11.6 : انتقالات المرحلة

سواء كانت مادة صلبة أو سائلة أو غازية ، فإن حالة المادة تعتمد على ترتيب وترتيب جسيماتها (الذرات أو الجزيئات أو الأيونات). والجسيمات الموجودة في الحزمة الصلبة متقاربة معًا ، بشكل عام في نمط. تهتز الجسيمات حول مواقعها الثابتة ولكنها لا تتحرك أو تضغط على جيرانها. في السوائل ، على الرغم من تباعد الجسيمات عن كثب ، يتم ترتيبها عشوائيًا. موضع الجسيمات غير ثابت— أي أنها حرة في الانتقال إلى ما وراء جيرانهم لشغل مواقع مختلفة. نظرًا لأن الجسيمات قريبة من بعضها البعض في الحالة الصلبة والسائلة ، يُشار إلى هذه الحالة بالحالات المكثفة أو المراحل المكثفة. وفي هذه الحالات ، تُظهر المواد قوى بين الجزيئات قوية نسبيًا. في الغازات ، يُطلق على الجسيمات قوى الجذب ضعيفة. جزيئات الغاز لا تقيدها جيرانها ؛ الجسيمات حرة في الحركة، وفي ظل الظروف العادية ، تفصل بينها مسافات كبيرة.

الطاقة الداخلية لمادة— الطاقة الحركية الكلية لجميع جزيئاتها— تعتمد على قوة القوى بين الجزيئات في المراحل المكثفة والضغط الذي يمارس على المادة. الطاقة الداخلية للمادة هي الأعلى في الحالة الغازية ، والأقل في الحالة الصلبة ، ومتوسطة في الحالة السائلة.

تحدث انتقالات الطور بسبب التغيرات في الظروف الفيزيائية ، مثل درجة الحرارة و/أو الضغط ، والتي تؤثر على قوة القوى بين الجزيئات. على سبيل المثال، تؤدي إضافة الحرارة إلى مادة ما إلى زيادة الطاقة الحرارية لجسيماتها' (أو طاقة الحركة) ، والتغلب على القوى الجذابة بين الجزيئات بينهما. تذوب المادة الصلبة عندما ترتفع درجة حرارتها إلى النقطة التي تهتز فيها الجسيمات بسرعة كافية لتخرج من مواضعها الثابتة. يسمى انتقال الطور هذا بالذوبان ، والنقطة التي يحدث عندها هي نقطة الانصهار الصلبة'. كلما زادت درجة الحرارة بشكل أكبر، تتحرك الجسيمات بشكل أسرع حتى تهرب أخيراً إلى الحالة الغازية. هذا هو التبخر، والنقطة التي يحدث عندها هي نقطة غليان السائل.

تعتمد نقطة انتقال الطور وتغير الطاقة المرتبط بالانتقال على القوى بين الجزيئات الموجودة في المادة. عند ضغط معين ، تتطلب المواد ذات القوى بين الجزيئات الأقوى مزيدًا من الطاقة للتغلب عليها ، وبالتالي ، تخضع لتغييرات المرحلة عند درجات حرارة أعلى. تسمى الطاقة اللازمة لإحداث الانتقال الكامل لمول واحد من مادة ما دون تغيير في درجة الحرارة بالحرارة المولية أو المحتوى الحراري المولي لهذا الانتقال. على سبيل المثال، الطاقة المطلوبة لتبخير مول واحد من السائل تسمى المحتوى الحراري المولي للتبخر.

تكون التحولات التي تحدث عن طريق امتصاص الطاقة طاردة للحرارة، وتكون قيم المحتوى الحراري الخاصة بها سالبة. من ناحية أخرى، فإن التحولات التي تحدث عن طريق إطلاق الطاقة تكون ماصة للحرارة، وقيم المحتوى الحراري الخاصة بها موجبة. على سبيل المثال، بينما يكون المحتوى الحراري المولي للتبخر موجبًا ، يكون المحتوى الحراري المولي للتكثف سالبًا.

نظرًا لأن مادة ما تتحول من مرحلة إلى أخرى عن طريق الجزيء، أثناء انتقال الطور ، تتعايش المرحلتان؛ وتبقى درجة حرارة المادة ثابتة، على الرغم من الإمداد المستمر بالحرارة. بعد اكتمال انتقال الجزء الأكبر، ترتفع درجة حرارة المادة.

عندما تحدث انتقالات الطور في نظام مغلق، تحدث التحولات المقابلة بمعدلات متساوية ، مما يؤدي إلى حالة من التوازن الديناميكي.