Perubahan keadaan jirim

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: perubahan keadaan jirim. Ia dibina terus daripada teori kinetik dan diperiksa setiap tahun melalui lengkung pemanasan dan penyejukan, yang menghargai apabila anda menerangkan mengapa suhu berkelakuan sedemikian. Kuasai penaakulan di sini dan soalan ini menjadi antara markah paling boleh dipercayai dalam Kimia SPM.

Penukaran antara keadaan jirim

Jirim boleh ditukar dari satu keadaan ke keadaan lain melalui pemanasan atau penyejukan. Setiap perubahan mempunyai nama yang mesti anda gunakan dengan betul:

• Peleburan, pepejal ke cecair (haba diserap).
• Pembekuan (pemejalan), cecair ke pepejal (haba dibebaskan).
• Pendidihan / penyejatan, cecair ke gas (haba diserap).
• Kondensasi (kepeluwapan), gas ke cecair (haba dibebaskan).
• Pemejalwapan, pepejal terus ke gas tanpa melalui keadaan cecair (contohnya iodin dan ais kering); pemendapan ialah songsangnya, gas terus ke pepejal.

Pemanasan membekal tenaga yang membolehkan zarah bergerak lebih dan terputus daripada satu sama lain; penyejukan mengeluarkan tenaga supaya daya tarikan menarik zarah kembali ke keadaan yang lebih teratur.

Mengapa suhu kekal malar semasa perubahan keadaan

Inilah idea utama yang diuji peperiksaan. Apabila anda memanaskan pepejal tulen, suhunya naik sehingga mencapai takat lebur. Semasa pepejal melebur, suhu kekal malar walaupun haba masih dibekalkan. Sebabnya: tenaga haba yang diserap digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara zarah (menambah tenaga keupayaan zarah), bukan untuk menambah tenaga kinetiknya. Kerana tenaga kinetik tidak berubah, suhu, yang bergantung pada purata tenaga kinetik, kekal sama. Setelah semua pepejal melebur, suhu naik semula sehingga takat didih, di mana ia kekal malar kali kedua semasa cecair mendidih.

Semasa penyejukan, imej cermin berlaku: pada takat beku suhu kekal malar semasa cecair membeku, kerana haba dibebaskan ketika daya tarikan terbentuk semula. Tenaga yang dibebaskan ini mengekalkan suhu sehingga perubahan keadaan selesai.

Definisi. Takat lebur ialah suhu malar apabila pepejal bertukar menjadi cecair; takat didih ialah suhu malar apabila cecair bertukar menjadi gas; takat beku sama dengan takat lebur bagi bahan tulen. Bahagian mendatar (plato) pada lengkung pemanasan atau penyejukan menandakan perubahan keadaan, di mana pepejal dan cecair (atau cecair dan gas) wujud bersama.

Contoh penyelesaian

Soalan. Naftalena pepejal dipanaskan sehingga melebur dan kemudian dibiarkan menyejuk. Pada lengkung penyejukan, suhu turun, kemudian kekal malar pada 80 °C selama beberapa minit, kemudian turun semula. Terangkan, dari segi zarah, apa yang berlaku dalam bahagian mendatar pada 80 °C.

Langkah 1, Kenal pasti perubahan keadaan. Bahan sedang menyejuk, dan bahagian mendatar berada pada takat beku, jadi pada 80 °C naftalena cecair sedang membeku (memejal) menjadi naftalena pepejal.

Langkah 2, Terangkan mengapa suhu malar. Semasa pembekuan, zarah semakin rapat dan membentuk susunan yang teratur, jadi daya tarikan sedang terbentuk dan tenaga haba dibebaskan ke persekitaran.

Langkah 3, Kaitkan tenaga dengan suhu. Haba yang dibebaskan mengimbangi tepat haba yang hilang ke persekitaran, jadi purata tenaga kinetik zarah tidak berubah dan suhu kekal malar pada 80 °C sehingga semua cecair menjadi pepejal.

Jawapan. Dalam bahagian mendatar cecair sedang membeku; suhu kekal malar pada 80 °C (takat beku) kerana tenaga haba yang dibebaskan ketika daya tarikan terbentuk mengekalkan suhu tetap sementara perubahan keadaan diselesaikan.

Soalan latihan

Soalan. Suatu pepejal tulen dipanaskan secara sekata. Suhunya naik ke 53 °C dan kekal di situ selama empat minit sebelum naik semula. Nyatakan nama proses yang berlaku semasa empat minit itu, namakan suhu 53 °C, dan terangkan mengapa suhu tidak naik walaupun pemanasan diteruskan.

Jawapan. Proses itu ialah peleburan, dan 53 °C ialah takat lebur pepejal. Suhu tidak naik kerana tenaga haba yang dibekalkan digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara zarah supaya ia boleh bergerak menjauh (menambah tenaga keupayaannya), bukan untuk menambah tenaga kinetiknya; kerana purata tenaga kinetik tidak berubah, suhu kekal malar sehingga semua pepejal melebur.

Petua peperiksaan

Bagi soalan lengkung pemanasan dan penyejukan, mula-mula baca sama ada bahan sedang dipanaskan (suhu umumnya naik, tenaga diserap) atau disejukkan (suhu umumnya turun, tenaga dibebaskan), ini memberitahu anda sama ada plato itu peleburan/pendidihan atau pembekuan/kondensasi. Kemudian sentiasa beri sebab suhu malar dengan perkataan yang sama: tenaga haba digunakan untuk mengatasi (atau dibebaskan sebagai) daya tarikan antara zarah, jadi tenaga kinetik, dan justeru suhu, tidak berubah. Markah yang kerap hilang ialah menulis bahawa bahan “berhenti menyerap haba”; ia tidak, tenaga masih mengalir, cuma ia mengubah tenaga keupayaan, bukan tenaga kinetik.

Penyejatan berbanding pendidihan

Soalan kerap menguji beza antara penyejatan dan pendidihan, jadi ketahui kedua-duanya dengan jelas. Penyejatan berlaku hanya di permukaan cecair, boleh berlaku pada mana-mana suhu di bawah takat didih, dan berlaku secara perlahan. Semasa penyejatan, hanya zarah di permukaan yang mempunyai tenaga kinetik cukup tinggi terlepas menjadi wap. Pendidihan pula berlaku pada takat didih tetap, di seluruh cecair (gelembung wap terbentuk di dalam cecair, bukan hanya di permukaan), dan berlaku dengan cepat. Kedua-duanya menyerap haba, tetapi hanya pendidihan berlaku pada suhu malar tertentu. Memahami perbezaan ini membantu anda menjawab soalan tentang pengeringan pakaian (penyejatan) berbanding air mendidih dalam periuk (pendidihan) dengan istilah yang betul.

Bagi pemejalwapan, ingat contoh yang lazim diperiksa: iodin dan ais kering (karbon dioksida pepejal) bertukar terus dari pepejal ke gas apabila dipanaskan, tanpa melalui keadaan cecair. Ini berguna dalam teknik seperti penulenan melalui pemejalwapan, dan sebutan contoh yang betul selalunya diberi markah.

Kedudukan dalam bab

Standard ini menyusul daripada jirim dan teori kinetik dan terletak dalam bab Jirim dan Struktur Atom. Ulang kaji ia bersama seluruh bab dengan nota ulang kaji, dan berlatih membaca graf dengan contoh penyelesaian. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami memastikan penerangan lengkung anda sentiasa mengaitkan suhu malar dengan daya tarikan, kerana satu ayat itulah yang memisahkan jawapan separa daripada jawapan penuh.

Ringkasan pantas

• Peleburan, pembekuan, pendidihan, kondensasi dan pemejalwapan ialah perubahan keadaan; ketahui yang mana menyerap dan yang mana membebaskan haba.
• Suhu kekal malar semasa perubahan keadaan kerana tenaga mengatasi atau membentuk daya tarikan, bukan tenaga kinetik.
• Plato pada lengkung pemanasan/penyejukan menandakan perubahan keadaan di mana dua keadaan wujud bersama.
• Sentiasa terangkan suhu malar dari segi daya tarikan dan tenaga kinetik yang tidak berubah.