تغییر فیزیکی

فرایندی است که در آن ، تنها حالت فیزیکی ماده تغییر می‌یابد و ماده ای به ماده دیگری تبدیل نمی‌شود

.
  

بطور کلی ، تغییراتی که در هر واکنش بر روی مواد واکنش‌دهنده صورت می‌گیرد، به دو نوع تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی تقسیم بندی می‌شوند. در تغییر شیمیایی ، ساختار ذره های تشکیل‌دهنده ماده دچار تغییر می‌شود و ماده ای به ماده دیگر تبدیل می‌شود، مانند فرایند سوختن ، زنگ زدن و فاسد شدن و... . ولی در تغییر فیزیکی تغییری در آرایش الکترونی اتم‌ها در مولکولهای ماده صورت نمی‌گیرد. یعنی ماهیت

شیمیایی ماده تغییر نمی‌یابد و فقط حالت فیزیکی ماده تغییر می‌یابد.

بنابراین در تعادل‌های فازی ، تغییر حالت فیزیکی را خواهیم داشت. بنابراین تغییر کلیه حالات ماده نظیر ذوب ،انجماد ، تبخیر ، میعان ، تصعید ، تقطیر و... و نیز انحلال نمک‌ها، بازها و مواد آلی نظیر قند و الکل در آب ، پدیده‌های فیزیکی محسوب می‌گردند

مفهوم فاز

یک فاز ، بخشی از ماده است که تمام آن ، از نظر ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی یکسان باشد. مثلا ، آب با توجه به فشار و دما می‌تواند بصورت بخار ، مایع یا جامد باشد. به هر کدام از این شکل‌های فیزیکی ، یک فاز می‌گویند.
وقتی که تغییر فازی انجام می‌شود، ماهیت ماده تغییر نمی‌کند، بنابراین تغییر فاز ، یک تغییر فیزیکی است. برای مثال ، ذوب یخ یک تغییر فیزیکی است که در آن فاز جامد به فاز مایع تبدیل می‌شود و بطور کلی ، هر کدام از تبدیل‌های جامد به مایع ، مایع به بخار ، بخار به جامد ، مایع به جامد و جامد به بخار یک تغییر فاز بشمار می‌آیند. فرایندهایی که در آنها ، تغییر فیزیکی صورت می‌گیرد، در زیر آمده است.

ذوب

فرایندی که در آن جامد به مایع تبدیل می‌شود، ذوب نامیده می‌شود و نقطه ذوب یک محلول ، دمایی است که در آن ، مایع و جامد در فشار کل 1atm، در حال تعادلند. در نقطه ذوب ، دمای سیستم مایع - جامد ثابت می‌ماند تا اینکه تمام فاز جامد به فاز مایع تبدیل شود. در حالت جامد ، نیروهای جاذبه بین مولکولی ، مولکولها را در مواضع مشخص از شبکه بلورین ثابت نگه می‌دارد و با افزایش دما ، انرژی جنبشی مولکولها افزایش می‌یابد و این افزایش حرکت مولکولی برخلاف نیروی جاذبه عمل کرده و باعث می‌شود ساختار بلورین از بین برود و مایع جاری شود.

به همین جهت ، مایعات شکل مشخصی ندارند، ولی دارای حجم معینی هستند. برای مثال آب شدن یخ در اثر جذب گرما ، نمونه‌ای از فرایند ذوب می‌باشد. 
 

انجمـــــاد

فرایندی که درآن ، تبدیل مایع به جامد صورت می‌گیرد، انجماد نامیده می شود و نقطه انجماد یک محلول ، دمایی است که در آن ، مایع و جامد در فشار 1، در حال تعادلند. در نقطه انجماد ، دمای سیستم مایع - جامد ثابت می‌ماند تا اینکه تمام مایع منجمد شودatm.

با سرد شدن مایع ، حرکت مولکول های آن ، بیش از پیش کند می‌شود و سرانجام ، در دمای انجماد ، انرژی جنبشی تعدادی از مولکولها به اندازه ای کم می‌شود که جاذبه‌های بین مولکولی می‌توانند آنها را در ساختار بلورین نگه دارند. در این حال انجماد آغاز می شود و مولکولها بتدریج در مواضع طرح بلورین قرار می‌گیرند تا این که تمام مایع به جامد تبدیل شود. برای مثال ، انجماد آب در اثر سرما.

تبخیــــر

فرایندی که در آن ، تبدیل مایع به بخار صورت می‌گیرد، تبخیر نامیده می‌شود. تبخیر یک مایع ، شامل جدا شدن مولکولها از سطح مایع و پراکنده شده آنها در فضای بالای مایع است. با افزایش دما ، فشار بخار مایع افزایش می‌یابد و موقعی که فشار درون مایع با فشار خارجی برابر می‌شود (در دمای جوش) ، عمل تبخیر در تمام مایع روی داده و بخار در محیط پخش می‌گردد. مانند تبخیر آب یا هر مایع دیگر در اثر جذب گرما. 
 

تصعـــید

فرایندی که در آن ، جامد بدون عبور از حالت مایع مستقیما به بخار تبدیل می‌گردد، تصعید نامیده می‌شود. این فرایند ، برگشت پذیر است. برای مثال ، اگر یخ خشک (دی‌اکسید کربن جامد) را تحت فشار 1atm ، گرم کنیم، در دمای 78,5- درجه سانتی‌گراد ، مستقیما به گاز تبدیل می‌شود

. آنتالپی مولی تصعید ، مقدار گرمایی است که بایستی به یک مول از ماده جامد داده شود تا مستقیما به گاز تبدیل گردد.

میعـــــان

فرایندی که در آن بخار به مایع تبدیل شود، میعان نامیده می شود. در این فرایند ، با کاهش دما انرزی جنبشی مولکولهای بخار کاهش یافته و نیروی جاذبه بین مولکولها افزایش می‌یابد و در نتیجه ، در دمای خاصی مولکولهای بخار به مایع تبدیل می‌شود. نمونه‌ای از فرایند میعان ، سرد کردن بخار آب و تبدیل آن به مایع می‌باشد

. 

تقطیـــــر

اجزای سازنده محلولی از یک ماده حل شده غیر فرار را می‌توان با تقطیر ساده از هم جدا کرد. برای این کار ، محلول را می‌جوشانیم تا حلال فرار ، تبخیر و از ماده حل‌شده جدا شود. با سرد کردن بخار ، حلال مایع جمع آوری می‌شود و ماده حل شده غیر فرار بصورت باقیمانده تقطیر باقی می‌ماند و اجزای سازنده محلول ، حاوی چند جزء فرار را می‌توان با فرایند تقطیر جزء به جزء با استفاده از اختلاف دمای جوش از هم جدا کرد، مانند تقطیر جزء به جزء نفت خام.

تبلـــــور

تبلور معمولا در موقع تبدیل یک حالت فیزیکی به حالت فیزیکی دیگر صورت می‌گیرد. این تبدیل به سه صورت زیر انجام می‌شود:
 

• تبلور در هنگام تبدیل حالت مایع به جامد: این نوع تبلور به دو صورت زیر انجام می‌گیرد:
  • انجماد مواد مذاب: در اثر سرد کردن ماده مذاب ، اتمها یا مولکولها با هر موقعیتی که دارند، متراکم و بی‌حرکت می‌شوند و ماده منجمد می‌شود. در این صورت ، جسمی جامد بدون داشتن نظم ذره‌ای تشکیل می‌شود. ولی اگر سرد شدن به آرامی و کندی انجام گیرد، اتمها و مولکولها با توجه به نیروی جاذبه و اطاعت از شبکه تبلور کنار هم چیده شده و بلور منتظمی را تشکیل می‌دهند.
  • تبلور مواد محلول : در این نوع تبلور ، باید محلول به حالت فراسیر شده باشد. در چنین محلول هایی ، بلورها تشکیل و ته‌نشین می‌شوند. رشد بلورها از طریق اتصال منظم یونها ، اتمها و یا مولکولهای معلق در محلول به نطفه های بلور صورت می‌گیرد.
• تبلور در هنگام تبدیل حالت بخار به جامد (سوبلیماسیون): در این حالت تبلور بلورها مستقیما از تبدیل بخار به جامد حاصل می‌شوند. مثال بسیار روشن ، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم بخار آب اطاقها بر روی شیشه پنجره‌ها در سرمای زمستان می‌باشد.
• تبلور مواد جامد: تشکیل بلورهای دانه درشت از بلورهای کوچکتر که تحت تاثیر فشار و حرارت و در مدت زمان طولانی صورت می‌گیرد، مانند تشکیل بلورهای دانه درشت کلسیت از بلورهای ریز کربنات کلسیم
•  

انحـــــلال

پدیده انحلال نیز یک پدیده فیزیکی می‌باشد و بطور کلی ، حل شدن یک ماده حل شونده در یک حلال ، شامل مراحل زیر می‌باشد:
 

• جدا شدن ذرات تشکیل دهنده ماده حل شونده از یکدیگر.
• جدا شدن مولکولهای حلال از یکدیگر و پخش شدن ذرات ماده حل شونده در بین مولکولهای حلال.
• بوجود آمدن نیروی جاذبه بین ذرات جسم حل‌شونده و مولکولهای حلال.

در مرحله اول و دوم‌ ، برای غلبه بر نیروهای جاذبه بین مولکولی مواد حل‌شونده و حلال ، باید انرژی جذب شود و در مرحله سوم با بوجود آمدن نیروهای جاذبه بین ذرات حل‌شونده و حلال ، انرژی آزاد می‌شود. بدین ترتیب اگر انرژی جذب شده بیشتر از انرژی آزاد شده باشد فرایند حل شدن ، گرماگیر است و برعکس اگر انرژی جذب شده کمتر از انرژی آزاد شده باشد، فرایند انحلال ، گرماده است.

مثال هایی برای تغییر فیزیکی

چرخــه ی آب

آبی که امروزه استفاده می­کنیم، صدها میلیون سال است که وجود دارد و مقدار آن خیلی تغییر نکرده است. آب در سرتاسر دنیا حرکت می‌کند، شکل آن تغییر می‌کند، توسط گیاهان و جانوران جذب می‌شود اما هرگز ناپدید نمی‌شود و از بین نمی‌رود. بنابراین آب، چرخه‌ای عظیم و دائمی را طی می‌کند که آن را چرخه آب می‌نامیم.

در هریک از مراحل چرخه آب شکل ملکول آن تغییر نمی کند و فقط شکل و حالت آن تغییر کرده است به همین دلیل از تغییرات فیزیکی به حساب می آید

• مغناطیسی شدن آهن
• مغناطیسی شدن آهن در مجاورت آهن ربا یک پدیده فیزیکی است. زیرا اولا اثری بر خواص شیمیایی آهن ندارد و ثانیا با دور کردن آهن ربا و یا با استفاده از روش‌های فیزیکی می‌توان این خاصیت را از بین برد
• .
• نمونه هایی از تغییرات فیزیکی دیگر عبارتند از:
•  
• اغلب فرایندهای انحلال حل شدن قند یا نمک در آب
• مانند تبدیل گندم به آرد
•  حل شدن شکر در آب
• حل شدن نمک در آب
• تراشیدن مداد
• خرد کردن خوشه‌های گندم
• خم شدن آهن، بریدن چوب
• تشکیل ابر، بارش باران
• انبساط و انقباض
• ذوب شدن، انجماد ،تبخیر، تقطیر میعان، جوشیدن
• جذب آهن توسط آهن ربا
• قالب ریزی فلزات
• حل شدن اکسیژن در آب
• فرسایش خاک
• تغییرات حاصل از زلزله
• جا به جا شدن خاک‌ها
•  آلیاژ فلزات
• تصعید نفتالین در دمای اتاق
• آسیاب کردن مواد
• رنگ کردن کاغذ با آبرنگ و ...نیز جزئی از تغییرات فیزیکی هستند. زیرا هیچگونه تغییری در ساختار مواد آنها صورت نمی‌گیرد.