في حالة التجميع السائل. الحالات المجمعة للمادة

أعتقد أن الجميع يعرف ثلاث حالات مجمعة أساسية للمادة: سائلة وصلبة وغازية. نواجه حالات المادة هذه كل يوم وفي كل مكان. غالبًا ما يتم اعتبارهم على سبيل المثال من الماء. أكثر ما نعرفه هو الحالة السائلة للماء. نحن نشرب الماء السائل باستمرار ، يتدفق من صنبورنا ، ونحن أنفسنا 70٪ ماء سائل. الحالة الكلية الثانية للمياه هي الجليد العادي الذي نراه في الشارع في الشتاء. في الشكل الغازي ، من السهل أيضًا أن تلتقي المياه في الحياة اليومية. في الحالة الغازية ، الماء ، كما نعلم ، بخار. يمكن رؤيته عندما نقوم ، على سبيل المثال ، بغلي غلاية. نعم ، عند 100 درجة ينتقل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.

هذه هي الحالات الثلاث الكلية للمادة المألوفة لدينا. لكن هل تعلم أن هناك بالفعل 4 منهم؟ أعتقد أن الجميع سمعوا كلمة "بلازما" مرة واحدة على الأقل. واليوم أريدكم أيضًا أن تتعلموا المزيد عن البلازما - الحالة الرابعة للمادة.

البلازما غاز مؤين جزئيًا أو كليًا له نفس كثافة الشحنات الموجبة والسالبة. يمكن الحصول على البلازما من الغاز - من الحالة الثالثة للمادة عن طريق التسخين القوي. تعتمد حالة التجمع بشكل عام ، في الواقع ، تمامًا على درجة الحرارة. الحالة الأولى للتجمع هي أدنى درجة حرارة يظل فيها الجسم صلبًا ، والحالة الثانية للتجمع هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الجسم في الذوبان ويصبح سائلًا ، والحالة الثالثة للتجمع هي أعلى درجة حرارة تصبح فيها المادة غاز. لكل جسم ، مادة ، درجة حرارة الانتقال من حالة تجميع إلى أخرى مختلفة تمامًا ، فبالنسبة للبعض تكون أقل ، وبالنسبة للبعض تكون أعلى ، ولكن بالنسبة للجميع فهي بدقة في هذا التسلسل. وفي أي درجة حرارة تصبح المادة بلازما؟ نظرًا لأن هذه هي الحالة الرابعة ، فهذا يعني أن درجة حرارة الانتقال إليها أعلى من درجة الحرارة السابقة. وبالفعل هو كذلك. من أجل تأين الغاز ، يلزم وجود درجة حرارة عالية جدًا. أدنى درجة حرارة وانخفاض مؤين (حوالي 1٪) البلازما تتميز بدرجات حرارة تصل إلى 100 ألف درجة. في ظل الظروف الأرضية ، يمكن ملاحظة هذه البلازما في شكل برق. يمكن أن تتجاوز درجة حرارة قناة البرق 30 ألف درجة ، أي 6 أضعاف درجة حرارة سطح الشمس. بالمناسبة ، الشمس وجميع النجوم الأخرى هي أيضًا بلازما ، وغالبًا ما تكون ذات درجة حرارة عالية. يثبت العلم أن حوالي 99٪ من مادة الكون هي بلازما.

على عكس البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة ، فإن البلازما ذات درجة الحرارة المرتفعة لديها تأين بنسبة 100٪ تقريبًا ودرجات حرارة تصل إلى 100 مليون درجة. هذه درجة حرارة نجمية حقًا. على الأرض ، توجد مثل هذه البلازما في حالة واحدة فقط - للتجارب على الاندماج النووي الحراري. إن التفاعل الخاضع للرقابة معقد للغاية ويستهلك الكثير من الطاقة ، لكن التفاعل غير المنضبط أثبت نفسه بشكل كافٍ كسلاح ذي قوة هائلة - قنبلة نووية حرارية اختبرها الاتحاد السوفيتي في 12 أغسطس 1953.

تصنف البلازما ليس فقط حسب درجة الحرارة ودرجة التأين ، ولكن أيضًا حسب الكثافة وشبه الحياد. العبارة كثافة البلازماعادة ما يعني كثافة الإلكترونات، أي عدد الإلكترونات الحرة لكل وحدة حجم. حسنًا ، مع هذا ، أعتقد أن كل شيء واضح. لكن لا يعرف الجميع ما هو شبه الحياد. تعد شبه الحياد للبلازما من أهم خصائصها ، والتي تتكون من التكافؤ الدقيق تقريبًا لكثافات مكوناتها من الأيونات الموجبة والإلكترونات. بسبب الموصلية الكهربائية الجيدة للبلازما ، فإن الفصل بين الشحنات الموجبة والسالبة مستحيل على مسافات أكبر من طول ديباي وأحيانًا أكبر من فترة تذبذبات البلازما. تقريبا كل البلازما شبه محايدة. مثال على البلازما غير شبه المحايدة هو شعاع الإلكترون. ومع ذلك ، يجب أن تكون كثافة البلازما غير المحايدة منخفضة جدًا ، وإلا فسوف تتحلل بسرعة بسبب تنافر كولوم.

لقد نظرنا في القليل جدًا من الأمثلة الأرضية للبلازما. لكن هناك ما يكفي منهم. لقد تعلم الإنسان استخدام البلازما لمصلحته. بفضل الحالة الكلية الرابعة للمادة ، يمكننا استخدام مصابيح تفريغ الغاز وتلفزيونات البلازما ولحام القوس الكهربائي والليزر. مصابيح الفلورسنت العادية لتفريغ الغاز هي أيضا البلازما. يوجد أيضًا مصباح بلازما في عالمنا. يتم استخدامه بشكل أساسي في العلوم للدراسة ، والأهم من ذلك ، مشاهدة بعض أكثر ظواهر البلازما تعقيدًا ، بما في ذلك الفتيل. يمكن رؤية صورة لمثل هذا المصباح في الصورة أدناه:

بالإضافة إلى أجهزة البلازما المنزلية ، يمكن أيضًا رؤية البلازما الطبيعية على الأرض. لقد تحدثنا بالفعل عن أحد الأمثلة. هذا هو البرق. ولكن بالإضافة إلى البرق ، يمكن تسمية ظاهرة البلازما بالأضواء الشمالية ، "حرائق سانت إلمو" ، الغلاف الجوي المتأين للأرض ، وبالطبع النار.

لاحظ أن كلا من النار والبرق وغيرهما من مظاهر البلازما كما نسميها تحترق. ما هو سبب هذا الانبعاث الساطع للضوء بالبلازما؟ يرجع توهج البلازما إلى انتقال الإلكترونات من حالة الطاقة العالية إلى حالة الطاقة المنخفضة بعد إعادة التركيب مع الأيونات. تؤدي هذه العملية إلى إشعاع بطيف يتوافق مع الغاز المثار. هذا هو سبب توهج البلازما.

أود أيضًا أن أخبركم قليلاً عن تاريخ البلازما. بعد كل شيء ، في يوم من الأيام ، كانت تسمى فقط مواد مثل المكون السائل للحليب ومكون الدم عديم اللون البلازما. تغير كل شيء في عام 1879. في ذلك العام اكتشف العالم الإنجليزي الشهير ويليام كروكس ، الذي يبحث في التوصيل الكهربائي للغازات ، ظاهرة البلازما. صحيح أن هذه الحالة من المادة كانت تسمى البلازما فقط في عام 1928. وقد قام بذلك إيرفينغ لانجموير.

في الختام ، أود أن أقول إن ظاهرة مثيرة وغامضة مثل كرة البرق ، والتي كتبت عنها أكثر من مرة على هذا الموقع ، هي بالطبع بلازمويد ، مثل البرق العادي. ربما يكون هذا هو البلازميد الأكثر غرابة من بين جميع ظواهر البلازما الأرضية. بعد كل شيء ، هناك حوالي 400 نظرية مختلفة جدًا حول البرق الكروي ، ولكن لم يتم التعرف على أي منها على أنها صحيحة حقًا. في ظل الظروف المعملية ، تم الحصول على ظواهر مماثلة ولكنها قصيرة المدى بعدة طرق مختلفة ، لذلك تظل مسألة طبيعة البرق الكروي مفتوحة.

البلازما العادية ، بالطبع ، تم إنشاؤها أيضًا في المختبرات. ذات مرة كان الأمر صعبًا ، لكن مثل هذه التجربة الآن ليست صعبة. منذ أن دخلت البلازما بقوة في ترسانتنا المنزلية ، هناك الكثير من التجارب عليها في المختبرات.

الاكتشاف الأكثر إثارة للاهتمام في مجال البلازما كان تجارب البلازما في انعدام الوزن. اتضح أن البلازما تتبلور في فراغ. يحدث هذا على النحو التالي: تبدأ الجزيئات المشحونة من البلازما في التنافر ، وعندما يكون حجمها محدودًا ، فإنها تشغل المساحة المخصصة لها ، منتشرة في اتجاهات مختلفة. هذا مشابه جدًا للشبكة البلورية. ألا يعني هذا أن البلازما هي الرابط الوثيق بين الحالة الكلية الأولى للمادة والثالثة؟ بعد كل شيء ، تصبح بلازما بسبب تأين الغاز ، وفي الفراغ ، تصبح البلازما مرة أخرى صلبة. لكن هذا مجرد تخميني.

بلورات البلازما في الفضاء لها أيضًا بنية غريبة نوعًا ما. لا يمكن ملاحظة ودراسة هذا الهيكل إلا في الفضاء ، في فراغ حقيقي من الفضاء. حتى إذا قمت بإنشاء فراغ على الأرض ووضعت بلازما هناك ، فإن الجاذبية ستضغط ببساطة على "الصورة" الكاملة التي تتكون في الداخل. ومع ذلك ، في الفضاء ، تنطلق بلورات البلازما ببساطة ، وتشكل بنية ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد ذات شكل غريب. بعد إرسال نتائج ملاحظات البلازما في المدار إلى علماء الأرض ، اتضح أن الدوامات في البلازما تحاكي بنية مجرتنا بطريقة غريبة. وهذا يعني أنه سيكون من الممكن في المستقبل أن نفهم كيف ولدت مجرتنا من خلال دراسة البلازما. تظهر الصور أدناه نفس البلازما المتبلورة.

تعريف

الحالات الكلية للمادة (من اللاتينية aggrego - اربط ، اربط) - هذه هي حالات المادة نفسها - صلبة ، سائلة ، غازية.

أثناء الانتقال من حالة إلى أخرى ، يحدث تغيير مفاجئ في الطاقة والنتروبيا والكثافة وخصائص أخرى للمادة.

الأجسام الصلبة والسائلة

تعريف

الأجسام الصلبة هي أجسام تتميز بثبات الشكل والحجم.

في نفوسهم ، تكون المسافات بين الجزيئات صغيرة والطاقة الكامنة للجزيئات قابلة للمقارنة مع الطاقة الحركية. تنقسم المواد الصلبة إلى نوعين: متبلور وغير متبلور. تكون الأجسام البلورية فقط في حالة توازن ديناميكي حراري. في الواقع ، تمثل الأجسام غير المتبلورة حالات غير مستقرة ، والتي في بنيتها تقترب من عدم التوازن ، وتتبلور السوائل ببطء. في الجسم غير المتبلور ، تحدث عملية تبلور بطيئة للغاية ، وهي عملية انتقال تدريجي للمادة إلى مرحلة بلورية. يكمن الاختلاف بين البلورة والصلب غير المتبلور بشكل أساسي في تباين خصائصها. تعتمد خصائص الجسم البلوري على الاتجاه في الفضاء. تنتشر أنواع مختلفة من العمليات ، مثل التوصيل الحراري ، والتوصيل الكهربائي ، والضوء ، والصوت ، في اتجاهات مختلفة لجسم صلب بطرق مختلفة. الأجسام غير المتبلورة (زجاج ، راتنجات ، بلاستيك) نظائر ، مثل السوائل. والفرق الوحيد بين الأجسام غير المتبلورة والسوائل هو أن الأخير عبارة عن سائل ، ومن المستحيل حدوث تشوهات قص ثابتة فيها.

الأجسام البلورية لها البنية الجزيئية الصحيحة. يرجع تباين خصائصه إلى التركيب الصحيح للبلورة. يشكل الترتيب الصحيح لذرات البلورة ما يسمى بالشبكة البلورية. في اتجاهات مختلفة ، يختلف ترتيب الذرات في الشبكة ، مما يؤدي إلى تباين الخواص. تؤدي الذرات (أو الأيونات أو الجزيئات الكاملة) في الشبكة البلورية حركة تذبذبية عشوائية حول المواضع الوسطى ، والتي تُعتبر عقدًا للشبكة البلورية. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت طاقة التذبذبات ، وبالتالي متوسط ​​سعة التذبذبات. يعتمد حجم البلورة على سعة التذبذبات. تؤدي زيادة سعة الاهتزازات إلى زيادة حجم الجسم. هذا ما يفسر التمدد الحراري للمواد الصلبة.

تعريف

الأجسام السائلة هي أجسام لها حجم معين ، ولكن ليس لها مرونة الشكل.

تتميز السوائل بتفاعل قوي بين الجزيئات وانضغاطية منخفضة. يحتل السائل موقعًا وسيطًا بين المادة الصلبة والغازية. السوائل ، مثل الغازات ، هي نظائر. بالإضافة إلى ذلك ، السائل لديه سيولة. في ذلك ، كما هو الحال في الغازات ، لا توجد ضغوط عرضية (إجهادات القص) للأجسام. السوائل ثقيلة ، أي. جاذبيتها النوعية قابلة للمقارنة مع الثقل النوعي للمواد الصلبة. بالقرب من درجات حرارة التبلور ، تكون سعتها الحرارية وخصائصها الحرارية الأخرى قريبة من تلك الموجودة في المواد الصلبة. في السوائل ، إلى حد ما ، يتم ملاحظة الترتيب الصحيح للذرات ، ولكن فقط في مناطق صغيرة. هنا ، تتذبذب الذرات أيضًا بالقرب من عُقد الخلية شبه البلورية ، ولكن على عكس ذرات الجسم الصلب ، فإنها تقفز من عقدة إلى أخرى من وقت لآخر. نتيجة لذلك ، ستكون حركة الذرات معقدة للغاية: فهي متذبذبة ، ولكن في نفس الوقت يتحرك مركز الاهتزازات في الفضاء.

الغاز والتبخر والتكثيف والذوبان

تعريف

الغاز هو حالة من المادة تكون فيها المسافات بين الجزيئات كبيرة.

يمكن إهمال قوى التفاعل بين الجزيئات عند الضغط المنخفض. تملأ جزيئات الغاز الحجم الكامل الذي يتم توفيره للغاز. يمكن اعتبار الغازات على أنها أبخرة شديدة الحرارة أو غير مشبعة. تعد البلازما نوعًا خاصًا من الغازات - فهي غاز مؤين جزئيًا أو كليًا ، حيث تكون كثافة الشحنات الموجبة والسالبة متماثلة تقريبًا. البلازما عبارة عن غاز من الجسيمات المشحونة التي تتفاعل مع بعضها البعض باستخدام قوى كهربائية على مسافة كبيرة ، ولكن لا تحتوي على جزيئات قريبة وبعيدة.

يمكن أن تتغير المواد من حالة تجميع إلى أخرى.

تعريف

التبخر هو عملية تغيير حالة تراكم مادة ما ، حيث تطير الجزيئات من سطح سائل أو صلب ، وتتجاوز الطاقة الحركية لها الطاقة الكامنة لتفاعل الجزيئات.

التبخر هو مرحلة انتقالية. أثناء التبخر ، يمر جزء من السائل أو الصلب إلى بخار. تسمى المادة الموجودة في الحالة الغازية والتي تكون في حالة توازن ديناميكي مع سائل بخار مشبع. في هذه الحالة يتغير التغير في الطاقة الداخلية للجسم:

\ [\ مثلث \ U = \ م السيد \ \ يسار (1 \ يمين) ، \]

حيث m هي وزن الجسم ، r هي الحرارة النوعية للتبخر (J / kg).

تعريف

التكثيف هو عملية التبخير العكسية.

يتم حساب التغيير في الطاقة الداخلية وفقًا للصيغة (1).

تعريف

الذوبان هو عملية انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ، وهي عملية تغيير حالة تجميع المادة.

عندما يتم تسخين مادة ما ، تزداد طاقتها الداخلية ، وبالتالي تزداد سرعة الحركة الحرارية للجزيئات. في حالة الوصول إلى نقطة انصهار المادة ، تبدأ الشبكة البلورية للمادة الصلبة في الانهيار. يتم تدمير الروابط بين الجسيمات ، وتزداد طاقة التفاعل بين الجسيمات. تذهب الحرارة المنقولة إلى الجسم لزيادة الطاقة الداخلية لهذا الجسم ، ويذهب جزء من الطاقة للقيام بعمل لتغيير حجم الجسم عندما يذوب. بالنسبة لمعظم الأجسام البلورية ، يزداد الحجم عند الذوبان ، ولكن هناك استثناءات ، على سبيل المثال ، الجليد ، الحديد الزهر. الأجسام غير المتبلورة ليس لها نقطة انصهار محددة. الذوبان هو مرحلة انتقالية يصاحبها تغير مفاجئ في السعة الحرارية عند درجة حرارة الانصهار. تعتمد درجة الانصهار على المادة ولا تتغير أثناء العملية. في هذه الحالة يتغير التغير في الطاقة الداخلية للجسم:

\ [\ مثلث U = \ م \ م \ لامدا \ يسار (2 \ يمين) ، \]

حيث $ \ lambda $ هي الحرارة النوعية للانصهار (J / kg).

عملية الانصهار العكسية هي التبلور. يتم حساب التغيير في الطاقة الداخلية وفقًا للصيغة (2).

يمكن حساب التغير في الطاقة الداخلية لكل جسم للنظام في حالة التسخين أو التبريد بالصيغة التالية:

\ [\ مثلث U = mc \ مثلث T \ يسار (3 \ يمين) ، \]

حيث c هي الحرارة النوعية للمادة ، J / (kgK) ، $ \ مثلث T $ هو التغير في درجة حرارة الجسم.

عند دراسة انتقالات المواد من حالة تجمع إلى أخرى ، من المستحيل الاستغناء عن ما يسمى بمعادلة توازن الحرارة ، والتي تنص على: إجمالي كمية الحرارة التي يتم إطلاقها في نظام معزول حراريًا تساوي كمية الحرارة (الكلية) التي يمتصها هذا النظام.

في معناها ، معادلة توازن الحرارة هي قانون حفظ الطاقة لعمليات نقل الحرارة في الأنظمة المعزولة حرارياً.

مثال 1

التخصيص: يوجد ماء وثلج في وعاء عازل للحرارة عند درجة حرارة $ t_i = 0 ^ oС $. كتل الماء ($ m_ (v \)) $ والثلج ($ m_ (i \)) $ 0.5 كجم و 60 جم ​​على التوالي. يُترك بخار ماء كتلته $ m_ (p \) = $ 10 g في الماء. عند درجة الحرارة $ t_p = 100 ^ oС $. ما هي درجة حرارة الماء في الوعاء بعد تحقيق التوازن الحراري؟ يتم تجاهل السعة الحرارية للسفينة.

الحل: دعنا نحدد العمليات التي تحدث في النظام ، وما هي الحالات الإجمالية للمادة التي لدينا وما حصلنا عليه.

يتكثف بخار الماء ويطلق حرارة.

تُستخدم هذه الحرارة لإذابة الجليد ، وربما لتسخين المياه المتوفرة والتي يتم الحصول عليها من الجليد.

دعنا أولاً نتحقق من مقدار الحرارة المنبعثة أثناء تكثيف كتلة البخار المتاحة:

هنا ، من المواد المرجعية ، لدينا $ r = 2.26 10 ^ 6 \ frac (J) (kg) $ - حرارة تبخير محددة (قابلة للتطبيق أيضًا للتكثيف).

الحرارة اللازمة لإذابة الجليد:

هنا من المواد المرجعية لدينا $ \ lambda = 3.3 \ cdot 10 ^ 5 \ frac (J) (kg) $ - الحرارة النوعية لذوبان الجليد.

نحصل على أن البخار يبعث حرارة أكثر مما هو مطلوب ، فقط لإذابة الجليد الموجود ، لذلك نكتب معادلة توازن الحرارة بالشكل:

يتم إطلاق الحرارة أثناء تكثيف البخار بكتلة $ m_ (p \) $ وتبريد الماء ، والذي يتكون من البخار من درجة حرارة $ T_p $ إلى T. يتم امتصاص الحرارة أثناء ذوبان الجليد بكتلة $ m_ (i \ ) $ وتسخين المياه بكتلة $ m_v + m_i $ من درجة الحرارة $ T_i $ إلى $ T. \ $ تشير إلى $ T-T_i = \ triangle T $ ، للفرق $ T_p-T $ نحصل على:

ستأخذ معادلة توازن الحرارة الشكل:

\ \ \ [\ مثلث T = \ frac (rm_ (p \) + cm_ (p \) 100-lm_ (i \)) (c \ left (m_v + m_i + m_ (p \) \ right)) \ يسار (1.6 \ يمين) \]

سنجري العمليات الحسابية ، مع الأخذ في الاعتبار أن السعة الحرارية للمياه جدولة $ c = 4.2 \ cdot 10 ^ 3 \ frac (J) (kgK) $، $ T_p = t_p + 273 = 373K، $ T_i = t_i + 273 = 273 ألف دولار:

$ \ مثلث T = \ frac (2،26 \ cdot 10 ^ 6 \ cdot 10 ^ (- 2) +4،2 \ cdot 10 ^ 3 \ cdot 10 ^ (- 2) 10 ^ 2-6 \ cdot 10 ^ (-2) \ cdot 3،3 \ cdot 10 ^ 5) (4،2 \ cdot 10 ^ 3 \ cdot 5،7 \ cdot 10 ^ (- 1)) \ تقريبًا 3 \ left (K \ right) $ ثم تي = 273 + 3 = 276 (ك)

الجواب: درجة حرارة الماء في الوعاء بعد تحقيق التوازن الحراري ستكون 276 كلفن.

مثال 2

المهمة: يوضح الشكل قسم متساوي الحرارة المقابل لانتقال مادة من الحالة البلورية إلى الحالة السائلة. ما الذي يتوافق مع هذا القسم في مخطط p و T؟

المجموعة الكاملة من الحالات الموضحة في الرسم البياني p ، V بواسطة مقطع خط مستقيم أفقي على الرسم البياني p ، T موضحة بنقطة واحدة تحدد قيم p و T ، حيث يتم الانتقال من حالة تجميع واحدة إلى آخر يحدث.

يمكن أن توجد كل المادة في واحد من أربعة أشكال. كل واحد منهم هو حالة إجمالية معينة للمادة. في طبيعة الأرض ، يتم تمثيل واحد فقط في ثلاثة منهم في وقت واحد. هذا ماء. من السهل رؤيتها وهي تتبخر وذابت ومتجمدة. هذا هو البخار والماء والجليد. لقد تعلم العلماء كيفية تغيير الحالات الكلية للمادة. أكبر صعوبة بالنسبة لهم هي البلازما فقط. هذه الحالة تتطلب شروطا خاصة.

ما هو وما الذي يعتمد عليه وكيف يتسم؟

إذا كان الجسم قد انتقل إلى حالة إجمالية أخرى للمادة ، فهذا لا يعني أن شيئًا آخر قد ظهر. المادة تبقى كما هي. إذا كان السائل يحتوي على جزيئات ماء ، فسيكون نفسه في البخار مع الثلج. سيتغير فقط موقعهم وسرعة حركتهم وقوى التفاعل مع بعضهم البعض.

عند دراسة موضوع "الحالات الإجمالية (الصف الثامن)" ، يتم أخذ ثلاثة منها فقط في الاعتبار. هذه السوائل والغازية والصلبة. تعتمد مظاهرها على الظروف المادية للبيئة. يتم عرض خصائص هذه الدول في الجدول.

الحالة الأولى: صلبة

اختلافها الأساسي عن الآخرين هو أن الجزيئات لها مكان محدد بدقة. عندما نتحدث عن حالة تجميع صلبة ، فإنها تعني في أغلب الأحيان بلورات. في نفوسهم ، يكون الهيكل الشبكي متماثلًا ودوريًا بشكل صارم. لذلك ، يتم الحفاظ عليها دائمًا ، بغض النظر عن مدى انتشار الجسم. لا تكفي الحركة التذبذبية لجزيئات المادة لتدمير هذه الشبكة.

ولكن هناك أيضًا أجسام غير متبلورة. يفتقرون إلى بنية صارمة في ترتيب الذرات. يمكن أن يكونوا في أي مكان. لكن هذا المكان مستقر كما هو الحال في الجسم البلوري. الفرق بين المواد غير المتبلورة والمواد المتبلورة هو أنها لا تحتوي على درجة حرارة انصهار (تصلب) محددة وتتميز بالسيولة. ومن الأمثلة الحية لهذه المواد الزجاج والبلاستيك.

الحالة الثانية: سائل

هذه الحالة الكلية للمادة عبارة عن تقاطع بين مادة صلبة وغاز. لذلك ، فهو يجمع بين بعض الخصائص من الأول والثاني. لذا ، فإن المسافة بين الجسيمات وتفاعلها تشبه ما كان عليه الحال مع البلورات. ولكن هنا الموقع والحركة أقرب إلى الغاز. لذلك ، لا يحتفظ السائل بشكله ، ولكنه ينتشر فوق الوعاء الذي يُسكب فيه.

الحالة الثالثة: الغاز

بالنسبة لعلم يسمى "الفيزياء" ، فإن حالة التجميع في شكل غاز ليست في المكانة الأخيرة. بعد كل شيء ، تدرس العالم من حولها ، والهواء فيه شائع جدًا.

ميزات هذه الحالة هي أن قوى التفاعل بين الجزيئات غائبة عمليا. هذا ما يفسر حركتهم الحرة. بسبب المادة الغازية تملأ الحجم الكامل المقدم لها. علاوة على ذلك ، يمكن نقل كل شيء إلى هذه الحالة ، ما عليك سوى زيادة درجة الحرارة بالمقدار المطلوب.

الحالة الرابعة: البلازما

هذه الحالة الكلية للمادة عبارة عن غاز مؤين كليًا أو جزئيًا. هذا يعني أن عدد الجسيمات المشحونة سالبة وإيجابية فيها هو نفسه تقريبًا. يحدث هذا الموقف عند تسخين الغاز. ثم هناك تسارع حاد في عملية التأين الحراري. يكمن في حقيقة أن الجزيئات تنقسم إلى ذرات. ثم يتحول الأخير إلى أيونات.

هذه الحالة شائعة جدًا في الكون. لأنه يحتوي على كل النجوم والوسط فيما بينها. داخل حدود سطح الأرض ، نادرًا ما يحدث. بصرف النظر عن الأيونوسفير والرياح الشمسية ، فإن البلازما ممكنة فقط أثناء العواصف الرعدية. في ومضات البرق ، تنشأ الظروف التي تنتقل فيها غازات الغلاف الجوي إلى الحالة الرابعة للمادة.

لكن هذا لا يعني أنه لم يتم تكوين البلازما في المختبر. أول شيء يمكن إعادة إنتاجه هو تفريغ الغاز. تملأ البلازما الآن مصابيح الفلورسنت وعلامات النيون.

كيف يتم الانتقال بين الدول؟

للقيام بذلك ، تحتاج إلى تهيئة ظروف معينة: ضغط ثابت ودرجة حرارة معينة. في هذه الحالة ، يكون التغيير في الحالات الكلية للمادة مصحوبًا بإطلاق أو امتصاص الطاقة. علاوة على ذلك ، لا يحدث هذا الانتقال بسرعة البرق ، ولكنه يتطلب قدرًا معينًا من الوقت. خلال هذا الوقت ، يجب أن تظل الظروف دون تغيير. يحدث الانتقال مع الوجود المتزامن للمادة في شكلين يحافظان على التوازن الحراري.

يمكن أن تنتقل حالات المادة الثلاث الأولى من بعضها إلى أخرى. هناك عمليات مباشرة وعكسية. لديهم الأسماء التالية:

• ذوبان(من صلب إلى سائل) و بلورة، على سبيل المثال ، ذوبان الجليد وتصلب الماء ؛
• تبخير(من السائل إلى الغازي) و تركيزومن الأمثلة على ذلك تبخر الماء وإنتاجه من البخار ؛
• تسامي(من صلب إلى غازي) و إزالة الذوبان، على سبيل المثال ، تبخر العطر الجاف لأولهم وأنماط فاترة على الزجاج للمرة الثانية.

فيزياء الذوبان والتبلور

إذا تم تسخين جسم صلب ، فعندئذٍ عند درجة حرارة معينة تسمى نقطة الانصهارمادة معينة ، سيبدأ التغيير في حالة التجميع ، والتي تسمى الذوبان. تذهب هذه العملية مع امتصاص الطاقة ، وهو ما يسمى كمية الحرارةويتم تمييزه بالحرف س. لحساب ذلك ، عليك أن تعرف حرارة محددة للانصهارالذي يشار إليه λ . وتبدو الصيغة كما يلي:

س = λ * م، حيث م هي كتلة المادة المشاركة في الذوبان.

في حالة حدوث العملية العكسية ، أي تبلور السائل ، تتكرر الشروط. الاختلاف الوحيد هو أن الطاقة يتم إطلاقها ، وتظهر علامة الطرح في الصيغة.

فيزياء التبخير والتكثيف

مع استمرار تسخين المادة ، ستقترب تدريجياً من درجة الحرارة التي سيبدأ عندها التبخر المكثف. هذه العملية تسمى التبخير. يتميز مرة أخرى بامتصاص الطاقة. فقط لكي تحسبها ، عليك أن تعرف الحرارة النوعية للتبخر ص. وستكون الصيغة:

س = ص * م.

تحدث العملية العكسية أو التكثيف مع إطلاق نفس كمية الحرارة. لذلك ، يظهر ناقص في الصيغة مرة أخرى.

يتم أخذ أسئلة حول ماهية حالة التجميع ، وما هي الميزات والخصائص التي تمتلكها المواد الصلبة والسوائل والغازات في الاعتبار في العديد من الدورات التدريبية. هناك ثلاث حالات كلاسيكية للمادة ، لها سماتها المميزة الخاصة بالهيكل. يعتبر فهمهم نقطة مهمة في فهم علوم الأرض والكائنات الحية وأنشطة الإنتاج. تتم دراسة هذه الأسئلة عن طريق الفيزياء والكيمياء والجغرافيا والجيولوجيا والكيمياء الفيزيائية وغيرها من التخصصات العلمية. المواد التي تخضع لظروف معينة في أحد الأنواع الأساسية الثلاثة للحالة يمكن أن تتغير بزيادة أو نقصان درجة الحرارة أو الضغط. دعونا نفكر في التحولات المحتملة من حالة تجميع إلى أخرى ، حيث يتم إجراؤها في الطبيعة والتكنولوجيا والحياة اليومية.

ما هي حالة التجميع؟

وتعني كلمة "aggrego" ذات الأصل اللاتيني في الترجمة إلى الروسية "إرفاق". يشير المصطلح العلمي إلى حالة نفس الجسم ، المادة. إن وجود المواد الصلبة والغازات والسوائل عند قيم درجات حرارة معينة وضغوط مختلفة هو سمة من سمات جميع قذائف الأرض. بالإضافة إلى حالات التجميع الأساسية الثلاث ، هناك أيضًا حالة رابعة. عند درجة حرارة مرتفعة وضغط ثابت ، يتحول الغاز إلى بلازما. لفهم ماهية حالة التجميع بشكل أفضل ، من الضروري تذكر أصغر الجسيمات التي تتكون منها المواد والأجسام.

يوضح الرسم البياني أعلاه: أ - غاز ؛ ب - سائل ج جسم صلب. في مثل هذه الأشكال ، تشير الدوائر إلى العناصر الهيكلية للمواد. هذا رمز ، في الواقع ، الذرات والجزيئات والأيونات ليست كرات صلبة. تتكون الذرات من نواة موجبة الشحنة تتحرك حولها الإلكترونات سالبة الشحنة بسرعة عالية. تساعد معرفة التركيب المجهري للمادة على فهم الاختلافات الموجودة بين الأشكال التجميعية المختلفة بشكل أفضل.

أفكار حول العالم الصغير: من اليونان القديمة إلى القرن السابع عشر

ظهرت المعلومات الأولى عن الجسيمات التي تتكون منها الأجسام المادية في اليونان القديمة. قدم المفكرون ديموقريطس وأبيقور مفهومًا كذرة. لقد اعتقدوا أن هذه الجسيمات الأصغر غير القابلة للتجزئة من مواد مختلفة لها شكل وأحجام معينة وقادرة على الحركة والتفاعل مع بعضها البعض. أصبح علم الذرات أكثر تعاليم اليونان القديمة تقدمًا في ذلك الوقت. لكن تطورها تباطأ في العصور الوسطى. منذ ذلك الحين ، اضطهد العلماء من قبل محاكم التفتيش التابعة للكنيسة الكاثوليكية الرومانية. لذلك ، حتى العصر الحديث ، لم يكن هناك مفهوم واضح لماهية حالة تجميع المادة. فقط بعد القرن السابع عشر قام العلماء R. Boyle و M. Lomonosov و D. Dalton و A. Lavoisier بصياغة أحكام النظرية الجزيئية الذرية ، التي لم تفقد أهميتها حتى اليوم.

الذرات والجزيئات والأيونات - جزيئات مجهرية لتركيب المادة

حدث تقدم كبير في فهم العالم المصغر في القرن العشرين ، عندما تم اختراع المجهر الإلكتروني. مع الأخذ في الاعتبار الاكتشافات التي قام بها العلماء في وقت سابق ، كان من الممكن تكوين صورة متناغمة للعالم الصغير. النظريات التي تصف حالة وسلوك أصغر جسيمات المادة معقدة للغاية ، فهي تنتمي إلى المجال. لفهم ميزات الحالات الكلية المختلفة للمادة ، يكفي معرفة أسماء وخصائص الجسيمات الهيكلية الرئيسية التي تتشكل مواد.

1. الذرات هي جسيمات غير قابلة للتجزئة كيميائيا. محفوظة في التفاعلات الكيميائية ، لكنها دمرت في النووية. المعادن والعديد من المواد الأخرى ذات التركيب الذري لها حالة صلبة من التجميع في ظل الظروف العادية.
2. الجزيئات هي جزيئات تتفكك وتتشكل في تفاعلات كيميائية. الأكسجين والماء وثاني أكسيد الكربون والكبريت. حالة تجمع الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكبريت والكربون والأكسجين في ظل الظروف العادية هي حالة غازية.
3. الأيونات عبارة عن جسيمات مشحونة تتحول إليها الذرات والجزيئات عندما تكتسب أو تفقد إلكترونات - جسيمات مجهرية سالبة الشحنة. العديد من الأملاح لها بنية أيونية ، على سبيل المثال ملح الطعام وكبريتات الحديد والحديد.

هناك مواد توجد جزيئاتها في الفضاء بطريقة معينة. يسمى الموقع المتبادل المرتب للذرات والأيونات والجزيئات بالشبكة البلورية. عادةً ما تكون المشابك البلورية الأيونية والذرية نموذجية للمواد الصلبة والجزيئية للسوائل والغازات. الماس لديه صلابة عالية. تتكون شبكتها البلورية الذرية من ذرات الكربون. لكن الجرافيت الناعم يتكون أيضًا من ذرات هذا العنصر الكيميائي. فقط هم موجودون بشكل مختلف في الفضاء. الحالة المعتادة لتجمع الكبريت هي مادة صلبة ، ولكن عند درجات الحرارة العالية تتحول المادة إلى سائل وكتلة غير متبلورة.

المواد في حالة تجميع صلبة

تحتفظ المواد الصلبة في الظروف العادية بحجمها وشكلها. على سبيل المثال ، حبة رمل ، حبة سكر ، ملح ، قطعة من الصخر أو المعدن. إذا تم تسخين السكر ، تبدأ المادة في الذوبان وتتحول إلى سائل بني لزج. توقف عن التسخين - مرة أخرى نحصل على مادة صلبة. هذا يعني أن أحد الشروط الرئيسية لانتقال مادة صلبة إلى سائل هو تسخينها أو زيادة الطاقة الداخلية لجزيئات المادة. يمكن أيضًا تغيير الحالة الصلبة لتراكم الملح المستخدم في الطعام. ولكن لإذابة ملح الطعام ، فإنك تحتاج إلى درجة حرارة أعلى من تلك التي عند تسخين السكر. الحقيقة هي أن السكر يتكون من جزيئات ، ويتكون ملح الطعام من أيونات مشحونة ، والتي تنجذب بقوة إلى بعضها البعض. المواد الصلبة في صورة سائلة لا تحتفظ بشكلها لأن المشابك البلورية تتكسر.

يتم تفسير الحالة السائلة لتجمع الملح أثناء الانصهار من خلال كسر الرابطة بين الأيونات في البلورات. يتم إطلاق الجسيمات المشحونة التي يمكن أن تحمل شحنات كهربائية. تعمل الأملاح المنصهرة على توصيل الكهرباء وهي موصلات. في الصناعات الكيميائية والمعدنية والهندسية ، يتم تحويل المواد الصلبة إلى سوائل للحصول على مركبات جديدة منها أو منحها أشكالًا مختلفة. السبائك المعدنية تستخدم على نطاق واسع. هناك عدة طرق للحصول عليها ، ترتبط بالتغيرات في حالة تجميع المواد الخام الصلبة.

السائل هو أحد الحالات الأساسية للتجميع

إذا صببت 50 مل من الماء في دورق دائري ، ستلاحظ أن المادة تأخذ شكل وعاء كيميائي على الفور. ولكن بمجرد أن نسكب الماء من القارورة ، ينتشر السائل على الفور على سطح الطاولة. سيبقى حجم الماء كما هو - 50 مل ، وسيتغير شكله. هذه السمات مميزة للشكل السائل لوجود المادة. السوائل هي مواد عضوية كثيرة: كحول ، زيوت نباتية ، أحماض.

الحليب مستحلب ، أي سائل به قطرات من الدهون. يعتبر الزيت من المعادن السائلة المفيدة. يتم استخراجها من الآبار باستخدام الحفارات البرية والبحرية. مياه البحر هي أيضا مادة خام للصناعة. يكمن اختلافها عن المياه العذبة للأنهار والبحيرات في محتوى المواد الذائبة ، وخاصة الأملاح. أثناء التبخر من سطح المسطحات المائية ، تمر جزيئات H 2 O فقط في حالة البخار ، وتبقى المواد المذابة. تعتمد طرق الحصول على المواد المفيدة من مياه البحر وطرق تنقيتها على هذه الخاصية.

مع الإزالة الكاملة للأملاح ، يتم الحصول على الماء المقطر. يغلي عند 100 درجة مئوية ويتجمد عند 0 درجة مئوية. تغلي المحاليل الملحية وتتحول إلى جليد عند درجات حرارة مختلفة. على سبيل المثال ، يتجمد الماء في المحيط المتجمد الشمالي عند درجة حرارة سطح 2 درجة مئوية.

الحالة الإجمالية للزئبق في ظل الظروف العادية عبارة عن سائل. عادة ما يتم ملء هذا المعدن الفضي الرمادي بمقاييس حرارة طبية. عند تسخينها ، يرتفع عمود الزئبق على نطاق واسع ، تتوسع المادة. لماذا يتم تلوين الكحول بالطلاء الأحمر وليس الزئبق؟ ويفسر ذلك بخصائص المعدن السائل. عند الصقيع بدرجة 30 درجة ، تتغير حالة تراكم الزئبق ، وتصبح المادة صلبة.

إذا تم كسر مقياس الحرارة الطبي وانسكاب الزئبق ، فمن الخطر جمع الكرات الفضية بيديك. استنشاق بخار الزئبق مضر ، فهذه المادة شديدة السمية. يحتاج الأطفال في مثل هذه الحالات إلى طلب المساعدة من الوالدين والبالغين.

الحالة الغازية

لا يمكن للغازات الاحتفاظ بحجمها أو شكلها. املأ القارورة بالأكسجين إلى الأعلى (صيغتها الكيميائية هي O 2). بمجرد فتح القارورة ، ستبدأ جزيئات المادة في الاختلاط مع هواء الغرفة. هذا بسبب الحركة البراونية. حتى العالم اليوناني القديم ديموقريطس اعتقد أن جسيمات المادة في حالة حركة مستمرة. في المواد الصلبة ، في ظل الظروف العادية ، لا تتاح للذرات والجزيئات والأيونات الفرصة لترك الشبكة البلورية ، لتحرير نفسها من الروابط مع الجسيمات الأخرى. هذا ممكن فقط عندما يتم توفير كمية كبيرة من الطاقة من الخارج.

في السوائل ، تكون المسافة بين الجسيمات أكبر قليلاً منها في المواد الصلبة ؛ فهي تتطلب طاقة أقل لكسر الروابط بين الجزيئات. على سبيل المثال ، يتم ملاحظة الحالة الكلية السائلة للأكسجين فقط عندما تنخفض درجة حرارة الغاز إلى -183 درجة مئوية. عند -223 درجة مئوية ، تشكل جزيئات O 2 مادة صلبة. عندما ترتفع درجة الحرارة عن القيم المعطاة ، يتحول الأكسجين إلى غاز. في هذا الشكل يكون في ظل الظروف العادية. توجد في المنشآت الصناعية منشآت خاصة لفصل الهواء الجوي والحصول على النيتروجين والأكسجين منه. أولاً ، يتم تبريد الهواء وتسييله ، ثم تزداد درجة الحرارة تدريجياً. يتحول النيتروجين والأكسجين إلى غازات في ظل ظروف مختلفة.

يحتوي الغلاف الجوي للأرض على 21٪ أكسجين و 78٪ نيتروجين من حيث الحجم. في شكل سائل ، لا توجد هذه المواد في الغلاف الغازي للكوكب. للأكسجين السائل لون أزرق فاتح ويتم تعبئته بضغط عالٍ في أسطوانات لاستخدامها في المرافق الطبية. في الصناعة والبناء ، تعتبر الغازات المسالة ضرورية للعديد من العمليات. الأكسجين ضروري للحام بالغاز وقطع المعادن ، في الكيمياء - لتفاعلات الأكسدة للمواد غير العضوية والعضوية. إذا فتحت صمام أسطوانة أكسجين ، ينخفض ​​الضغط ويتحول السائل إلى غاز.

يستخدم البروبان والميثان والبيوتان المسال على نطاق واسع في الطاقة والنقل والصناعة والأنشطة المنزلية. يتم الحصول على هذه المواد من الغاز الطبيعي أو أثناء تكسير (انقسام) اللقيم البترولي. تلعب المخاليط الكربونية السائلة والغازية دورًا مهمًا في اقتصاد العديد من البلدان. لكن احتياطيات النفط والغاز الطبيعي استُنفدت بشدة. وفقًا للعلماء ، ستستمر هذه المادة الخام لمدة 100-120 عامًا. مصدر بديل للطاقة هو تدفق الهواء (الرياح). تستخدم الأنهار سريعة التدفق والمد والجزر على شواطئ البحار والمحيطات لتشغيل محطات توليد الطاقة.

يمكن أن يكون الأكسجين ، مثل الغازات الأخرى ، في الحالة الرابعة للتجمع ، ويمثل البلازما. يعتبر الانتقال غير المعتاد من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية سمة مميزة لليود البلوري. تخضع مادة أرجوانية داكنة للتسامي - تتحول إلى غاز ، متجاوزة الحالة السائلة.

كيف يتم الانتقال من شكل مجمع للمادة إلى آخر؟

لا ترتبط التغيرات في الحالة الكلية للمواد بالتحولات الكيميائية ، فهذه ظواهر فيزيائية. عندما ترتفع درجة الحرارة ، تذوب العديد من المواد الصلبة وتتحول إلى سوائل. يمكن أن تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى التبخر ، أي إلى الحالة الغازية للمادة. في الطبيعة والاقتصاد ، هذه التحولات هي سمة من سمات واحدة من المواد الرئيسية على الأرض. الجليد والسائل والبخار هي حالة الماء في ظل ظروف خارجية مختلفة. المركب هو نفسه ، صيغته هي H 2 O. عند درجة حرارة 0 درجة مئوية وأقل من هذه القيمة ، يتبلور الماء ، أي يتحول إلى جليد. عندما ترتفع درجة الحرارة ، يتم تدمير البلورات الناتجة - يذوب الجليد ، ويتم الحصول على الماء السائل مرة أخرى. عندما يتم تسخينه ، يتشكل التبخر - يتحول الماء إلى غاز - حتى في درجات الحرارة المنخفضة. على سبيل المثال ، تختفي البرك المتجمدة تدريجيًا لأن الماء يتبخر. حتى في الطقس البارد ، تجف الملابس المبللة ، لكن هذه العملية أطول من الأيام الحارة.

جميع التحولات المدرجة للمياه من حالة إلى أخرى لها أهمية كبيرة لطبيعة الأرض. ترتبط ظواهر الغلاف الجوي والمناخ والطقس بتبخر المياه من سطح المحيطات ، وانتقال الرطوبة على شكل غيوم وضباب إلى الأرض ، وهطول الأمطار (المطر والثلج والبرد). تشكل هذه الظواهر أساس دورة المياه العالمية في الطبيعة.

كيف تتغير الحالات الكلية للكبريت؟

في ظل الظروف العادية ، يكون الكبريت عبارة عن بلورات لامعة لامعة أو مسحوق أصفر فاتح ، أي أنه مادة صلبة. تتغير الحالة الكلية للكبريت عند التسخين. أولاً ، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 190 درجة مئوية ، تذوب المادة الصفراء وتتحول إلى سائل متحرك.

إذا صببت الكبريت السائل بسرعة في الماء البارد ، تحصل على كتلة بنية غير متبلورة. مع زيادة تسخين ذوبان الكبريت ، يصبح أكثر وأكثر لزوجة ويظلم. عند درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية ، تتغير حالة تراكم الكبريت مرة أخرى ، تكتسب المادة خصائص السائل ، وتصبح متحركة. تنشأ هذه التحولات بسبب قدرة ذرات العنصر على تكوين سلاسل ذات أطوال مختلفة.

لماذا يمكن أن تكون المواد في حالات فيزيائية مختلفة؟

حالة تجمع الكبريت - مادة بسيطة - صلبة في ظل الظروف العادية. ثاني أكسيد الكبريت هو غاز ، وحمض الكبريتيك سائل زيتي أثقل من الماء. على عكس أحماض الهيدروكلوريك والنتريك ، فهو ليس متطايرًا ، ولا تتبخر الجزيئات من سطحه. ما حالة التجميع التي تحتوي على الكبريت البلاستيكي ، والذي يتم الحصول عليه عن طريق بلورات التسخين؟

في شكل غير متبلور ، تحتوي المادة على هيكل سائل ، مع سيولة طفيفة. لكن الكبريت البلاستيكي يحتفظ في نفس الوقت بشكله (كمادة صلبة). توجد بلورات سائلة لها عدد من الخصائص المميزة للمواد الصلبة. وبالتالي ، فإن حالة المادة في ظل ظروف مختلفة تعتمد على طبيعتها ودرجة حرارتها وضغطها والظروف الخارجية الأخرى.

ما هي السمات في هيكل المواد الصلبة؟

يتم تفسير الاختلافات الموجودة بين الحالات الكلية الرئيسية للمادة من خلال التفاعل بين الذرات والأيونات والجزيئات. على سبيل المثال ، لماذا تؤدي الحالة التراكمية الصلبة للمادة إلى قدرة الأجسام على الحفاظ على الحجم والشكل؟ في الشبكة البلورية للمعدن أو الملح ، تنجذب الجزيئات الهيكلية إلى بعضها البعض. في المعادن ، تتفاعل الأيونات الموجبة الشحنة مع ما يسمى بـ "غاز الإلكترون" - وهو تراكم الإلكترونات الحرة في قطعة معدنية. تنشأ بلورات الملح بسبب جاذبية الجسيمات المشحونة - الأيونات. المسافة بين الوحدات الهيكلية المذكورة أعلاه للمواد الصلبة أصغر بكثير من حجم الجسيمات نفسها. في هذه الحالة ، يعمل التجاذب الكهروستاتيكي ، ويعطي القوة ، والتنافر ليس قوياً بما يكفي.

لتدمير الحالة الصلبة لتجميع مادة ما ، يجب بذل الجهود. تذوب المعادن والأملاح والبلورات الذرية في درجات حرارة عالية جدًا. على سبيل المثال ، يصبح الحديد سائلاً عند درجات حرارة أعلى من 1538 درجة مئوية. التنجستن مقاوم للصهر ويستخدم لصنع خيوط متوهجة للمصابيح الكهربائية. هناك سبائك تصبح سائلة عند درجات حرارة أعلى من 3000 درجة مئوية. كثير على الأرض في حالة صلبة. يتم استخراج هذه المواد الخام بمساعدة المعدات في المناجم والمحاجر.

لفصل أيون واحد عن البلورة ، من الضروري إنفاق كمية كبيرة من الطاقة. لكن بعد كل شيء ، يكفي إذابة الملح في الماء حتى تتفكك الشبكة البلورية! تفسر هذه الظاهرة بالخصائص المذهلة للماء كمذيب قطبي. تتفاعل جزيئات H 2 O مع أيونات الملح وتدمر الرابطة الكيميائية بينها. وبالتالي ، فإن الذوبان ليس اختلاطًا بسيطًا لمواد مختلفة ، ولكنه تفاعل فيزيائي وكيميائي بينهما.

كيف تتفاعل جزيئات السوائل؟

يمكن أن يكون الماء سائلًا وصلبًا وغازًا (بخارًا). هذه هي حالات التجميع الرئيسية في ظل الظروف العادية. تتكون جزيئات الماء من ذرة أكسجين واحدة مع ذرتين من الهيدروجين مرتبطة بها. يوجد استقطاب للرابطة الكيميائية في الجزيء ، تظهر شحنة سالبة جزئية على ذرات الأكسجين. يصبح الهيدروجين هو القطب الموجب في الجزيء وينجذب إلى ذرة الأكسجين لجزيء آخر. وهذا ما يسمى "الرابطة الهيدروجينية".

تتميز الحالة السائلة للتجمع بالمسافات بين الجسيمات الهيكلية مقارنة بأحجامها. التجاذب موجود ولكنه ضعيف فلا يحتفظ الماء بشكله. يحدث التبخر نتيجة تدمير الروابط التي تحدث على سطح السائل حتى في درجة حرارة الغرفة.

هل توجد تفاعلات بين الجزيئات في الغازات؟

تختلف الحالة الغازية للمادة عن الحالة السائلة والصلبة في عدد من المعلمات. توجد فجوات كبيرة بين الجزيئات الهيكلية للغازات ، أكبر بكثير من حجم الجزيئات. في هذه الحالة ، لا تعمل قوى الجذب على الإطلاق. تعتبر حالة التجميع الغازية مميزة للمواد الموجودة في تكوين الهواء: النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون. في الشكل أدناه ، يتم ملء المكعب الأول بالغاز ، والمكعب الثاني بسائل ، والثالث بمادة صلبة.

العديد من السوائل متطايرة ؛ تنفصل جزيئات المادة عن سطحها وتنتقل إلى الهواء. على سبيل المثال ، إذا أحضرت قطعة قطن مغموسة في الأمونيا إلى فتحة زجاجة مفتوحة من حمض الهيدروكلوريك ، يظهر دخان أبيض. في الهواء مباشرة ، يحدث تفاعل كيميائي بين حمض الهيدروكلوريك والأمونيا ، يتم الحصول على كلوريد الأمونيوم. في أي حالة من المواد هذه المادة؟ جزيئاته ، التي تشكل دخانًا أبيض ، هي أصغر بلورات ملح صلبة. يجب إجراء هذه التجربة تحت غطاء العادم ، المواد سامة.

خاتمة

تمت دراسة الحالة الكلية للغاز من قبل العديد من الفيزيائيين والكيميائيين البارزين: Avogadro و Boyle و Gay-Lussac و Claiperon و Mendeleev و Le Chatelier. صاغ العلماء قوانين تشرح سلوك المواد الغازية في التفاعلات الكيميائية عندما تتغير الظروف الخارجية. الانتظام المفتوحة لم تدخل فقط في كتب الفيزياء والكيمياء المدرسية والجامعية. تعتمد العديد من الصناعات الكيميائية على المعرفة حول سلوك وخصائص المواد في حالات التجميع المختلفة.

أهداف الدرس:

• لتعميق وتعميم المعرفة حول الحالات الكلية للمادة ، لدراسة ما يمكن أن تكون عليه المواد.

أهداف الدرس:

التدريس - لصياغة فكرة عن خصائص المواد الصلبة والغازات والسوائل.

التطوير - تنمية مهارات التخاطب لدى الطلاب وتحليلها واستنتاجات حول المادة التي تمت دراستها ودراستها.

تعليمي - غرس العمل العقلي ، وخلق كل الظروف لزيادة الاهتمام بالموضوع المدروس.

الشروط الأساسية:

حالة التجميع- هذه حالة المادة التي تتميز بخصائص نوعية معينة: - القدرة أو عدم القدرة على الحفاظ على الشكل والحجم ؛ - وجود أو عدم وجود نظام قصير المدى وطويل المدى ؛ - الآخرين.

الشكل 6. الحالة الإجمالية لمادة مع تغير في درجة الحرارة.

عندما تنتقل مادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ، فإن هذا يسمى بالذوبان ، والعملية العكسية هي التبلور. عندما تنتقل مادة ما من سائل إلى غاز ، فإن هذه العملية تسمى التبخير ، إلى سائل من الغاز - التكثيف. والانتقال فورًا إلى غاز من مادة صلبة ، متجاوزًا السائل - عن طريق التسامي ، العملية العكسية - عن طريق إزالة الذوبان.

1. التبلور. 2. ذوبان. 3. التكثيف. 4. التبخير.

5. التسامي. 6. إزالة الذوبان.

نلاحظ باستمرار هذه الأمثلة على التحولات في الحياة اليومية. عندما يذوب الجليد ، يتحول إلى ماء ، ويتبخر الماء بدوره ليشكل بخارًا. إذا نظرنا في الاتجاه المعاكس ، يبدأ البخار المتكثف في العودة إلى الماء ، والماء ، بدوره ، يتجمد ، يصبح جليدًا. رائحة أي جسم صلب هو التسامي. تهرب بعض الجزيئات من الجسم ، ويتكون الغاز مما يعطي الرائحة. مثال على العملية العكسية هو الأنماط على الزجاج في الشتاء ، عندما يستقر البخار في الهواء ، عند التجميد ، على الزجاج.

يُظهر الفيديو التغيير في الحالات الإجمالية للمادة.

كتلة التحكم.

1. بعد التجميد ، تحول الماء إلى جليد. هل تغيرت جزيئات الماء؟

2. استخدم الأثير الطبي في الداخل. وبسبب هذا ، عادة ما تكون رائحتهم قوية هناك. ما هي حالة الاثير؟

3. ماذا يحدث لشكل السائل؟

4. الجليد. ما هي حالة الماء؟

5. ماذا يحدث عندما يتجمد الماء؟

الواجب المنزلي.

أجب على الأسئلة:

1. هل يمكن ملء نصف حجم الوعاء بالغاز؟ لماذا ا؟

2. هل يمكن أن يكون النيتروجين والأكسجين في حالة سائلة عند درجة حرارة الغرفة؟

3. هل يمكن أن يكون هناك في درجة حرارة الغرفة في حالة غازية: الحديد والزئبق؟

4. في يوم شتاء بارد ، تشكل ضباب فوق النهر. ما هي حالة المادة؟

نعتقد أن المادة لها ثلاث حالات تجميع. في الواقع ، هناك ما لا يقل عن خمسة عشر دولة ، بينما تستمر قائمة هذه الدول في النمو كل يوم. هذه هي: صلبة غير متبلورة ، صلبة ، نيوترونيوم ، بلازما كوارك-غلوون ، مادة متماثلة بقوة ، مادة متماثلة بشكل ضعيف ، مكثف فرميون ، مكثف بوز-آينشتاين ، مادة غريبة.