כימיה לבגרות/מצבי צבירה
הקדמה
עריכהמצב צבירה של חומר הוא אחד מארבעת המצבים או הפאזות הבסיסיים והעיקריים של החומר, שניתן להבדיל ביניהם באופן אינטואיטיבי. לחומר ארבעה מצבי צבירה אפשריים והם: מוצק, נוזל, גז ופלזמה. קיימות פאזות רבות נוספות לחומרים שונים, ולעתים כדי להבדיל ביניהן נדרשים ידע וכלים מתאימים.
חומר יעבור ממצב צבירה אחד לשני בטמפרטורה מסוימת, הנקראת טמפרטורת מעבר. טמפרטורות המעבר שונות עבור כל חומר. עקב החשיבות הרבה של מצבי הצבירה והמעברים ביניהם בחיי היום-יום, לכל מעבר מצב צבירה שם ייחודי: מעבר ממוצק לנוזל נקרא התכה (ולא המסה כפי שלפעמים נקרא בטעות), מעבר מנוזל לגז נקרא רתיחה, ומעבר מגז לפלסמה נקרא יינון. גם למעברים ההפוכים שם ייחודי: מעבר מפלאסמה לגז נקרא רקומבינציה, מעבר מגז לנוזל נקרא עיבוי, ומעבר מנוזל למוצק נקרא הקפאה או התמצקות. טמפרטורת המעבר תלויה גם בסוג החומר אך גם בלחץ. בדרך כלל לחץ גבוה יותר יעלה את טמפרטורת המעבר, אך לא תמיד. דוגמה בולטת למקרה ההפוך היא התכה של מים. את הקשר בין מצבי הצבירה השונים, לחץ וטמפרטורה אפשר לצייר בדיאגרמת פאזות.
לא כל החומרים מופיעים בכל מצבי הצבירה, לדוגמה: נייר לא יכול להיות גז, הוא נשרף, משנה את מבנהו הכימי והופך לפיח. מים כדוגמה, הם חומר המסוגל להיות בכל ארבעת מצבי הצבירה.
סוגי מצבי הצבירה
עריכה- מוצק: המולקולות של החומר מסודרות והרווחים ביניהן קטנים מאוד. לחומר במצב זה צורה מוגדרת (להבדיל מנוזל ומגז שלהם אין צורה מוגדרת - הם מקבלים את צורת הכלי שבו הם נמצאים) ונפח מוגדר (בדומה לנוזל, אך להבדיל מגז).
- נוזל: מולקולות החומר אינן מסודרות אבל הרווח ביניהן קטן. תנועת המולקולות אינה רבה כמו בגז, אבל אינה מעטה כמו במוצק.
- גז: המולקולות אינן צמודות (ישנו ריק ביניהן) והן נעות בחופשיות. גז, בדומה לנוזל, מסוגל לזרום, ואינו מתנגד לשינוי בצורתו. בניגוד לנוזל, לגז אין נפח קבוע, והוא נוטה להתפשט כדי למלא את כל הנפח שהוקצב לו.
- פלזמה: חלק או כל האלקטרונים שבחומר מתנתקים ממנו והמולקולות הופכות להיות טעונות חשמלית.
סיכום מצבי הצבירה
עריכה| מוצק | נוזל | גז | |
|---|---|---|---|
| חלקיקים | מסודרים (צמודים מאוד) | פחות מסודרים (פחות מרוחקים) | לא מסודרים (רחוקים מאוד) |
| סידור חלקיקים | סריג | תופס צורת הכלי | תופס נפח הכלי |
| תנועה | קלה (ויברציה) | ויברציה ורוטציה (משיכה סביב הקשר) | ויברציה, רוטציה ומעתק (משנה מקום) |
מעברי מצבי צבירה (מעברי פאזה)
עריכה.JPG)
שמות המעברים בין מצבי הצבירה
עריכהמעבר של חומר בין מצבי הצבירה השונים תלוי בטמפרטורה ובלחץ. למעברים בין מצבי הצבירה יש שמות ייחודיים:
- ממוצק לנוזל - תהליך הנקרא התכה (או היתוך), כלומר, מעבר ממצב צבירה אחד למשנהו. למשל: התכת שוקולד בשמש. תהליך זה שונה מתהליך ההמסה הנעשה ע"י ממס אחר. למשל: ערבוב של שוקולד ומים.
- מנוזל לגז - מתבצע על ידי :
- התאיידות (נידוף) בדרך כלל על ידי אידוי טבעי שמתרחש כאשר חומר הופך ממצב צבירה נוזל לגז.
- רתיחה - לרוב מתבצע ע"י האדם כאשר רוצה שנוזל יהפוך לגז. כמו למשל הדלקת גז לחימום המים.
- דיות
- מגז לנוזל - תהליך הנקרא עיבוי
- מנוזל למוצק - תהליך הנקרא נקודת קיפאון או התמצקות.
- מעבר ממוצק לגז - תהליך הנקרא המראה (לועזית: סובלימציה). כמו למשל יוד.
- גז למוצק - תהליך הנקרא דפוזיציה (בעברית: ריבוץ).
- גז לפלזמה: יינון.
- פלזמה לגז: רקומבינציה.
המושג המסה (מסיסות) אינו מעבר בין מצבי צבירה, אלא מתאר ערוב של שני חומרים ליצירת תמיסה.
מצבי צבירה מיוחדים
עריכהקיימים חומרים אשר יכולים להתקיים במצבי צבירה מורכבים יותר כגון גבישים נוזליים, נוזל-על, ננו-חלקיקים, עיבוי בוז-איינשטיין, חומר מנוון, כוכב נייטרונים ואחרים. אלו מצבים שנדירים על פני כדור הארץ, חלקם מלאכותיים ומתקיימים במעבדות בלבד אשר בהם לא נעסוק.
ציר נקודות קיפאון ורתיחה של מים
עריכה- נקודת קיפאון - הנקודה בה חומר נמצא בשלב מעבר בין מצב נוזל למוצק, כלומר יהיו חלקיקי חצי במצב מוצק וחצי בנוזל. כאשר הטמפרטורות ירדו מתחת לנקודת הקפאון החומר יהיה מוצק.
- נקודת רתיחה - נקודת המעבר בין נוזל לגז, כלומר חצי מהחלקיקים יהיו במצב נוזל וחצי מהם במצב גזי. כאשר הטמפרטורות יעלו מעל נקודת היתוך החומר כולו יהיה במצב גזי.
טמפרטורות שחשוב לזכור
עריכה- טמפרטורת החדר - 25 מעלות צלזיוס.
- טמפרטורת היתוך (0 מעלות צלזיוס) ורתיחה (100 מעלות צלזיוס) של מים.