تغییرات فازی ماده: انواع، فرآیندها و کاربردها

مواد در حال تجربه تغییرات فازی یا انتقال از یک حالت ماده به حالت دیگر هستند. در زیر لیستی کامل از نام های این تغییرات فازی مواد آورده شده است. شناخته شده ترین آن ها شامل شش تغییر بین جامدات، مایعات و گازهاست. با این حال، پلاسما نیز یک حالت ماده است، بنابراین لیست کامل شامل هشت تغییر فازی می شود.

چرا تغییرات فازی مواد اتفاق می افتد؟

تغییرات فازی مواد معمولاً زمانی رخ می دهد که دما یا فشار یک سیستم تغییر کند. وقتی دما یا فشار افزایش می یابد، مولکول ها بیشتر با یکدیگر تعامل دارند. هنگامی که فشار افزایش می یابد یا دما کاهش می یابد، برای اتم ها و مولکول ها راحت تر است که به یک ساختار سفت تر نشسته شوند. وقتی فشار آزاد می شود، برای ذرات راحت تر می شود که از یکدیگر دور شوند.

برای مثال، در فشار طبیعی جو، یخ در اثر افزایش دما ذوب می شود. اگر دما ثابت بماند ولی فشار کاهش یابد، در نهایت به نقطه ای می رسید که یخ به طور مستقیم به بخار آب تبدیل می شود.

ذوب شدن (جامد به مایع)

این تغییر فازی نشان دهنده ذوب شدن یک مکعب یخ به آب است. ذوب شدن فرآیندی است که در آن یک ماده از حالت جامد به حالت مایع تغییر می کند.

منجمد شدن (مایع به جامد)

این مثال نشان دهنده منجمد شدن خامه شیرین به بستنی است. منجمد شدن فرآیندی است که در آن یک ماده از حالت مایع به حالت جامد تغییر می کند. تمام مایعات به جز هلیوم در زمانی که دما به اندازه کافی سرد می شود، منجمد می شوند.

تبخیر (مایع به گاز)

این تصویر نشان دهنده تبخیر الکل به بخار آن است. تبخیر، یا بخار شدن، فرآیندی است که در آن مولکول ها به طور خودبه خود از حالت مایع به حالت گاز منتقل می شوند.

میعان (گاز به مایع)

این عکس فرآیند میعان بخار آب به قطرات شبنم را نمایش می دهد. میعان، برعکس تبخیر، تغییر فازی ماده از گاز به مایع است.

چگالش (گاز به جامد)

این تصویر نشان دهنده چگالش بخار نقره در یک اتاق خلا بر روی یک سطح است تا یک لایه جامد برای یک آینه ایجاد کند. چگالش به قرارگیری ذرات یا رسوب بر روی یک سطح اشاره دارد. این ذرات ممکن است از بخار، محلول، معلق یا مخلوط منشاء بگیرند. چگالش همچنین به تغییر فازی ماده از گاز به جامد اشاره دارد.

تصعید (جامد به گاز)

این مثال نشان دهنده تصعید یخ خشک (دی اکسید کربن جامد) به گاز دی اکسید کربن است. تصعید انتقال از حالت جامد به حالت گاز بدون گذر از یک حالت مایع واسطه است. یک مثال دیگر زمانی است که یخ به طور مستقیم به بخار آب در یک روز سرد و بادگیر زمستانی تبدیل می شود.

یونیزه شدن (گاز به پلاسما)

این تصویر نشان دهنده یونیزه شدن ذرات در جو بالایی برای تشکیل شفق قطبی است. یونیزاسیون ممکن است درون یک اسباب بازی کره پلاسمایی مشاهده شود. انرژی یونیزاسیون انرژی لازم برای حذف یک الکترون از یک اتم یا یون گازی است.

بازترکیب (پلاسما به گاز)

خاموش کردن یک لامپ نئون باعث می شود که ذرات یونیزه شده به حالت گاز بازگردند که به این فرآیند بازترکیب گفته می شود. این فرآیند ترکیب بارها یا انتقال الکترون ها در گاز است که منجر به خنثی سازی یون ها می شود.

تغییرات فازی ماده بر اساس حالت

یک روش دیگر برای فهرست کردن تغییرات فازی بر اساس حالات ماده است:

جامدات: جامدات می توانند به مایع ذوب شوند یا به گازها تبدیل شوند. جامدات از طریق رسوب گذاری از گازها یا انجماد مایعات شکل می گیرند.

مایعات: مایعات می توانند به گاز بخار شوند یا به جامد منجمد شوند. مایعات از طریق میعان گازها و ذوب شدن جامدات شکل می گیرند.

گازها: گازها می توانند به پلاسما یونیزه شوند، میعان پیدا کنند به مایع یا به جامد تبدیل شوند. گازها از طریق سوبلیمیشن جامدات، بخار شدن مایعات و بازترکیب پلاسما شکل می گیرند.

پلاسما: پلاسما می تواند بازترکیب شود و به گاز تبدیل شود. پلاسما اغلب از طریق یونیزه شدن گاز شکل می گیرد، با این حال اگر انرژی و فضای کافی وجود داشته باشد، امکان دارد که مایع یا جامد به طور مستقیم به گاز یونیزه شوند.

تغییرات فازی ماده همیشه زمانی که یک وضعیت مشاهده می شود، واضح نیست. به عنوان مثال، اگر سوبلیمیشن یخ خشک به گاز دی اکسید کربن را مشاهده کنید، بخار سفیدی که مشاهده می شود عمدتاً بخار آب است که از بخار آب موجود در هوا به قطرات مه مایع شده است.

چندین تغییر فاز می تواند به طور هم زمان رخ دهد. به عنوان مثال، نیتروژن منجمد در معرض دما و فشار معمولی هم فاز مایع و هم فاز بخار را تشکیل می دهد.