В течно агрегатно състояние. Агрегатни състояния на материята

Мисля, че всеки знае 3 основни агрегатни състояния на материята: течно, твърдо и газообразно. Ние се сблъскваме с тези състояния на материята всеки ден и навсякъде. Най-често те се разглеждат на примера на водата. Течното състояние на водата ни е най-познато. Ние постоянно пием течна вода, тя тече от чешмата ни, а ние самите сме 70% течна вода. Второто агрегатно състояние на водата е обикновен лед, който виждаме на улицата през зимата. В газообразна форма водата също е лесна за среща в ежедневието. В газообразно състояние водата е, всички знаем, пара. Вижда се, когато например сварим чайник. Да, точно при 100 градуса водата преминава от течно състояние в газообразно състояние.

Това са трите познати ни агрегатни състояния на материята. Но знаете ли, че всъщност има 4 от тях? Мисля, че поне веднъж всеки е чувал думата "плазма". И днес искам да научите повече за плазмата – четвъртото състояние на материята.

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ с еднаква плътност на положителни и отрицателни заряди. Плазмата може да се получи от газ - от 3-то състояние на материята чрез силно нагряване. Агрегационното състояние като цяло всъщност напълно зависи от температурата. Първото агрегатно състояние е най-ниската температура, при която тялото остава твърдо, второто агрегатно състояние е температурата, при която тялото започва да се топи и става течно, третото агрегатно състояние е най-високата температура, при която веществото се превръща в газ. За всяко тяло, вещество температурата на преход от едно агрегатно състояние в друго е напълно различна, за някои е по-ниска, за някои е по-висока, но за всички е строго в тази последователност. И при каква температура веществото се превръща в плазма? Тъй като това е четвъртото състояние, това означава, че температурата на преход към него е по-висока от тази на всяко предишно. И наистина е така. За да се йонизира газ, е необходима много висока температура. Най-ниската температура и ниско йонизираната (около 1%) плазма се характеризира с температури до 100 хиляди градуса. При земни условия такава плазма може да се наблюдава под формата на мълния. Температурата на канала на мълнията може да надхвърли 30 хиляди градуса, което е 6 пъти повече от температурата на повърхността на Слънцето. Между другото, Слънцето и всички други звезди също са плазма, по-често все още високотемпературна. Науката доказва, че около 99% от цялата материя на Вселената е плазма.

За разлика от нискотемпературната плазма, високотемпературната плазма има почти 100% йонизация и температури до 100 милиона градуса. Това е наистина звездна температура. На Земята такава плазма се среща само в един случай - за експерименти по термоядрен синтез. Контролираната реакция е доста сложна и енергоемка, но неконтролираната се е доказала достатъчно като оръжие с колосална мощност - термоядрена бомба, изпитана от СССР на 12 август 1953 г.

Плазмата се класифицира не само по температура и степен на йонизация, но и по плътност и квази-неутралитет. фраза плътност на плазматаобикновено означава електронна плътност, тоест броят на свободните електрони на единица обем. Е, с това мисля, че всичко е ясно. Но не всеки знае какво е квазинеутралност. Квазинеутралността на плазмата е едно от най-важните й свойства, което се състои в почти точното равенство на плътностите на съставляващите я положителни йони и електрони. Поради добрата електропроводимост на плазмата, разделянето на положителни и отрицателни заряди е невъзможно на разстояния, по-големи от дължината на Дебай и в пъти по-големи от периода на плазмените трептения. Почти цялата плазма е квазинеутрална. Пример за неквазинеутрална плазма е електронен лъч. Въпреки това, плътността на неутралните плазми трябва да бъде много ниска, в противен случай те бързо ще се разпаднат поради кулоново отблъскване.

Разгледахме много малко земни примери за плазма. Но има достатъчно от тях. Човекът се е научил да използва плазмата за собствено добро. Благодарение на четвъртото агрегатно състояние на материята можем да използваме газоразрядни лампи, плазмени телевизори, електродъгово заваряване и лазери. Обикновените газоразрядни флуоресцентни лампи също са плазмени. В нашия свят има и плазмена лампа. Използва се главно в науката за изучаване и най-важното за разглеждане на някои от най-сложните плазмени явления, включително филаментация. Снимка на такава лампа може да се види на снимката по-долу:

В допълнение към домашните плазмени устройства, естествената плазма също често може да се види на Земята. Вече говорихме за един от примерите му. Това е мълния. Но освен светкавици, плазмените явления могат да се нарекат северното сияние, „огньовете на Св. Елмо“, йоносферата на Земята и, разбира се, огънят.

Забележете, че както огънят, така и светкавицата, и други прояви на плазма, както я наричаме, горят. Каква е причината за толкова ярко излъчване на светлина от плазмата? Плазменият блясък се дължи на прехода на електрони от високоенергийно състояние в нискоенергийно състояние след рекомбинация с йони. Този процес води до излъчване със спектър, съответстващ на възбудения газ. Ето защо плазмата свети.

Бих искал също да разкажа малко за историята на плазмата. В края на краищата, някога само такива вещества като течния компонент на млякото и безцветния компонент на кръвта са се наричали плазма. Всичко се промени през 1879 г. Именно през тази година известният английски учен Уилям Крукс, изследвайки електрическата проводимост в газовете, открива феномена на плазмата. Вярно е, че това състояние на материята е наречено плазма едва през 1928 г. И това е направено от Ървинг Лангмюър.

В заключение искам да кажа, че такъв интересен и мистериозен феномен като кълбовидната мълния, за който писах повече от веднъж на този сайт, разбира се, също е плазмоид, като обикновената мълния. Това е може би най-необичайният плазмоид от всички земни плазмени явления. В крайна сметка има около 400 много различни теории за кълбовидната мълния, но нито една от тях не е призната за наистина вярна. В лабораторни условия подобни, но краткотрайни явления са получени по няколко различни начина, така че въпросът за природата на кълбовидната мълния остава открит.

Обикновената плазма, разбира се, също е създадена в лаборатории. Някога беше трудно, но сега такъв експеримент не е труден. Тъй като плазмата здраво влезе в нашия домакински арсенал, има много експерименти върху нея в лаборатории.

Най-интересното откритие в областта на плазмата са експерименти с плазма в безтегловност. Оказва се, че плазмата кристализира във вакуум. Това се случва така: заредените частици на плазмата започват да се отблъскват една друга и когато имат ограничен обем, те заемат пространството, което им е отредено, разпръсквайки се в различни посоки. Това е много подобно на кристална решетка. Това не означава ли, че плазмата е затварящата връзка между първото агрегатно състояние на материята и третото? В крайна сметка тя се превръща в плазма поради йонизацията на газа, а във вакуум плазмата отново става сякаш твърда. Но това е само моето предположение.

Плазмените кристали в космоса също имат доста странна структура. Тази структура може да се наблюдава и изучава само в космоса, в реален космически вакуум. Дори ако създадете вакуум на Земята и поставите там плазма, тогава гравитацията просто ще изстиска цялата „картина“, която се образува вътре. В космоса обаче плазмените кристали просто излитат, образувайки обемна триизмерна структура със странна форма. След изпращането на резултатите от наблюденията на плазма в орбита на земните учени се оказа, че завихрянията в плазмата имитират структурата на нашата галактика по странен начин. А това означава, че в бъдеще ще бъде възможно да се разбере как се е родила нашата галактика чрез изучаване на плазмата. Снимките по-долу показват същата кристализирана плазма.

Определение

Агрегатни състояния на материята (от лат. aggrego – свързвам, свързвам) – това са състоянията на едно и също вещество – твърдо, течно, газообразно.

При прехода от едно състояние в друго настъпва рязка промяна в енергията, ентропията, плътността и други характеристики на материята.

Твърди и течни тела

Определение

Твърдите тела са тела, които се отличават с постоянство на формата и обема.

При тях междумолекулните разстояния са малки и потенциалната енергия на молекулите е съпоставима с кинетичната. Твърдите вещества са разделени на два вида: кристални и аморфни. Само кристалните тела са в състояние на термодинамично равновесие. Аморфните тела всъщност представляват метастабилни състояния, които по своята структура се доближават до неравновесни, бавно кристализиращи течности. В аморфното тяло протича много бавен процес на кристализация, процес на постепенен преход на веществото в кристална фаза. Разликата между кристал и аморфно твърдо вещество се крие преди всичко в анизотропията на неговите свойства. Свойствата на кристалното тяло зависят от посоката в пространството. Различни видове процеси, като топлопроводимост, електрическа проводимост, светлина, звук, се разпространяват в различни посоки на твърдо тяло по различни начини. Аморфните тела (стъкло, смоли, пластмаси) са изотопни, като течности. Единствената разлика между аморфните тела и течностите е, че последните са течни, статични деформации на срязване са невъзможни в тях.

Кристалните тела имат правилната молекулярна структура. Анизотропията на неговите свойства се дължи на правилната структура на кристала. Правилното подреждане на атомите на кристала образува така наречената кристална решетка. В различни посоки подреждането на атомите в решетката е различно, което води до анизотропия. Атомите (или йони, или цели молекули) в кристалната решетка извършват произволно осцилаторно движение около средните позиции, които се считат за възли на кристалната решетка. Колкото по-висока е температурата, толкова по-голяма е енергията на трептенията, а оттам и средната амплитуда на трептенията. Размерът на кристала зависи от амплитудата на трептенията. Увеличаването на амплитудата на трептенията води до увеличаване на размера на тялото. Това обяснява термичното разширение на твърдите тела.

Определение

Течните тела са тела, които имат определен обем, но нямат еластичност на формата.

Течностите се характеризират със силно междумолекулно взаимодействие и ниска свиваемост. Течността заема междинно положение между твърдо вещество и газ. Течностите, както и газовете, са изотопни. Освен това течността има течливост. В него, както и в газовете, няма тангенциални напрежения (напрежения на срязване) на телата. Течностите са тежки, т.е. тяхното специфично тегло е сравнимо със специфичното тегло на твърдите тела. В близост до температурите на кристализация техният топлинен капацитет и други термични характеристики са близки до тези на твърдите вещества. В течностите до известна степен се наблюдава правилното подреждане на атомите, но само в малки площи. Тук атомите също осцилират близо до възлите на квазикристалната клетка, но за разлика от атомите на твърдо тяло, те прескачат от един възел в друг от време на време. В резултат на това движението на атомите ще бъде много сложно: то е осцилаторно, но в същото време центърът на вибрациите се движи в пространството.

Газ, изпарение, кондензация и топене

Определение

Газът е състояние на материята, при което разстоянията между молекулите са големи.

Силите на взаимодействие между молекулите при ниско налягане могат да бъдат пренебрегнати. Газовите частици запълват целия обем, който се предоставя на газа. Газовете могат да се разглеждат като силно прегрети или ненаситени пари. Плазмата е особен вид газ - това е частично или напълно йонизиран газ, в който плътността на положителните и отрицателните заряди е почти еднаква. Плазмата е газ от заредени частици, които взаимодействат помежду си с помощта на електрически сили на голямо разстояние, но нямат близки и далечни частици.

Веществата могат да се променят от едно агрегатно състояние в друго.

Определение

Изпаряването е процес на промяна на агрегатното състояние на вещество, при което молекули излитат от повърхността на течност или твърдо вещество, чиято кинетична енергия надвишава потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите.

Изпаряването е фазов преход. По време на изпарението част от течността или твърдото вещество преминава в пара. Вещество в газообразно състояние, което е в динамично равновесие с течност, се нарича наситена пара. В този случай промяната във вътрешната енергия на тялото:

\[\триъгълник \ U=\pm mr\ \ляво(1\дясно),\]

където m е телесно тегло, r е специфичната топлина на изпаряване (J / kg).

Определение

Кондензацията е обратният процес на изпаряване.

Изчисляването на промяната на вътрешната енергия се извършва по формула (1).

Определение

Топенето е процес на преминаване на вещество от твърдо в течно състояние, процес на промяна на агрегатното състояние на веществото.

Когато веществото се нагрява, неговата вътрешна енергия се увеличава, следователно скоростта на топлинно движение на молекулите се увеличава. В случай, че се достигне точката на топене на веществото, кристалната решетка на твърдото вещество започва да се разпада. Връзките между частиците се разрушават, енергията на взаимодействие между частиците се увеличава. Топлината, предадена на тялото, отива за увеличаване на вътрешната енергия на това тяло, а част от енергията отива за извършване на работа за промяна на обема на тялото, когато се стопи. За повечето кристални тела обемът се увеличава при разтопяване, но има изключения, например лед, чугун. Аморфните тела нямат специфична точка на топене. Топенето е фазов преход, който е придружен от рязка промяна в топлинния капацитет при температурата на топене. Точката на топене зависи от веществото и не се променя по време на процеса. В този случай промяната във вътрешната енергия на тялото:

\[\триъгълник U=\pm m\lambda \left(2\right),\]

където $\lambda $ е специфичната топлина на топене (J/kg).

Обратният процес на топене е кристализация. Изчисляването на промяната на вътрешната енергия се извършва по формула (2).

Промяната във вътрешната енергия на всяко тяло на системата в случай на нагряване или охлаждане може да се изчисли по формулата:

\[\триъгълник U=mc\триъгълник T\вляво(3\вдясно),\]

където c е специфичната топлина на веществото, J/(kgK), $\триъгълник T$ е промяната в телесната температура.

При изучаване на преходите на веществата от едно агрегатно състояние в друго е невъзможно да се направи без така нареченото уравнение на топлинния баланс, което казва: общото количество топлина, което се отделя в топлоизолирана система, е равно на количеството топлина (обща), която се абсорбира в тази система.

По своя смисъл уравнението на топлинния баланс е законът за запазване на енергията за топлопреносни процеси в топлоизолирани системи.

Пример 1

Задача: В топлоизолиран съд има вода и лед при температура $t_i= 0^oС$. Масите на водата ($m_(v\ ))$ и леда ($m_(i\ ))$ са съответно 0,5 kg и 60 g. Във водата се пуска водна пара с маса $m_(p\ )=$10 g. при температура $t_p= 100^oС$. Каква ще бъде температурата на водата в съда след установяване на топлинно равновесие? Топлинният капацитет на съда се игнорира.

Решение: Нека определим какви процеси протичат в системата, какви агрегатни състояния на материята сме имали и какво имаме.

Водната пара кондензира, отделяйки топлина.

Тази топлина се използва за разтопяване на леда и евентуално за загряване на наличната и получена от леда вода.

Нека първо проверим колко топлина се отделя при кондензацията на наличната маса пара:

тук, от референтни материали, имаме $r=2.26 10^6\frac(J)(kg)$ - специфична топлина на изпаряване (приложимо и за кондензация).

Необходима топлина за разтопяване на леда:

тук от референтни материали имаме $\lambda =3.3\cdot 10^5\frac(J)(kg)$ - специфична топлина на топене на леда.

Получаваме, че парата отделя повече топлина, отколкото е необходимо, само за да разтопи съществуващия лед, следователно, записваме уравнението на топлинния баланс във формата:

Топлината се отделя при кондензация на пара с маса $m_(p\ )$ и охлаждане на водата, която се образува от пара от температура $T_p$ до желаната T. Топлината се абсорбира при топенето на лед с маса $m_(i\). )$ и нагряване на вода с маса $m_v+ m_i$ от температура $T_i$ до $T.\ $ Означете $T-T_i=\триъгълник T$, за разликата $T_p-T$ получаваме:

Уравнението на топлинния баланс ще приеме формата:

\ \ \[\триъгълник T=\frac(rm_(p\ )+cm_(p\ )100-lm_(i\ ))(c\left(m_v+m_i+m_(p\ )\вдясно))\ляво (1.6\вдясно)\]

Ще извършим изчисления, като вземем предвид, че топлинният капацитет на водата е табличен $c=4.2\cdot 10^3\frac(J)(kgK)$, $T_p=t_p+273=373K,$ $T_i=t_i +273=273K$:

$\триъгълник T=\frac(2,26\cdot 10^6\cdot 10^(-2)+4,2\cdot 10^3\cdot 10^(-2)10^2-6\cdot 10^ (-2)\cdot 3,3\cdot 10^5)(4,2\cdot 10^3\cdot 5,7\cdot 10^(-1))\приблизително 3\left(K\right)$ след това T=273+3=276 (K)

Отговор: Температурата на водата в съда след установяване на топлинно равновесие ще бъде равна на 276 К.

Пример 2

Задача: Фигурата показва участъка на изотермата, съответстващ на прехода на вещество от кристално в течно състояние. Какво съответства на този раздел на p,T диаграмата?

Целият набор от състояния, изобразени на p, V диаграмата чрез хоризонтална права отсечка на p, T диаграмата е изобразена с една точка, която определя стойностите на p и T, при които преминава преходът от едно състояние на агрегатиране към се случва друг.

Всяка материя може да съществува в една от четирите форми. Всеки от тях е определено агрегатно състояние на материята. В природата на Земята само един е представен в три от тях наведнъж. Това е вода. Лесно е да го видите изпарен, разтопен и втвърден. Това е пара, вода и лед. Учените са се научили как да променят агрегатните състояния на материята. Най-голямата трудност за тях е само плазмата. Това състояние изисква специални условия.

Какво е това, от какво зависи и как се характеризира?

Ако тялото е преминало в друго агрегатно състояние на материята, това не означава, че се е появило нещо друго. Веществото остава същото. Ако течността имаше водни молекули, те ще бъдат в пара с лед. Ще се променят само тяхното местоположение, скорост на движение и сили на взаимодействие помежду си.

При изучаване на темата "Агрегатни състояния (8 клас)" се разглеждат само три от тях. Това са течни, газообразни и твърди. Техните прояви зависят от физическите условия на околната среда. Характеристиките на тези състояния са представени в таблицата.

Първо състояние: твърдо

Основната му разлика от другите е, че молекулите имат строго определено място. Когато се говори за твърдо агрегатно състояние, най-често имат предвид кристали. При тях структурата на решетката е симетрична и строго периодична. Следователно, той винаги е запазен, независимо колко далеч би се разпространило тялото. Осцилаторното движение на молекулите на веществото не е достатъчно, за да разруши тази решетка.

Но има и аморфни тела. Липсва им строга структура в подреждането на атомите. Те могат да бъдат навсякъде. Но това място е стабилно като в кристалното тяло. Разликата между аморфните и кристалните вещества е, че те нямат специфична температура на топене (втвърдяване) и се характеризират с течливост. Ярки примери за такива вещества са стъклото и пластмасата.

Второ състояние: течност

Това агрегатно състояние на материята е кръстоска между твърдо и газ. Следователно, той съчетава някои свойства от първото и второто. Така че разстоянието между частиците и тяхното взаимодействие е подобно на случая с кристалите. Но тук е местоположението и движението по-близо до газта. Следователно течността не запазва формата си, а се разстила върху съда, в който се излива.

Трето състояние: газ

За наука, наречена "физика", агрегатното състояние под формата на газ не е на последно място. В крайна сметка тя изучава света около себе си и въздухът в него е много често срещан.

Характеристиките на това състояние са, че силите на взаимодействие между молекулите практически отсъстват. Това обяснява свободното им движение. Поради което газообразното вещество запълва целия предоставен му обем. Освен това всичко може да се прехвърли в това състояние, просто трябва да увеличите температурата с желаното количество.

Четвърто състояние: плазма

Това агрегатно състояние на материята е газ, който е напълно или частично йонизиран. Това означава, че броят на отрицателно и положително заредените частици в него е почти еднакъв. Тази ситуация възниква, когато газът се нагрява. След това има рязко ускоряване на процеса на термична йонизация. Той се крие във факта, че молекулите са разделени на атоми. Последните след това се превръщат в йони.

Във Вселената такова състояние е много често. Защото съдържа всички звезди и средата между тях. В границите на земната повърхност се среща изключително рядко. Освен в йоносферата и слънчевия вятър, плазмата е възможна само по време на гръмотевични бури. При светкавици се създават условия, при които газовете на атмосферата преминават в четвърто състояние на материята.

Но това не означава, че плазмата не е създадена в лабораторията. Първото нещо, което можеше да се възпроизведе, беше газовият разряд. Плазмата вече запълва флуоресцентни лампи и неонови реклами.

Как се осъществява преходът между състоянията?

За да направите това, трябва да създадете определени условия: постоянно налягане и определена температура. В този случай промяната в агрегатните състояния на веществото се придружава от освобождаване или поглъщане на енергия. Освен това този преход не се извършва със светкавична скорост, а изисква известно време. През това време условията трябва да останат непроменени. Преходът става с едновременното съществуване на материята в две форми, които поддържат топлинно равновесие.

Първите три състояния на материята могат взаимно да преминават едно в друго. Има директни и обратни процеси. Те имат следните имена:

• топене(от твърдо към течно) и кристализациянапример топенето на леда и втвърдяването на водата;
• изпаряване(от течно в газообразно) и кондензация, пример е изпаряването на вода и производството й от пара;
• сублимация(от твърдо към газообразно) и десублимация, например, изпаряването на сух аромат за първия от тях и мразовитите шарки върху стъклото за втория.

Физика на топенето и кристализацията

Ако твърдо тяло се нагрява, тогава при определена температура, наречена точка на топенеспецифично вещество, ще започне промяна в агрегатното състояние, което се нарича топене. Този процес протича с усвояването на енергия, което се нарича количество топлинаи се отбелязва с буквата В. За да го изчислите, трябва да знаете специфична топлина на топене, което е обозначено λ . И формулата изглежда така:

Q=λ*m, където m е масата на веществото, участващо в топенето.

Ако възникне обратният процес, тоест кристализацията на течността, тогава условията се повтарят. Единствената разлика е, че енергията се освобождава, а знакът минус се появява във формулата.

Физика на изпаряване и кондензация

При продължително нагряване на веществото, то постепенно ще се приближи до температурата, при която ще започне интензивното му изпаряване. Този процес се нарича изпаряване. Отново се характеризира с усвояване на енергия. Само за да го изчислите, трябва да знаете специфична топлина на изпаряване r. И формулата ще бъде:

Q=r*m.

Обратният процес или кондензацията възниква с отделянето на същото количество топлина. Следователно във формулата отново се появява минус.

Въпросите за това какво е агрегатно състояние, какви характеристики и свойства притежават твърдите вещества, течностите и газовете се разглеждат в няколко курса за обучение. Има три класически състояния на материята, със свои собствени характерни особености на структурата. Тяхното разбиране е важен момент в разбирането на науките за Земята, живите организми и производствените дейности. Тези въпроси се изучават от физика, химия, география, геология, физическа химия и други научни дисциплини. Веществата, които са при определени условия в един от трите основни типа състояние, могат да се променят с повишаване или намаляване на температурата или налягането. Нека разгледаме възможните преходи от едно агрегатно състояние в друго, както се извършват в природата, технологиите и ежедневието.

Какво е агрегатно състояние?

Думата от латински произход "aggrego" в превод на руски означава "прикрепям". Научният термин се отнася до състоянието на едно и също тяло, вещество. Съществуването на твърди вещества, газове и течности при определени температурни стойности и различни налягания е характерно за всички черупки на Земята. В допълнение към трите основни агрегатни състояния има и четвърто. При повишена температура и постоянно налягане газът се превръща в плазма. За да разберете по-добре какво е агрегатно състояние, е необходимо да запомните най-малките частици, които изграждат вещества и тела.

Диаграмата по-горе показва: а - газ; b - течност; c е твърдо тяло. В такива фигури кръговете показват структурните елементи на веществата. Това е символ, всъщност атомите, молекулите, йоните не са твърди топки. Атомите се състоят от положително заредено ядро, около което с висока скорост се движат отрицателно заредени електрони. Познаването на микроскопичната структура на материята помага да се разберат по-добре разликите, които съществуват между различните агрегатни форми.

Идеи за микросвета: от Древна Гърция до 17 век

Първите сведения за частиците, които изграждат физическите тела, се появяват в древна Гърция. Мислителите Демокрит и Епикур въведоха такова понятие като атом. Те вярвали, че тези най-малки неделими частици от различни вещества имат форма, определени размери, способни са на движение и взаимодействие помежду си. Атомистиката се превръща в най-напредналото учение на древна Гърция за времето си. Но развитието му се забавя през Средновековието. Оттогава учените са преследвани от инквизицията на Римокатолическата църква. Следователно до съвремието не е имало ясна концепция за това какво е агрегатното състояние на материята. Едва след 17 в. учените Р. Бойл, М. Ломоносов, Д. Далтън, А. Лавоазие формулират положенията на атомно-молекулярната теория, които не са загубили своето значение и днес.

Атоми, молекули, йони - микроскопични частици от структурата на материята

Значителен пробив в разбирането на микрокосмоса настъпва през 20-ти век, когато е изобретен електронният микроскоп. Като се вземат предвид откритията, направени от учените по-рано, беше възможно да се състави хармонична картина на микросвета. Теориите, описващи състоянието и поведението на най-малките частици на материята са доста сложни, принадлежат към областта.За да се разберат особеностите на различните агрегатни състояния на материята, е достатъчно да се знаят имената и особеностите на основните структурни частици, които образуват различни вещества.

1. Атомите са химически неделими частици. Запазена при химични реакции, но унищожена при ядрено. Металите и много други вещества с атомна структура имат твърдо агрегатно състояние при нормални условия.
2. Молекулите са частици, които се разграждат и образуват в химични реакции. кислород, вода, въглероден диоксид, сяра. Агрегационното състояние на кислород, азот, серен диоксид, въглерод, кислород при нормални условия е газообразно.
3. Йоните са заредени частици, в които атомите и молекулите се превръщат, когато получават или губят електрони - микроскопични отрицателно заредени частици. Много соли имат йонна структура, например готварска сол, железен и меден сулфат.

Има вещества, чиито частици са разположени в пространството по определен начин. Подреденото взаимно положение на атоми, йони, молекули се нарича кристална решетка. Обикновено йонните и атомните кристални решетки са характерни за твърдите тела, молекулярните - за течности и газове. Диамантът има висока твърдост. Неговата атомна кристална решетка е образувана от въглеродни атоми. Но мекият графит също се състои от атоми на този химичен елемент. Само те са разположени различно в пространството. Обичайното агрегатно състояние на сярата е твърдо вещество, но при високи температури веществото се превръща в течност и аморфна маса.

Вещества в твърдо агрегатно състояние

Твърдите вещества при нормални условия запазват своя обем и форма. Например песъчинка, зърно захар, сол, парче камък или метал. Ако захарта се нагрее, веществото започва да се топи, превръщайки се в вискозна кафява течност. Спрете нагряването - отново получаваме твърдо вещество. Това означава, че едно от основните условия за прехода на твърдо вещество в течност е неговото нагряване или увеличаване на вътрешната енергия на частиците на веществото. Твърдото агрегатно състояние на солта, която се използва в храната, също може да се промени. Но за да разтопите готварската сол, се нуждаете от по-висока температура, отколкото при нагряване на захарта. Факт е, че захарта се състои от молекули, а готварската сол се състои от заредени йони, които са по-силно привлечени един от друг. Твърдите вещества в течна форма не запазват формата си, тъй като кристалните решетки се разрушават.

Течното агрегатно състояние на солта по време на топене се обяснява с прекъсването на връзката между йоните в кристалите. Освобождават се заредени частици, които могат да носят електрически заряди. Разтопените соли провеждат електричество и са проводници. В химическата, металургичната и инженерната промишленост твърдите вещества се превръщат в течности, за да се получат нови съединения от тях или да им се придадат различни форми. Металните сплави са широко използвани. Има няколко начина за получаването им, свързани с промени в агрегатното състояние на твърдите суровини.

Течността е едно от основните агрегатни състояния

Ако излеете 50 ml вода в колба с кръгло дъно, ще забележите, че веществото веднага приема формата на химически съд. Но веднага щом излеем водата от колбата, течността веднага ще се разпространи по повърхността на масата. Обемът на водата ще остане същият - 50 ml, а формата й ще се промени. Тези характеристики са характерни за течната форма на съществуване на материята. Течностите са много органични вещества: алкохоли, растителни масла, киселини.

Млякото е емулсия, тоест течност, в която има капчици мазнини. Полезен течен минерал е маслото. Извлича се от кладенци с помощта на сондажни платформи на сушата и в океана. Морската вода също е суровина за промишлеността. Неговата разлика от сладката вода на реките и езерата се състои в съдържанието на разтворени вещества, главно соли. По време на изпаряване от повърхността на водните тела само молекулите H 2 O преминават в състояние на пара, остават разтворените вещества. На това свойство се основават методите за получаване на полезни вещества от морската вода и методите за нейното пречистване.

При пълно отстраняване на солите се получава дестилирана вода. Кипи при 100°C и замръзва при 0°C. Саламурите кипват и се превръщат в лед при различни температури. Например водата в Северния ледовит океан замръзва при повърхностна температура от 2°C.

Агрегатното състояние на живака при нормални условия е течност. Този сребристо-сив метал обикновено се пълни с медицински термометри. При нагряване колоната с живак се издига на скалата, веществото се разширява. Защо се използва алкохол, оцветен с червена боя, а не живак? Това се обяснява със свойствата на течния метал. При 30-градусови студове състоянието на агрегиране на живака се променя, веществото става твърдо.

Ако медицинският термометър е счупен и живакът се е разлял, тогава е опасно да събирате сребърни топки с ръцете си. Вдишването на живачни пари е вредно, това вещество е много токсично. Децата в такива случаи трябва да потърсят помощ от родители, възрастни.

газообразно състояние

Газовете не могат да запазят своя обем или форма. Напълнете колбата до върха с кислород (химическата й формула е O 2). Веднага след като отворим колбата, молекулите на веществото ще започнат да се смесват с въздуха в стаята. Това се дължи на Брауновото движение. Дори древногръцкият учен Демокрит вярвал, че частиците на материята са в постоянно движение. В твърдите тела при нормални условия атомите, молекулите, йоните нямат възможност да напуснат кристалната решетка, да се освободят от връзки с други частици. Това е възможно само при подаване на голямо количество енергия отвън.

В течностите разстоянието между частиците е малко по-голямо, отколкото в твърдите тела; те изискват по-малко енергия за разрушаване на междумолекулните връзки. Например, течното агрегатно състояние на кислорода се наблюдава само когато температурата на газа падне до -183 °C. При -223 ° C молекулите на O 2 образуват твърдо вещество. Когато температурата се повиши над дадените стойности, кислородът се превръща в газ. Именно в тази форма е при нормални условия. В промишлените предприятия има специални инсталации за отделяне на атмосферния въздух и получаване на азот и кислород от него. Първо, въздухът се охлажда и втечнява, а след това температурата постепенно се повишава. Азотът и кислородът се превръщат в газове при различни условия.

Земната атмосфера съдържа 21% кислород и 78% азот по обем. В течна форма тези вещества не се намират в газообразната обвивка на планетата. Течният кислород има светлосин цвят и се пълни при високо налягане в бутилки за използване в медицински заведения. В промишлеността и строителството втечнените газове са необходими за много процеси. Кислородът е необходим за газово заваряване и рязане на метали, в химията - за реакциите на окисление на неорганични и органични вещества. Ако отворите клапана на кислороден цилиндър, налягането намалява, течността се превръща в газ.

Втечненият пропан, метан и бутан се използват широко в енергетиката, транспорта, промишлеността и домакинствата. Тези вещества се получават от природен газ или по време на крекинг (разделяне) на петролна суровина. Въглеродните течни и газообразни смеси играят важна роля в икономиката на много страни. Но запасите от нефт и природен газ са силно изчерпани. Според учените тази суровина ще продължи 100-120 години. Алтернативен източник на енергия е въздушният поток (вятър). Бързо течащите реки, приливите и отливите по бреговете на моретата и океаните се използват за работа на електроцентрали.

Кислородът, подобно на другите газове, може да бъде в четвърто агрегатно състояние, представляващо плазма. Необичайният преход от твърдо към газообразно състояние е характерна особеност на кристалния йод. Тъмно лилаво вещество претърпява сублимация - превръща се в газ, заобикаляйки течното състояние.

Как се извършват преходите от една съвкупна форма на материята към друга?

Промените в агрегатното състояние на веществата не са свързани с химични трансформации, това са физически явления. Когато температурата се повиши, много твърди вещества се топят и се превръщат в течности. По-нататъшното повишаване на температурата може да доведе до изпаряване, тоест до газообразно състояние на веществото. В природата и икономиката такива преходи са характерни за едно от основните вещества на Земята. Лед, течност, пара са състоянията на водата при различни външни условия. Съединението е същото, формулата му е H 2 O. При температура от 0 ° C и под тази стойност водата кристализира, тоест се превръща в лед. Когато температурата се повиши, получените кристали се разрушават - ледът се топи, отново се получава течна вода. Когато се нагрява, се образува изпарение - превръщането на водата в газ - продължава дори при ниски температури. Например, замръзналите локви постепенно изчезват, защото водата се изпарява. Дори при мразовито време мокрите дрехи изсъхват, но този процес е по-дълъг, отколкото в горещ ден.

Всички изброени преходи на водата от едно състояние в друго са от голямо значение за природата на Земята. Атмосферните явления, климатът и времето са свързани с изпаряването на водата от повърхността на океаните, пренасянето на влага под формата на облаци и мъгла към сушата, валежи (дъжд, сняг, градушка). Тези явления формират основата на световния кръговрат на водата в природата.

Как се променят агрегатните състояния на сярата?

При нормални условия сярата е ярки блестящи кристали или светложълт прах, тоест е твърдо вещество. Агрегатното състояние на сярата се променя при нагряване. Първо, когато температурата се повиши до 190 ° C, жълтото вещество се топи, превръщайки се в подвижна течност.

Ако бързо излеете течна сяра в студена вода, ще получите кафява аморфна маса. При по-нататъшно нагряване на стопилката на сярата тя става все по-вискозна и потъмнява. При температури над 300 ° C състоянието на агрегиране на сярата се променя отново, веществото придобива свойствата на течност, става подвижно. Тези преходи възникват поради способността на атомите на елемента да образуват вериги с различна дължина.

Защо веществата могат да бъдат в различни агрегатни състояния?

Агрегационното състояние на сярата - просто вещество - е твърдо при нормални условия. Серният диоксид е газ, сярната киселина е маслена течност, по-тежка от водата. За разлика от солната и азотната киселина, той не е летлив, молекулите не се изпаряват от повърхността му. Какво агрегатно състояние има пластичната сяра, която се получава чрез нагряване на кристали?

В аморфна форма веществото има структура на течност, с лека течливост. Но пластмасовата сяра едновременно запазва формата си (като твърдо вещество). Има течни кристали, които имат редица характерни свойства на твърдите вещества. По този начин състоянието на материята при различни условия зависи от нейната природа, температура, налягане и други външни условия.

Какви са особеностите в структурата на твърдите тела?

Съществуващите различия между основните агрегатни състояния на материята се обясняват с взаимодействието между атоми, йони и молекули. Например, защо твърдото агрегатно състояние на материята води до способността на телата да поддържат обем и форма? В кристалната решетка на метал или сол структурните частици се привличат една към друга. В металите положително заредените йони взаимодействат с така наречения "електронен газ" - натрупването на свободни електрони в парче метал. Кристалите на солта възникват поради привличането на противоположно заредени частици - йони. Разстоянието между горните структурни единици на твърдите тела е много по-малко от размера на самите частици. В този случай действа електростатичното привличане, дава сила, а отблъскването не е достатъчно силно.

За да се разруши твърдото агрегатно състояние на веществото, трябва да се положат усилия. Метали, соли, атомни кристали се топят при много високи температури. Например желязото става течно при температури над 1538 °C. Волфрамът е огнеупорен и се използва за производство на нишки с нажежаема жичка за електрически крушки. Има сплави, които стават течни при температури над 3000 °C. Много на Земята са в твърдо състояние. Тази суровина се добива с помощта на оборудване в мини и кариери.

За да се отдели дори един йон от кристал, е необходимо да се изразходва голямо количество енергия. Но в края на краищата е достатъчно солта да се разтвори във вода, за да се разпадне кристалната решетка! Това явление се обяснява с удивителните свойства на водата като полярен разтворител. Молекулите на H 2 O взаимодействат със солните йони, разрушавайки химическата връзка между тях. По този начин разтварянето не е просто смесване на различни вещества, а физическо и химично взаимодействие между тях.

Как взаимодействат молекулите на течностите?

Водата може да бъде течна, твърда и газообразна (пара). Това са основните му агрегатни състояния при нормални условия. Водните молекули са изградени от един кислороден атом с два водородни атома, свързани към него. Има поляризация на химичната връзка в молекулата, на кислородните атоми се появява частичен отрицателен заряд. Водородът става положителният полюс в молекулата и се привлича от кислородния атом на друга молекула. Това се нарича "водородна връзка".

Течното агрегатно състояние се характеризира с разстояния между структурните частици, сравними с техните размери. Привличането съществува, но е слабо, така че водата не запазва формата си. Изпаряването възниква поради разрушаването на връзките, което се случва на повърхността на течността дори при стайна температура.

Има ли междумолекулни взаимодействия в газовете?

Газообразното състояние на веществото се различава от течното и твърдото по редица параметри. Между структурните частици на газовете има големи празнини, много по-големи от размера на молекулите. В този случай силите на привличане изобщо не работят. Газообразното агрегатно състояние е характерно за веществата, присъстващи в състава на въздуха: азот, кислород, въглероден диоксид. На фигурата по-долу първият куб е пълен с газ, вторият с течност, а третият с твърдо вещество.

Много течности са летливи; молекулите на веществото се откъсват от повърхността им и преминават във въздуха. Например, ако донесете памучен тампон, потопен в амоняк, към отвора на отворена бутилка солна киселина, се появява бял дим. Точно във въздуха протича химическа реакция между солна киселина и амоняк, получава се амониев хлорид. В какво състояние на материята се намира това вещество? Неговите частици, които образуват бял дим, са най-малките твърди кристали сол. Този експеримент трябва да се проведе под аспиратор, веществата са токсични.

Заключение

Агрегатното състояние на газа е изследвано от много изключителни физици и химици: Авогадро, Бойл, Гей-Люсак, Клаперон, Менделеев, Льо Шателие. Учените са формулирали закони, които обясняват поведението на газообразните вещества в химичните реакции при промяна на външните условия. Откритите закономерности не само влязоха в училищните и университетските учебници по физика и химия. Много химически индустрии се основават на знания за поведението и свойствата на веществата в различни агрегатни състояния.

Цели на урока:

• да задълбочи и обобщи знанията за агрегатните състояния на материята, да проучи в какви състояния могат да бъдат веществата.

Цели на урока:

Обучение - да се формулира представа за свойствата на твърдите тела, газовете, течностите.

Развиваща – развиване на речеви умения на учениците, анализ, изводи по обхванатия и изучен материал.

Образователно - внушаване на умствен труд, създаване на всички условия за повишаване на интереса към изучавания предмет.

Основни термини:

Състояние на агрегиране- това е състояние на материята, което се характеризира с определени качествени свойства: - способност или неспособност да се поддържа форма и обем; - наличието или отсъствието на близък и далечен ред; - други.

Фиг.6. Агрегатно състояние на вещество с промяна на температурата.

Когато веществото преминава от твърдо състояние в течно състояние, това се нарича топене, обратният процес е кристализация. Когато веществото преминава от течност в газ, този процес се нарича изпаряване, в течност от газ - кондензация. И преходът веднага в газ от твърдо, заобикаляйки течността - чрез сублимация, обратният процес - чрез десублимация.

1. Кристализация; 2. Топене; 3. Кондензация; 4. Изпаряване;

5. Сублимация; 6. Десублимация.

Ние постоянно наблюдаваме тези примери за преходи в ежедневието. Когато ледът се разтопи, той се превръща във вода, а водата от своя страна се изпарява, образувайки пара. Ако го разгледаме в обратна посока, парата, кондензирайки, започва да се превръща обратно във вода, а водата от своя страна, замръзвайки, се превръща в лед. Миризмата на всяко твърдо тяло е сублимация. Част от молекулите излизат от тялото и се образува газ, който придава миризма. Пример за обратния процес са шарките върху стъклото през зимата, когато парата във въздуха, когато е замръзнала, се утаява върху стъклото.

Видеото показва промяната в агрегатните състояния на материята.

контролен блок.

1. След замръзване водата се превърна в лед. Промениха ли се водните молекули?

2. Използвайте медицински етер на закрито. И поради това там обикновено миришат силно. Какво е състоянието на етера?

3. Какво се случва с формата на течността?

4. Лед. Какво е състоянието на водата?

5. Какво се случва, когато водата замръзне?

Домашна работа.

Отговори на въпросите:

1. Възможно ли е да се напълни половината от обема на съда с газ? Защо?

2. Могат ли азотът и кислородът да бъдат в течно състояние при стайна температура?

3. Може ли да има при стайна температура в газообразно състояние: желязо и живак?

4. В мразовит зимен ден над реката се образува мъгла. Какво е състоянието на материята?

Вярваме, че материята има три агрегатни състояния. Всъщност има поне петнадесет от тях, докато списъкът с тези държави продължава да се увеличава всеки ден. Това са: аморфно твърдо вещество, твърдо вещество, неутрониева, кварк-глюонна плазма, силно симетрична материя, слабо симетрична материя, фермионен кондензат, Бозе-Айнщайн кондензат и странна материя.