diserap oleh satu mol zat dalam keadaan padat untuk meleleh, dan tidak hanya menaikkan suhunya.

Semakin bertambah

Mencairkan salju dengan tangan. Sumber: Pixabay

Dengan pemikiran ini, dapat dipahami mengapa bola salju meleleh di tangan (gambar atas). Salju menyerap panas tubuh, yang cukup untuk menaikkan suhu salju di atas 0 ° C.

Kristal es di salju hanya menyerap panas yang cukup untuk meleleh dan molekul airnya mengadopsi struktur yang lebih berantakan. Saat salju mencair, air yang terbentuk tidak akan menaikkan suhunya, karena semua panas dari tangan digunakan oleh salju untuk menyelesaikan pencairannya.

- Penguapan

Penguapan adalah perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi gas.

Melanjutkan contoh air, sekarang menempatkan segenggam salju dalam panci dan menyalakan api, diamati bahwa salju dengan cepat mencair. Saat air memanas, gelembung kecil karbondioksida dan kemungkinan kotoran gas lainnya mulai terbentuk di dalamnya.

Air mendidih. Sumber: Pixabay

Panas secara molekuler memperluas konfigurasi air yang tidak teratur, memperbesar volumenya dan meningkatkan tekanan uapnya; Oleh karena itu, ada beberapa molekul yang lepas dari permukaan akibat peningkatan penguapan.

Air cair meningkatkan suhunya secara perlahan karena panas jenisnya yang tinggi (4.184J / ° C ∙ g). Ada titik di mana panas yang diserapnya tidak lagi digunakan untuk menaikkan suhunya, tetapi untuk memulai kesetimbangan uap-cair; yaitu, cairan mulai mendidih dan semua cairan akan berubah menjadi gas sambil menyerap panas dan menjaga suhu tetap konstan.

Di sinilah Anda melihat gelembung yang intens di permukaan air mendidih (gambar atas). Panas yang diserap air cair sehingga tekanan uap dari gelembung yang baru jadi sama dengan tekanan eksternal disebut entalpi penguapan (ΔH _Vap ).

Peran tekanan

Tekanan juga merupakan faktor penentu dalam perubahan keadaan. Apa pengaruhnya terhadap penguapan? Semakin tinggi tekanannya, semakin besar panas yang harus diserap air untuk mendidih, dan oleh karena itu, air menguap di atas 100 ° C.

Hal ini karena peningkatan tekanan membuat molekul air sulit keluar dari cairan ke fase gas.

Pressure cooker memanfaatkan fakta ini untuk keuntungan mereka memanaskan makanan dalam air hingga suhu di atas titik didihnya.

Di sisi lain, karena ada ruang hampa atau penurunan tekanan, air cair membutuhkan suhu yang lebih rendah untuk mendidih dan masuk ke fase gas. Dengan tekanan tinggi atau rendah, ketika air mendidih, air perlu menyerap panas penguapannya masing-masing untuk menyelesaikan perubahan keadaannya.

- Kondensasi

Kondensasi adalah perubahan wujud suatu zat dari wujud gas ke wujud cair.

Airnya menguap. Apa berikutnya? Uap air masih bisa meningkat suhunya, menjadi arus berbahaya yang mampu menyebabkan luka bakar parah.

Namun, anggap saja itu mendingin. Bagaimana? Melepaskan panas ke lingkungan, dan melepaskan panas dikatakan sebagai proses eksotermik yang terjadi.

Dengan melepaskan panas, molekul air berbentuk gas yang sangat energik mulai melambat. Juga, interaksinya menjadi lebih efektif jika suhu steam menurun. Pertama, tetesan air akan terbentuk, terkondensasi dari uap, diikuti oleh tetesan yang lebih besar yang akhirnya tertarik oleh gravitasi.

Untuk benar-benar mengembunkan sejumlah uap tertentu, Anda perlu melepaskan energi yang sama, tetapi dengan tanda berlawanan, pada ΔH _Vap ; yaitu, entalpi kondensasi ΔH _Cond . Dengan demikian, kesetimbangan uap-cair terbalik ditetapkan.

Jendela basah

Kondensasi air. Sumber: Pexels

Kondensasi dapat dilihat di jendela rumah itu sendiri. Pada iklim dingin, uap air yang terkandung di dalam rumah bertabrakan dengan jendela, yang karena materialnya memiliki suhu yang lebih rendah dari permukaan lain.

Di sana, lebih mudah bagi molekul uap untuk menggumpal, menciptakan lapisan keputihan tipis yang mudah dilepas dengan tangan. Saat molekul-molekul ini melepaskan panas (memanaskan kaca dan udara), mereka mulai membentuk lebih banyak kelompok sampai tetes pertama dapat mengembun (gambar atas).

Ketika tetesan menjadi sangat besar, mereka meluncur ke bawah jendela dan meninggalkan jejak air.

- Solidifikasi

Solidifikasi adalah perubahan wujud suatu zat dari wujud cair ke wujud padat.

Solidifikasi terjadi sebagai akibat pendinginan; dengan kata lain, air membeku. Untuk membekukan, air harus melepaskan panas dalam jumlah yang sama dengan yang diserap es untuk mencair. Sekali lagi, panas ini disebut entalpi pemadatan atau pembekuan, ΔH _Cong ( _{-ΔH Fus} ).

Saat molekul air mendingin, mereka kehilangan energi dan interaksi antarmolekulnya menjadi lebih kuat dan lebih terarah. Akibatnya, mereka tersusun berkat ikatan hidrogennya dan membentuk apa yang disebut kristal es. Mekanisme tumbuhnya kristal es berdampak pada penampilannya: transparan atau putih.

Pahatan es. Sumber: Pixabay

Jika kristal es tumbuh sangat lambat, kristal es tidak akan menutupi kotoran, seperti gas yang larut dalam air pada suhu rendah. Jadi, gelembung-gelembung itu keluar dan tidak dapat berinteraksi dengan cahaya; dan akibatnya, Anda memiliki es yang transparan seperti patung es yang luar biasa (gambar atas).

Hal yang sama terjadi pada es, bisa juga terjadi dengan zat lain yang mengeras dengan pendinginan. Mungkin ini adalah perubahan fisik paling kompleks dalam kondisi terestrial, karena beberapa polimorf dapat diperoleh.

- Sublimasi

Sublimasi adalah perubahan wujud suatu zat dari padat ke wujud gas.

Bisakah air disublimasikan? Tidak, setidaknya tidak dalam kondisi normal (T = 25 ° C, P = 1 atm). Agar sublimasi terjadi, yaitu perubahan wujud dari padat menjadi gas, maka tekanan uap padatan harus tinggi.

Demikian juga, penting bahwa gaya antarmolekulnya tidak terlalu kuat, lebih disukai jika hanya terdiri dari gaya dispersi.

Contoh paling simbolis adalah yodium padat. Ini adalah padatan kristal dengan warna ungu keabu-abuan, yang menghadirkan tekanan uap tinggi. Begitulah, bahwa dalam tindakannya uap ungu dilepaskan, yang volume dan pemuaiannya menjadi terlihat ketika mengalami pemanasan.

Sublimasi yodium. Sumber: Belkina NV, dari Wikimedia Commons

Gambar di atas menunjukkan eksperimen tipikal di mana yodium padat diuapkan dalam wadah kaca. Sangat menarik dan mencolok untuk mengamati bagaimana uap ungu menyebar, dan siswa yang diinisiasi dapat memverifikasi tidak adanya yodium cair.

Ini adalah karakteristik utama sublimasi: tidak ada fase cair. Demikian pula, endotermik, karena padatan menyerap panas untuk meningkatkan tekanan uapnya hingga sama dengan tekanan eksternal.

- Endapan

Deposisi kristal yodium. Sumber: Stanislav.nevyhosteny, dari Wikimedia Commons

Deposisi adalah perubahan wujud suatu zat dari wujud gas ke wujud padat.

Sejalan dengan percobaan sublimasi yodium, ada pengendapannya. Deposisi adalah perubahan atau transisi yang berlawanan: zat berubah dari bentuk gas menjadi padat tanpa pembentukan fase cair.

Ketika uap yodium ungu bersentuhan dengan permukaan dingin, mereka melepaskan panas untuk menghangatkannya, kehilangan energi dan menyusun kembali molekulnya kembali menjadi padatan ungu keabu-abuan (gambar atas). Ini kemudian merupakan proses eksotermik.

Deposisi banyak digunakan untuk sintesis material yang didoping dengan atom logam dengan teknik yang canggih. Jika permukaan sangat dingin, pertukaran panas antara itu dan partikel uap tiba-tiba, menghilangkan lintasan melalui masing-masing fase cair.

Panas atau entalpi deposisi (dan bukan deposisi) adalah kebalikan dari sublimasi (ΔH _Sub = - ΔH _Dep ). Secara teori, banyak zat dapat disublimasikan, tetapi untuk mencapai hal ini perlu dilakukan manipulasi tekanan dan suhu, selain memiliki diagram P vs T; di mana, fase-fase yang sangat jauh dapat divisualisasikan.

Perubahan status lainnya

Meskipun tidak disebutkan, ada kondisi materi lainnya. Kadang-kadang mereka dicirikan dengan memiliki "sedikit dari masing-masing", dan karena itu merupakan kombinasi dari keduanya. Untuk menghasilkannya, tekanan dan suhu harus dimanipulasi menjadi besaran yang sangat positif (besar) atau negatif (kecil).

Jadi, misalnya, jika gas dipanaskan secara berlebihan, mereka akan kehilangan elektronnya dan inti yang bermuatan positif dalam pasang negatif tersebut akan membentuk apa yang disebut plasma. Ini identik dengan "gas listrik", karena memiliki daya hantar listrik yang tinggi.

Sebaliknya, ketika suhu turun terlalu rendah, materi dapat berperilaku tidak terduga; yaitu, mereka menunjukkan sifat unik di sekitar nol absolut (0 K).

Salah satu sifat ini adalah superfluiditas dan superkonduktivitas; serta pembentukan kondensat Bose-Einstein, di mana semua atom berperilaku sebagai satu.

Beberapa penelitian bahkan menunjukkan materi fotonik. Di dalamnya, partikel radiasi elektromagnetik, foton, berkelompok membentuk molekul fotonik. Artinya, itu akan memberi massa pada benda-benda cahaya, secara teoritis.

Referensi

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 November 2018). Daftar Perubahan Fase Antar Status Materi. Diperoleh dari: thinkco.com
2. Wikipedia. (2019). Status materi. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Dorling Kindersley. (2007). Mengubah negara bagian. Diperoleh dari: factmonster.com
4. Meyers Ami. (2019). Perubahan Fase: Penguapan, Kondensasi, Pembekuan, Peleburan, Sublimasi & Deposisi. Belajar. Diperoleh dari: study.com
5. Bagley M. (11 April 2016). Materi: Definisi & Lima Keadaan Materi. Diperoleh dari: LiveScience.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.