Back to the topics list

مادے کی حالت میں تبدیلی

مادے کی تین حالتیں/مرحلے ہیں یعنی ٹھوس، مائع اور گیس۔ درجہ حرارت اور دباؤ کی مختلف حالتوں میں تینوں مراحل میں ایک ہی مادہ موجود ہو سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، 0 ° C پر برف (ٹھوس) جب گرم ہوتی ہے تو 0 ° C پر پانی (مائع) بن جاتی ہے، جو مزید گرم ہونے پر 100 ° C پر بھاپ (گیس) میں بدل جاتی ہے۔ اس طرح ایک ماحول کے دباؤ پر، پانی مختلف درجہ حرارت پر تینوں مراحل میں پایا جاتا ہے۔

ایک مستقل درجہ حرارت پر ایک حالت سے دوسری حالت میں تبدیلی کے عمل کو مرحلے کی تبدیلی کہتے ہیں۔ یہ گرمی کے تبادلے کی وجہ سے لایا جاتا ہے۔
ٹھوس سے مائع مرحلے میں تبدیلی کو پگھلنے کے نام سے جانا جاتا ہے، جبکہ مائع سے ٹھوس میں الٹ تبدیلی کو منجمد کہا جاتا ہے۔ مائع سے بخارات میں تبدیلی کو بخارات کے نام سے جانا جاتا ہے، جبکہ گیس سے مائع میں الٹ تبدیلی کو کنڈینسیشن (یا لیکیفیکشن) کہا جاتا ہے۔ ٹھوس سے بخارات میں براہ راست تبدیلی کو سبلیمیشن کہتے ہیں اور بخارات سے ٹھوس میں معکوس تبدیلی کو جمع کہا جاتا ہے۔

پگھلنا اور جمنا

ایک مستقل درجہ حرارت پر حرارت کو جذب کرکے ٹھوس سے مائع مرحلے میں تبدیلی پگھلنے کہلاتی ہے۔ دی مستقل درجہ حرارت جس پر ٹھوس مائع میں تبدیل ہوتا ہے اسے ٹھوس کا پگھلنے والا نقطہ کہا جاتا ہے۔ ایک مستقل درجہ حرارت پر حرارت کی آزادی کے ساتھ مائع سے ٹھوس مرحلے میں الٹ تبدیلی کو منجمد کہا جاتا ہے اور جس درجہ حرارت پر مائع ٹھوس بن جاتا ہے اسے اس کا نقطہ انجماد کہا جاتا ہے۔ حرارت کی توانائی پگھلنے کے دوران جذب ہو جاتی ہے اور اسے مستقل درجہ حرارت پر جمنے کے دوران رد کر دیا جاتا ہے۔

پگھلنے کے دوران برف کا حرارتی وکر

اوپر والا گراف دیکھیں۔ برف کا درجہ حرارت حصہ AB میں 0 °C کے برابر رہتا ہے جب تک کہ پوری برف پگھل نہ جائے۔ اس دوران فراہم کی جانے والی گرمی برف کو پگھلانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ اس کے بعد برف پگھلنے سے بننے والے پانی کا درجہ حرارت 0 °C (حصہ BC) سے بڑھنا شروع ہو جاتا ہے۔

بخارات یا ابالنا

ایک مستقل درجہ حرارت پر حرارت کے جذب ہونے پر مائع سے گیس (یا بخارات) کے مرحلے میں تبدیلی کو بخارات کہتے ہیں۔ وہ خاص درجہ حرارت جس پر بخارات پیدا ہوتے ہیں اسے مائع کا ابلتا نقطہ کہا جاتا ہے۔ اسی طرح، ایک مستقل درجہ حرارت پر حرارت کی آزادی پر بخارات سے مائع مرحلے میں تبدیلی کو کنڈینسیشن کہا جاتا ہے اور جس خاص درجہ حرارت پر گاڑھا ہونا ہوتا ہے اسے بخارات کا گاڑھا ہونا کہا جاتا ہے۔
حرارت کی توانائی بخارات کے دوران ایک مستقل درجہ حرارت پر جذب ہوتی ہے، جب کہ حرارت کی توانائی کی اتنی ہی مقدار مادہ کے اسی بڑے پیمانے پر اس درجہ حرارت پر گاڑھا ہونے کے دوران آزاد ہوتی ہے۔

پانی کی حرارتی وکر

پوائنٹ A پر، پانی کمرے کے درجہ حرارت (20 ° C) پر ہوتا ہے اور پھر حرارت کی توانائی کے جذب کے ساتھ، پانی کا درجہ حرارت اس حصے AB میں مسلسل بڑھتا ہے جہاں یہ مائع حالت میں ہوتا ہے۔ نقطہ B پر ابلنا شروع ہوتا ہے اور درجہ حرارت BC کے حصے میں مزید نہیں بڑھتا ہے، حرارت کی توانائی مسلسل جذب ہوتی رہتی ہے اور پانی کے ابلتے ہوئے کی نمائندگی کرتی ہے، B پانی کے ابلتے ہوئے نقطہ کے طور پر۔

ہم دال پکاتے وقت نمک کیوں ڈالتے ہیں؟ یہ اس حقیقت پر مبنی ہے کہ نجاست کو شامل کرنے سے پانی کا ابلتا نقطہ بڑھ جاتا ہے۔ ہم دالوں کو پکاتے وقت نمک ڈالتے ہیں، اس طرح پانی ابلنے سے پہلے اس کے مواد کو کافی حرارتی توانائی فراہم کرتا ہے اور اس طرح کھانا پکانا آسان اور تیز ہوجاتا ہے۔ میدانی علاقوں کی نسبت پہاڑیوں میں کھانا پکانے میں زیادہ وقت کیوں لگتا ہے؟ یہ اس حقیقت پر مبنی ہے کہ دباؤ میں کمی کے ساتھ ابلتا نقطہ کم ہوتا ہے۔ پہاڑیوں یا پہاڑوں جیسی اونچائیوں پر، ہوا کا دباؤ کم ہوتا ہے، اس لیے ان جگہوں پر پانی 100 °C سے کم درجہ حرارت پر ابلتا ہے اور اس لیے یہ کھانا پکانے کے لیے اپنے مواد کو مطلوبہ حرارتی توانائی فراہم نہیں کرتا ہے۔ اس طرح ایسی جگہوں پر کھانا پکانے میں زیادہ وقت لگتا ہے۔

لیٹنٹ ہیٹ اور مخصوص لیٹنٹ ہیٹ

کسی مادے کے مرحلے کی تبدیلی کے دوران جو ایک مستقل درجہ حرارت پر ہوتا ہے کافی مقدار میں حرارت کی توانائی جذب یا آزاد ہوجاتی ہے۔   چونکہ مرحلے کی تبدیلی میں جذب یا آزاد ہونے والی حرارت کی توانائی بیرونی طور پر درجہ حرارت میں کسی اضافے یا گرنے سے ظاہر نہیں ہوتی ہے، اس لیے اسے لیٹنٹ ہیٹ کہتے ہیں۔
اویکت حرارت، جب کسی مادہ کی اکائی بڑے پیمانے پر ظاہر کی جاتی ہے، مخصوص اویکت حرارت کہلاتی ہے اور علامت L سے ظاہر ہوتی ہے۔

مخصوص اویکت حرارت کی SI اکائی J kg ^-1 ہے، دیگر عام اکائیاں cal g ^-1 ہیں۔
1 کیلوری جی ^-1 = 4.2 × 10 ³ جے کلوگرام ^-1

فیوژن کی حرارت وہ تھرمل انرجی ہے جسے کسی خاص ماس یا مائع کی مقدار کو ٹھوس بنانے کے لیے واپس لیا جانا چاہیے یا کسی خاص ماس یا ٹھوس کی مقدار کو پگھلانے کے لیے شامل کیا جانا چاہیے۔ اسے فیوژن کی اویکت حرارت بھی کہا جاتا ہے۔ بخارات کی اویکت حرارت وہ گرمی ہے جو استعمال یا خارج ہوتی ہے جب مادہ ٹوٹ جاتا ہے، ایک مستقل درجہ حرارت پر سیال سے گیس کی حالت میں تبدیل ہوتا ہے۔
برف کے فیوژن کی مخصوص اویکت حرارت وہ حرارت کی توانائی ہے جو درجہ حرارت میں کسی تبدیلی کے بغیر 0 ° C پر پانی سے 0 ° C پر برف کے ایک یونٹ بڑے پیمانے پر پگھلنے کے لئے درکار ہے۔ برف کے جمنے کی مخصوص اویکت حرارت گرمی کی توانائی سے آزاد / جاری ہوتی ہے جب 0 ° C پر پانی کی ایک اکائی ماس درجہ حرارت میں کسی تبدیلی کے بغیر 0 ° C پر برف میں جم جاتی ہے۔ برف کے لیے، فیوژن کی مخصوص اویکت حرارت 336000 J kg ^-1 ہے، جس کا مطلب ہے کہ 0 ° C پر 1 کلو برف 0 ° C پر پانی میں تبدیل ہونے کے لیے 336000 J حرارت کی توانائی جذب کرتی ہے۔ بخارات کے لیے، یہ گرمی کی مقدار ہے (540 cal g ⁻¹ ) جس کے 1 جی سے زیادہ پانی کے دھوئیں کے 1 جی میں تبدیل ہونے کی توقع ہے۔ 1 جی پانی کے دھوئیں کے 1 جی پانی کے جمع ہونے کے دوران اسٹیج کی حرکت میں حرارت کا ایک ہی پیمانہ جاری کیا جاتا ہے۔

حرکی ماڈل کی بنیاد پر فیوژن کی اویکت حرارت کی وضاحت
متحرک ماڈل کے مطابق، ٹھوس میں مالیکیول اپنی اوسط پوزیشن کے بارے میں ہلتے ہیں۔ ایک مالیکیول کی کل توانائی اس کی حرکت اور اس کی ممکنہ توانائی (جو مالیکیولز کے درمیان کشش کی قوت اور ان کے درمیان علیحدگی پر منحصر ہے) کی وجہ سے حرکی توانائی (جو درجہ حرارت پر منحصر ہے) کا مجموعہ ہے۔ جب ٹھوس درجہ حرارت میں تبدیلی کے بغیر مائع میں تبدیل ہوتا ہے، تو مالیکیولز کی اوسط حرکیات تبدیل نہیں ہوتی ہیں لیکن انووں کے درمیان اوسطاً علیحدگی بڑھ جاتی ہے۔ مالیکیولز کے درمیان پرکشش قوتوں کے خلاف علیحدگی کو بڑھانے کے لیے کچھ توانائی درکار ہوتی ہے (یعنی مالیکیولز کی ممکنہ توانائی میں اضافے کے لیے)۔ اس طرح پگھلنے کے دوران فراہم کی جانے والی حرارت کی توانائی صرف مالیکیولز کی ممکنہ توانائی کو بڑھانے میں استعمال ہوتی ہے اور اسے پگھلنے کی اویکت حرارت کہا جاتا ہے۔

مثالیں

• پہاڑوں پر برف ایک ساتھ نہیں پگھلتی ہے: اس کی وجہ یہ ہے کہ برف میں فیوژن کی زیادہ مخصوص اویکت حرارت ہوتی ہے (336000 J kg ^-1 )۔ یہ آہستہ آہستہ پانی میں تبدیل ہوتا ہے کیونکہ اسے سورج سے حرارت کی توانائی ملتی ہے۔ اگر اویکت گرمی کم ہوتی تو سورج کی گرمی پڑنے پر تمام برف تھوڑی دیر میں پگھل جاتی اور دریاؤں میں طغیانی آجاتی۔
• ٹھنڈے ممالک میں جھیلوں اور تالابوں میں پانی ایک ساتھ جم نہیں جاتا: اس کی وجہ یہ ہے کہ برف کے فیوژن کی مخصوص اویکت حرارت کافی زیادہ ہوتی ہے، جس کی وجہ سے جھیلوں اور تالابوں کے پانی کو بڑی مقدار میں گرمی کو آزاد کرنا پڑتا ہے۔ منجمد ہونے سے پہلے ارد گرد. پانی کی سطح پر بننے والی برف کی تہہ گرمی کا ناقص کنڈکٹر ہونے کی وجہ سے جھیل کے پانی سے گرمی کے ضیاع کو بھی روکے گی اس لیے یہ ایک ساتھ جم نہیں جاتی۔
• 0 ° C پر برف کے ٹھنڈے پانی کے مقابلے میں برف کا ایک ٹکڑا شامل کرنے سے مشروبات زیادہ تیزی سے ٹھنڈا ہو جاتے ہیں: اس کی وجہ یہ ہے کہ 0 ° C پر 1 گرام برف 0 ° C پر پانی میں پگھلنے کے لئے مشروب سے 336 J حرارت کی توانائی لیتی ہے۔ سی۔ یہ مشروبات 0 °C پر 1 گرام برف میں اضافی 336 J گرمی توانائی کو آزاد کرتے ہیں، 0 ° C پر 1 گرام برف والے ٹھنڈے پانی سے۔

• پسینہ ٹھنڈک کا سبب بنتا ہے: پسینہ آنا ایک جان بچانے والا جسمانی فعل ہے جو آپ کے جسم کے درجہ حرارت کو منظم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ جب موسم گرم ہو یا ورزش یا بخار کی وجہ سے آپ کے جسم کا درجہ حرارت بڑھ جائے تو آپ کی جلد میں نالیوں کے ذریعے پسینہ خارج ہوتا ہے۔ اس میں 90 فیصد پانی ہوتا ہے۔ آپ کے جسم پر موجود پسینے کے قطرے جسم کی حرارت کو مائع سے بخارات میں منتقل کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ اس کے نتیجے میں ٹھنڈک کا اثر ہوتا ہے جو جسم کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنے اور جسم کو ٹھنڈا کرنے میں مدد کرتا ہے۔
• برتن کا ڈھکن کھولتے وقت ہمیشہ محتاط رہیں جب اس میں پانی ابل رہا ہو: پانی میں بخارات کی ایک بڑی مخصوص اویکت حرارت ہوتی ہے۔ جب بھاپ آپ کے بازو کی جلد پر گاڑھا ہو جاتی ہے، تو بہت بڑی مقدار میں اویکت حرارت خارج ہوتی ہے، جو شدید جلنے کا سبب بنتی ہے۔

سوال 1: 10 کلو برف پگھلنے کے لیے کتنی حرارت کی توانائی درکار ہے؟ (برف کی مخصوص اویکت حرارت = 336 J g ^-1 )
حل: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
حرارتی توانائی درکار = ایم ایل = 10000 × 336 = 3360000 جے

سوال 2: 250 گرام پانی کا درجہ حرارت 40 ° C پر برف ڈال کر اسے 0 ° C تک کم کیا جاتا ہے۔ شامل کردہ برف کے بڑے پیمانے پر تلاش کریں۔ (مخصوص اویکت گرمی کی برف 336 J g ^-1 ہے اور پانی کی مخصوص حرارت کی گنجائش 4.2 J g ^-1 K ^-1 ہے)
حل: پانی کے ذریعے کھوئی گئی حرارت کی توانائی = برف سے حاصل ہونے والی حرارت کی توانائی
درجہ حرارت میں کمی 40 − 0 = 40 °C ہے۔
پانی سے حرارت کا نقصان = m⋅c⋅Δt = 250 × 4.2 × 40 = 42000 J
برف سے حاصل ہونے والی حرارت = 42000 = برف کا ماس × 336 ⇒ برف کا ماس = 42000 ∕ 336 = 125 گرام

سوال 3: 10125J حرارت کی توانائی 4.5 گرام پانی کو 100 ° c پر ابال کر 100 ° c پر بھاپ لے جاتی ہے، SI یونٹس میں بھاپ کی اویکت حرارت تلاش کریں۔
حل: بھاپ کی اویکت حرارت L = 10125 J ∕ (4.5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg