एक तरल समुच्चय अवस्था में। पदार्थ की कुल अवस्था

मुझे लगता है कि हर कोई पदार्थ की 3 बुनियादी समग्र अवस्थाओं को जानता है: तरल, ठोस और गैसीय। हम हर दिन और हर जगह पदार्थ की इन अवस्थाओं का सामना करते हैं। अक्सर उन्हें पानी के उदाहरण पर माना जाता है। पानी की तरल अवस्था हमारे लिए सबसे अधिक परिचित है। हम लगातार तरल पानी पीते हैं, यह हमारे नल से बहता है, और हम स्वयं 70% तरल पानी हैं। पानी की दूसरी समग्र अवस्था साधारण बर्फ है, जिसे हम सर्दियों में सड़क पर देखते हैं। गैसीय रूप में, दैनिक जीवन में भी पानी आसानी से मिल जाता है। गैसीय अवस्था में, पानी है, हम सभी जानते हैं, भाप। यह तब देखा जा सकता है जब हम, उदाहरण के लिए, केतली को उबालते हैं। हां, यह 100 डिग्री पर होता है कि पानी तरल अवस्था से गैसीय अवस्था में जाता है।

ये पदार्थ की तीन समुच्चय अवस्थाएँ हैं जिनसे हम परिचित हैं। लेकिन क्या आप जानते हैं कि वास्तव में उनमें से 4 हैं? मुझे लगता है कि कम से कम एक बार सभी ने "प्लाज्मा" शब्द सुना। और आज मैं चाहता हूं कि आप प्लाज्मा के बारे में और जानें - पदार्थ की चौथी अवस्था।

प्लाज्मा एक आंशिक या पूरी तरह से आयनित गैस है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेशों का समान घनत्व होता है। प्लाज्मा गैस से प्राप्त किया जा सकता है - पदार्थ की तीसरी अवस्था से तीव्र ताप द्वारा। सामान्य तौर पर एकत्रीकरण की स्थिति, वास्तव में, पूरी तरह से तापमान पर निर्भर करती है। एकत्रीकरण की पहली अवस्था सबसे कम तापमान है जिस पर शरीर ठोस रहता है, एकत्रीकरण की दूसरी अवस्था वह तापमान होता है जिस पर शरीर पिघलना और तरल बनना शुरू होता है, एकत्रीकरण की तीसरी अवस्था उच्चतम तापमान होती है जिस पर पदार्थ बन जाता है गैस। प्रत्येक शरीर, पदार्थ के लिए, एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण का तापमान पूरी तरह से अलग होता है, किसी के लिए यह कम होता है, किसी के लिए यह अधिक होता है, लेकिन सभी के लिए यह इस क्रम में सख्ती से होता है। और किस तापमान पर कोई पदार्थ प्लाज्मा बनता है? चूंकि यह चौथा राज्य है, इसका मतलब है कि इसमें संक्रमण का तापमान पिछले प्रत्येक की तुलना में अधिक है। और वास्तव में यह है। गैस को आयनित करने के लिए, बहुत अधिक तापमान की आवश्यकता होती है। सबसे कम तापमान और कम आयनित (लगभग 1%) प्लाज्मा की विशेषता तापमान 100 हजार डिग्री तक है। स्थलीय परिस्थितियों में, ऐसे प्लाज्मा को बिजली के रूप में देखा जा सकता है। बिजली चैनल का तापमान 30 हजार डिग्री से अधिक हो सकता है, जो सूर्य की सतह के तापमान से 6 गुना अधिक है। वैसे, सूर्य और अन्य सभी तारे भी प्लाज्मा हैं, अधिक बार अभी भी उच्च तापमान। विज्ञान साबित करता है कि ब्रह्मांड के पूरे पदार्थ का लगभग 99% हिस्सा प्लाज्मा है।

कम तापमान वाले प्लाज्मा के विपरीत, उच्च तापमान वाले प्लाज्मा में लगभग 100% आयनीकरण होता है और तापमान 100 मिलियन डिग्री तक होता है। यह वास्तव में तारकीय तापमान है। पृथ्वी पर, ऐसा प्लाज्मा केवल एक मामले में पाया जाता है - थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर प्रयोगों के लिए। एक नियंत्रित प्रतिक्रिया काफी जटिल और ऊर्जा-गहन है, लेकिन एक अनियंत्रित ने खुद को विशाल शक्ति के हथियार के रूप में पर्याप्त रूप से साबित कर दिया है - 12 अगस्त, 1953 को यूएसएसआर द्वारा परीक्षण किया गया थर्मोन्यूक्लियर बम।

प्लाज्मा को न केवल तापमान और आयनीकरण की डिग्री के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, बल्कि घनत्व और अर्ध-तटस्थता द्वारा भी वर्गीकृत किया जाता है। वाक्यांश प्लाज्मा घनत्वआमतौर पर इसका मतलब है इलेक्ट्रॉन घनत्वयानी प्रति इकाई आयतन में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या। खैर, इसके साथ, मुझे लगता है कि सब कुछ स्पष्ट है। लेकिन हर कोई नहीं जानता कि अर्ध-तटस्थता क्या है। प्लाज्मा की अर्ध-तटस्थता इसके सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक है, जिसमें इसके घटक सकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों के घनत्व की लगभग सटीक समानता होती है। प्लाज्मा की अच्छी विद्युत चालकता के कारण, डेबी की लंबाई से अधिक दूरी पर और प्लाज्मा दोलनों की अवधि से कई गुना अधिक दूरी पर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज का पृथक्करण असंभव है। लगभग सभी प्लाज्मा अर्ध-तटस्थ होते हैं। एक गैर-अर्ध-तटस्थ प्लाज्मा का एक उदाहरण एक इलेक्ट्रॉन बीम है। हालांकि, गैर-तटस्थ प्लाज़्मा का घनत्व बहुत कम होना चाहिए, अन्यथा कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण वे जल्दी से क्षय हो जाएंगे।

हमने प्लाज्मा के बहुत कम स्थलीय उदाहरणों पर विचार किया है। लेकिन उनमें से काफी हैं। मनुष्य ने अपने भले के लिए प्लाज्मा का उपयोग करना सीख लिया है। पदार्थ की चौथी समग्र स्थिति के लिए धन्यवाद, हम गैस डिस्चार्ज लैंप, प्लाज्मा टीवी, इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग और लेजर का उपयोग कर सकते हैं। साधारण गैस-निर्वहन फ्लोरोसेंट लैंप भी प्लाज्मा हैं। हमारी दुनिया में एक प्लाज्मा लैम्प भी है। यह मुख्य रूप से विज्ञान में अध्ययन करने के लिए और सबसे महत्वपूर्ण बात, फिलामेंटेशन सहित कुछ सबसे जटिल प्लाज्मा घटनाओं को देखने के लिए उपयोग किया जाता है। ऐसे दीपक की तस्वीर नीचे दी गई तस्वीर में देखी जा सकती है:

घरेलू प्लाज्मा उपकरणों के अलावा, प्राकृतिक प्लाज्मा को अक्सर पृथ्वी पर भी देखा जा सकता है। हम इसके एक उदाहरण के बारे में पहले ही बात कर चुके हैं। यह बिजली है। लेकिन बिजली के अलावा, प्लाज्मा घटना को उत्तरी रोशनी, "सेंट एल्मो की आग", पृथ्वी का आयनमंडल और निश्चित रूप से आग कहा जा सकता है।

ध्यान दें कि आग और बिजली दोनों और प्लाज्मा की अन्य अभिव्यक्तियाँ, जैसा कि हम इसे कहते हैं, जलती हैं। प्लाज्मा द्वारा प्रकाश के इतने उज्ज्वल उत्सर्जन का क्या कारण है? प्लाज्मा चमक आयनों के साथ पुनर्संयोजन के बाद उच्च-ऊर्जा अवस्था से निम्न-ऊर्जा अवस्था में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण होती है। यह प्रक्रिया उत्तेजित गैस के अनुरूप स्पेक्ट्रम के साथ विकिरण की ओर ले जाती है। इसलिए प्लाज्मा चमकता है।

मैं प्लाज्मा के इतिहास के बारे में भी कुछ बताना चाहूंगा। आखिरकार, एक समय में केवल दूध के तरल घटक और रक्त के रंगहीन घटक जैसे पदार्थों को ही प्लाज्मा कहा जाता था। 1879 में सब कुछ बदल गया। यह उस वर्ष था जब प्रसिद्ध अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम क्रुक्स ने गैसों में विद्युत चालकता की जांच करते हुए प्लाज्मा की घटना की खोज की थी। सच है, पदार्थ की इस अवस्था को 1928 में ही प्लाज्मा कहा जाता था। और यह इरविंग लैंगमुइर द्वारा किया गया था।

अंत में, मैं यह कहना चाहता हूं कि बॉल लाइटिंग जैसी दिलचस्प और रहस्यमय घटना, जिसके बारे में मैंने इस साइट पर एक से अधिक बार लिखा है, निश्चित रूप से, साधारण बिजली की तरह एक प्लास्मोइड भी है। यह शायद सभी स्थलीय प्लाज्मा परिघटनाओं में सबसे असामान्य प्लास्मोइड है। आखिरकार, बॉल लाइटिंग के बारे में लगभग 400 बहुत अलग सिद्धांत हैं, लेकिन उनमें से एक को भी सही मायने में सही नहीं माना गया है। प्रयोगशाला स्थितियों के तहत, समान लेकिन अल्पकालिक घटनाएं कई अलग-अलग तरीकों से प्राप्त की गई हैं, इसलिए बॉल लाइटिंग की प्रकृति का सवाल खुला रहता है।

बेशक, प्रयोगशालाओं में साधारण प्लाज्मा भी बनाया गया था। एक बार यह मुश्किल था, लेकिन अब ऐसा प्रयोग मुश्किल नहीं है। चूंकि प्लाज्मा हमारे घरेलू शस्त्रागार में मजबूती से प्रवेश कर चुका है, इसलिए प्रयोगशालाओं में इस पर बहुत सारे प्रयोग होते हैं।

प्लाज्मा के क्षेत्र में सबसे दिलचस्प खोज भारहीनता में प्लाज्मा के साथ प्रयोग थे। यह पता चला है कि प्लाज्मा एक निर्वात में क्रिस्टलीकृत होता है। यह इस तरह होता है: प्लाज्मा के आवेशित कण एक दूसरे को पीछे हटाना शुरू कर देते हैं, और जब उनके पास सीमित मात्रा होती है, तो वे अलग-अलग दिशाओं में बिखरते हुए, उन्हें आवंटित स्थान पर कब्जा कर लेते हैं। यह क्रिस्टल जाली के समान है। क्या इसका मतलब यह नहीं है कि प्लाज्मा पदार्थ की पहली समग्र अवस्था और तीसरे के बीच की कड़ी है? आखिरकार, यह गैस के आयनीकरण के कारण एक प्लाज्मा बन जाता है, और एक निर्वात में, प्लाज्मा फिर से ठोस हो जाता है। लेकिन यह सिर्फ मेरा अनुमान है।

अंतरिक्ष में प्लाज्मा क्रिस्टल में भी एक अजीब संरचना होती है। इस संरचना को केवल अंतरिक्ष में, वास्तविक अंतरिक्ष निर्वात में देखा और अध्ययन किया जा सकता है। यहां तक ​​​​कि अगर आप पृथ्वी पर एक निर्वात बनाते हैं और वहां एक प्लाज्मा लगाते हैं, तो गुरुत्वाकर्षण केवल पूरे "चित्र" को निचोड़ लेगा जो अंदर बनता है। अंतरिक्ष में, हालांकि, प्लाज्मा क्रिस्टल बस एक अजीब आकार की एक त्रि-आयामी संरचना का निर्माण करते हुए, उड़ान भरते हैं। पृथ्वी वैज्ञानिकों को कक्षा में प्लाज्मा के अवलोकन के परिणाम भेजने के बाद, यह पता चला कि प्लाज्मा में घूमने वाले अजीब तरीके से हमारी आकाशगंगा की संरचना की नकल करते हैं। और इसका मतलब है कि भविष्य में यह समझना संभव होगा कि प्लाज्मा का अध्ययन करके हमारी आकाशगंगा का जन्म कैसे हुआ। नीचे दी गई तस्वीरें समान क्रिस्टलीकृत प्लाज्मा दिखाती हैं।

परिभाषा

पदार्थ की कुल अवस्थाएँ (लैटिन एग्रेगो से - अटैच, कनेक्ट) - ये एक ही पदार्थ की अवस्थाएँ हैं - ठोस, तरल, गैसीय।

एक राज्य से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान, ऊर्जा, एन्ट्रापी, घनत्व और पदार्थ की अन्य विशेषताओं में अचानक परिवर्तन होता है।

ठोस और तरल शरीर

परिभाषा

ठोस पिंड वे पिंड होते हैं जो आकार और आयतन की स्थिरता से अलग होते हैं।

उनमें, अंतर-आणविक दूरियां छोटी होती हैं और अणुओं की स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा के बराबर होती है। ठोस दो प्रकारों में विभाजित हैं: क्रिस्टलीय और अनाकार। केवल क्रिस्टलीय निकाय थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में हैं। अनाकार शरीर, वास्तव में, मेटास्टेबल राज्यों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो उनकी संरचना में गैर-संतुलन तक पहुंचते हैं, धीरे-धीरे तरल पदार्थ को क्रिस्टलीकृत करते हैं। एक अनाकार शरीर में, क्रिस्टलीकरण की एक बहुत धीमी प्रक्रिया होती है, किसी पदार्थ के क्रिस्टलीय चरण में क्रमिक संक्रमण की प्रक्रिया। क्रिस्टल और अनाकार ठोस के बीच का अंतर मुख्य रूप से इसके गुणों की अनिसोट्रॉपी में निहित है। क्रिस्टलीय पिंड के गुण अंतरिक्ष में दिशा पर निर्भर करते हैं। विभिन्न प्रकार की प्रक्रियाएं, जैसे तापीय चालकता, विद्युत चालकता, प्रकाश, ध्वनि, एक ठोस शरीर की विभिन्न दिशाओं में अलग-अलग तरीकों से फैलती हैं। अनाकार शरीर (कांच, रेजिन, प्लास्टिक) तरल पदार्थ की तरह समस्थानिक होते हैं। अनाकार निकायों और तरल पदार्थों के बीच एकमात्र अंतर यह है कि बाद वाले तरल होते हैं, उनमें स्थैतिक कतरनी विकृति असंभव है।

क्रिस्टलीय निकायों में सही आणविक संरचना होती है। इसके गुणों की अनिसोट्रॉपी क्रिस्टल की सही संरचना के कारण होती है। क्रिस्टल के परमाणुओं की सही व्यवस्था तथाकथित क्रिस्टल जाली बनाती है। विभिन्न दिशाओं में, जाली में परमाणुओं की व्यवस्था भिन्न होती है, जो अनिसोट्रॉपी की ओर ले जाती है। क्रिस्टल जाली में परमाणु (या आयन, या पूरे अणु) मध्य स्थितियों के आसपास यादृच्छिक दोलन गति करते हैं, जिन्हें क्रिस्टल जाली के नोड्स के रूप में माना जाता है। तापमान जितना अधिक होगा, दोलनों की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी, और इसलिए दोलनों का औसत आयाम। क्रिस्टल का आकार दोलनों के आयाम पर निर्भर करता है। दोलनों के आयाम में वृद्धि से शरीर के आकार में वृद्धि होती है। यह ठोसों के ऊष्मीय प्रसार की व्याख्या करता है।

परिभाषा

तरल पिंड वे पिंड होते हैं जिनमें एक निश्चित आयतन होता है, लेकिन रूप की लोच नहीं होती है।

तरल पदार्थ मजबूत अंतर-आणविक संपर्क और कम संपीड्यता की विशेषता है। एक तरल एक ठोस और एक गैस के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति में रहता है। तरल पदार्थ, गैसों की तरह, समस्थानिक हैं। इसके अलावा, तरल में तरलता होती है। इसमें, गैसों की तरह, निकायों के स्पर्शरेखा तनाव (कतरनी तनाव) नहीं होते हैं। तरल पदार्थ भारी होते हैं, अर्थात्। उनका विशिष्ट गुरुत्व ठोसों के विशिष्ट गुरुत्व के बराबर होता है। क्रिस्टलीकरण तापमान के करीब, उनकी गर्मी क्षमता और अन्य थर्मल विशेषताएं ठोस पदार्थों के करीब होती हैं। द्रवों में कुछ हद तक परमाणुओं की सही व्यवस्था देखी जाती है, लेकिन केवल छोटे क्षेत्रों में। यहां परमाणु भी अर्ध-क्रिस्टलीय कोशिका के नोड्स के पास दोलन करते हैं, लेकिन एक ठोस शरीर के परमाणुओं के विपरीत, वे समय-समय पर एक नोड से दूसरे में कूदते हैं। नतीजतन, परमाणुओं की गति बहुत जटिल होगी: यह दोलनशील है, लेकिन साथ ही कंपन का केंद्र अंतरिक्ष में चलता है।

गैस, वाष्पीकरण, संघनन और गलनांक

परिभाषा

गैस पदार्थ की वह अवस्था है जिसमें अणुओं के बीच की दूरियाँ बड़ी होती हैं।

कम दबाव पर अणुओं के बीच बातचीत की ताकतों की उपेक्षा की जा सकती है। गैस के कण गैस को प्रदान की जाने वाली संपूर्ण मात्रा को भर देते हैं। गैसों को अत्यधिक गर्म या असंतृप्त वाष्प के रूप में माना जा सकता है। प्लाज्मा एक विशेष प्रकार की गैस है - यह आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग समान होता है। प्लाज्मा आवेशित कणों की एक गैस है जो विद्युत बलों का उपयोग करके एक दूसरे के साथ बड़ी दूरी पर परस्पर क्रिया करती है, लेकिन पास और दूर के कण नहीं होते हैं।

पदार्थ एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में परिवर्तित हो सकते हैं।

परिभाषा

वाष्पीकरण किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया है, जिसमें अणु एक तरल या ठोस की सतह से बाहर निकलते हैं, जिसकी गतिज ऊर्जा अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा से अधिक होती है।

वाष्पीकरण एक चरण संक्रमण है। वाष्पीकरण के दौरान, तरल या ठोस का कुछ हिस्सा वाष्प में चला जाता है। गैसीय अवस्था में कोई पदार्थ जो द्रव के साथ गतिशील संतुलन में होता है, संतृप्त वाष्प कहलाता है। इस मामले में, शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन:

\[\त्रिकोण \ U=\pm श्री\ \बाएं(1\दाएं),\]

जहाँ m शरीर का भार है, r वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा (J / kg) है।

परिभाषा

संघनन वाष्पीकरण की विपरीत प्रक्रिया है।

आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना सूत्र (1) के अनुसार की जाती है।

परिभाषा

पिघलना किसी पदार्थ के ठोस से तरल अवस्था में संक्रमण की प्रक्रिया है, किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया।

जब किसी पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो उसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है, इसलिए अणुओं की तापीय गति की गति बढ़ जाती है। इस घटना में कि पदार्थ का गलनांक पहुँच जाता है, ठोस की क्रिस्टल जाली टूटने लगती है। कणों के बीच के बंधन नष्ट हो जाते हैं, कणों के बीच बातचीत की ऊर्जा बढ़ जाती है। शरीर में स्थानांतरित होने वाली गर्मी इस शरीर की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाती है, और ऊर्जा का एक हिस्सा पिघलने पर शरीर के आयतन को बदलने के काम में जाता है। अधिकांश क्रिस्टलीय निकायों के लिए, पिघलने पर मात्रा बढ़ जाती है, लेकिन अपवाद हैं, उदाहरण के लिए, बर्फ, कच्चा लोहा। अनाकार निकायों में एक विशिष्ट गलनांक नहीं होता है। पिघलने एक चरण संक्रमण है, जो पिघलने के तापमान पर गर्मी क्षमता में अचानक परिवर्तन के साथ होता है। गलनांक पदार्थ पर निर्भर करता है और प्रक्रिया के दौरान नहीं बदलता है। इस मामले में, शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन:

\[\त्रिकोण U=\pm m\lambda \बाएं(2\दाएं),\]

जहां $\lambda $ संलयन की विशिष्ट ऊष्मा (J/kg) है।

पिघलने की विपरीत प्रक्रिया क्रिस्टलीकरण है। आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना सूत्र (2) के अनुसार की जाती है।

हीटिंग या कूलिंग के मामले में सिस्टम के प्रत्येक निकाय की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:

\[\त्रिकोण यू=एमसी\त्रिकोण टी\बाएं(3\दाएं),\]

जहाँ c पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा है, J/(kgK), $\triangle T$ शरीर के तापमान में परिवर्तन है।

एकत्रीकरण के एक राज्य से दूसरे में पदार्थों के संक्रमण का अध्ययन करते समय, तथाकथित गर्मी संतुलन समीकरण के बिना करना असंभव है, जो कहता है: थर्मली इंसुलेटेड सिस्टम में जारी होने वाली गर्मी की कुल मात्रा की मात्रा के बराबर होती है ऊष्मा (कुल) जो इस प्रणाली में अवशोषित होती है।

इसके अर्थ में, ऊष्मा संतुलन समीकरण ऊष्मीय रूप से अछूता प्रणालियों में ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा के संरक्षण का नियम है।

उदाहरण 1

असाइनमेंट: $t_i= 0^oС$ तापमान पर हीट-इंसुलेटेड बर्तन में पानी और बर्फ होते हैं। पानी का द्रव्यमान ($m_(v\ ))$ और बर्फ ($m_(i\ ))$ क्रमशः 0.5 किग्रा और 60 ग्राम है। द्रव्यमान का जल वाष्प $m_(p\ )=$10 g पानी में छोड़ा जाता है। तापमान पर $t_p= 100^oС$। ऊष्मीय संतुलन स्थापित होने के बाद बर्तन में पानी का तापमान क्या होगा? बर्तन की गर्मी क्षमता को नजरअंदाज कर दिया जाता है।

समाधान: आइए निर्धारित करें कि सिस्टम में कौन सी प्रक्रियाएँ होती हैं, हमारे पास पदार्थ की कुल अवस्थाएँ क्या हैं और हमें क्या मिला है।

जल वाष्प संघनित होता है, जिससे ऊष्मा निकलती है।

इस गर्मी का उपयोग बर्फ को पिघलाने के लिए किया जाता है और संभवत: बर्फ से उपलब्ध और प्राप्त पानी को गर्म करने के लिए किया जाता है।

आइए पहले देखें कि भाप के उपलब्ध द्रव्यमान के संघनन के दौरान कितनी गर्मी निकलती है:

यहां, संदर्भ सामग्री से, हमारे पास $r=2.26 10^6\frac(J)(kg)$ है - वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी (संघनन के लिए भी लागू)।

बर्फ पिघलने के लिए आवश्यक गर्मी:

यहां संदर्भ सामग्री से हमारे पास $\lambda =3.3\cdot 10^5\frac(J)(kg)$ - बर्फ पिघलने की विशिष्ट गर्मी है।

हम पाते हैं कि भाप आवश्यकता से अधिक गर्मी देती है, केवल मौजूदा बर्फ को पिघलाने के लिए, इसलिए, हम इस रूप में गर्मी संतुलन समीकरण लिखते हैं:

द्रव्यमान $m_(p\ )$ के साथ भाप के संघनन के दौरान गर्मी जारी की जाती है और पानी को ठंडा किया जाता है, जो तापमान $T_p$ से वांछित T तक भाप से बनता है। द्रव्यमान $m_(i\ के साथ बर्फ के पिघलने के दौरान गर्मी को अवशोषित किया जाता है) )$ और बड़े पैमाने पर पानी का ताप $m_v+ m_i$ तापमान $T_i$ से $T.\ $ निरूपित $T-T_i=\triangle T$, अंतर $T_p-T$ के लिए हमें मिलता है:

गर्मी संतुलन समीकरण रूप लेगा:

\ \ \[\triangle T=\frac(rm_(p\ )+cm_(p\ )100-lm_(i\ ))(c\left(m_v+m_i+m_(p\ )\right))\बाएं (1.6\दाएं)\]

हम गणना करेंगे, इस बात को ध्यान में रखते हुए कि पानी की गर्मी क्षमता सारणीबद्ध है $c=4.2\cdot 10^3\frac(J)(kgK)$, $T_p=t_p+273=373K,$ $T_i=t_i +273=273के$:

$\triangle T=\frac(2,26\cdot 10^6\cdot 10^(-2)+4,2\cdot 10^3\cdot 10^(-2)10^2-6\cdot 10^ (-2)\cdot 3,3\cdot 10^5)(4,2\cdot 10^3\cdot 5,7\cdot 10^(-1))\लगभग 3\बाएं(K\दाएं)$फिर टी=273+3=276 (के)

उत्तर: तापीय साम्य की स्थापना के बाद बर्तन में पानी का तापमान 276 K के बराबर होगा।

उदाहरण 2

कार्य: यह आंकड़ा एक क्रिस्टलीय से तरल अवस्था में किसी पदार्थ के संक्रमण के अनुरूप समताप मंडल के खंड को दर्शाता है। पी, टी आरेख पर इस खंड से क्या मेल खाता है?

पी, टी आरेख पर एक क्षैतिज सीधी रेखा खंड द्वारा पी, वी आरेख पर दर्शाए गए राज्यों के पूरे सेट को एक बिंदु द्वारा दर्शाया गया है जो पी और टी के मूल्यों को निर्धारित करता है, जिस पर एकत्रीकरण के एक राज्य से संक्रमण दूसरा होता है।

सभी पदार्थ चार रूपों में से एक में मौजूद हो सकते हैं। उनमें से प्रत्येक पदार्थ की एक निश्चित समग्र अवस्था है। पृथ्वी की प्रकृति में, उनमें से तीन में एक बार में केवल एक का प्रतिनिधित्व किया जाता है। यह पानी है। यह देखना आसान है कि यह वाष्पित हो गया है, और पिघल गया है, और कठोर हो गया है। वह है भाप, पानी और बर्फ। वैज्ञानिकों ने सीखा है कि पदार्थ की समग्र अवस्थाओं को कैसे बदला जाए। उनके लिए सबसे बड़ी मुश्किल सिर्फ प्लाज्मा है। इस राज्य को विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता है।

यह क्या है, यह किस पर निर्भर करता है और इसकी विशेषता क्या है?

यदि शरीर पदार्थ की एक और समग्र अवस्था में चला गया है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि कुछ और प्रकट हुआ है। पदार्थ वही रहता है। यदि तरल में पानी के अणु होते, तो वही बर्फ के साथ भाप में होंगे। केवल उनका स्थान, गति की गति और एक दूसरे के साथ बातचीत की ताकतें बदल जाएंगी।

"कुल राज्य (ग्रेड 8)" विषय का अध्ययन करते समय, उनमें से केवल तीन पर विचार किया जाता है। ये तरल, गैस और ठोस हैं। उनकी अभिव्यक्तियाँ पर्यावरण की भौतिक स्थितियों पर निर्भर करती हैं। इन राज्यों की विशेषताओं को तालिका में प्रस्तुत किया गया है।

पहला राज्य: ठोस

दूसरों से इसका मूलभूत अंतर यह है कि अणुओं का एक कड़ाई से परिभाषित स्थान होता है। जब एकत्रीकरण की ठोस अवस्था के बारे में बात की जाती है, तो उनका अर्थ अक्सर क्रिस्टल से होता है। उनमें, जाली संरचना सममित और कड़ाई से आवधिक है। इसलिए, यह हमेशा संरक्षित रहता है, चाहे शरीर कितनी भी दूर क्यों न फैले। किसी पदार्थ के अणुओं की दोलन गति इस जाली को नष्ट करने के लिए पर्याप्त नहीं है।

लेकिन अनाकार शरीर भी हैं। परमाणुओं की व्यवस्था में उनके पास सख्त संरचना का अभाव है। वे कहीं भी हो सकते हैं। लेकिन यह स्थान उतना ही स्थिर है जितना कि क्रिस्टलीय पिंड में। अनाकार और क्रिस्टलीय पदार्थों के बीच का अंतर यह है कि उनके पास एक विशिष्ट पिघलने (जमना) तापमान नहीं होता है और उन्हें तरलता की विशेषता होती है। ऐसे पदार्थों के ज्वलंत उदाहरण कांच और प्लास्टिक हैं।

दूसरा राज्य: तरल

पदार्थ की यह समग्र अवस्था ठोस और गैस के बीच का संकरण है। इसलिए, यह पहले और दूसरे से कुछ गुणों को जोड़ता है। तो, कणों और उनकी बातचीत के बीच की दूरी क्रिस्टल के मामले के समान ही है। लेकिन यहाँ स्थान और गति गैस के करीब है। इसलिए, तरल अपने आकार को बरकरार नहीं रखता है, लेकिन उस बर्तन में फैल जाता है जिसमें इसे डाला जाता है।

तीसरा राज्य: गैस

"भौतिकी" नामक विज्ञान के लिए, गैस के रूप में एकत्रीकरण की स्थिति अंतिम स्थान पर नहीं है। आखिरकार, वह अपने आसपास की दुनिया का अध्ययन करती है, और उसमें हवा बहुत आम है।

इस अवस्था की विशेषताएं यह हैं कि अणुओं के बीच परस्पर क्रिया की शक्ति व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है। यह उनके मुक्त आंदोलन की व्याख्या करता है। जिससे गैसीय पदार्थ उसे दिए गए पूरे आयतन को भर देता है। इसके अलावा, सब कुछ इस स्थिति में स्थानांतरित किया जा सकता है, आपको बस वांछित मात्रा में तापमान बढ़ाने की आवश्यकता है।

चौथा राज्य: प्लाज्मा

पदार्थ की यह समग्र अवस्था एक गैस है जो पूर्ण या आंशिक रूप से आयनित होती है। इसका मतलब है कि इसमें ऋणात्मक और धनात्मक आवेशित कणों की संख्या लगभग समान होती है। यह स्थिति तब होती है जब गैस गर्म होती है। फिर थर्मल आयनीकरण की प्रक्रिया का तेज त्वरण होता है। यह इस तथ्य में निहित है कि अणु परमाणुओं में विभाजित होते हैं। बाद वाला फिर आयनों में बदल जाता है।

ब्रह्मांड के भीतर, ऐसी स्थिति बहुत आम है। क्योंकि इसमें सभी तारे और उनके बीच का माध्यम शामिल है। पृथ्वी की सतह की सीमाओं के भीतर, यह बहुत ही कम होता है। आयनमंडल और सौर वायु के अलावा, प्लाज्मा केवल गरज के साथ ही संभव है। बिजली की चमक में, ऐसी स्थितियाँ बन जाती हैं जिनमें वायुमंडल की गैसें पदार्थ की चौथी अवस्था में चली जाती हैं।

लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि प्रयोगशाला में प्लाज्मा नहीं बनाया गया है। पहली चीज जो पुन: उत्पन्न की जा सकती थी वह थी गैस का निर्वहन। प्लाज्मा अब फ्लोरोसेंट रोशनी और नियॉन संकेत भरता है।

राज्यों के बीच संक्रमण कैसे किया जाता है?

ऐसा करने के लिए, आपको कुछ शर्तें बनाने की आवश्यकता है: एक निरंतर दबाव और एक विशिष्ट तापमान। इस मामले में, किसी पदार्थ की समग्र अवस्थाओं में परिवर्तन ऊर्जा की रिहाई या अवशोषण के साथ होता है। इसके अलावा, यह संक्रमण बिजली की गति से नहीं होता है, लेकिन इसके लिए एक निश्चित समय की आवश्यकता होती है। इस समय के दौरान, शर्तों को अपरिवर्तित रहना चाहिए। संक्रमण दो रूपों में पदार्थ के एक साथ अस्तित्व के साथ होता है, जो थर्मल संतुलन बनाए रखता है।

पदार्थ की पहली तीन अवस्थाएँ परस्पर एक से दूसरे में जा सकती हैं। प्रत्यक्ष प्रक्रियाएं हैं और रिवर्स वाले हैं। उनके निम्नलिखित नाम हैं:

• गलन(ठोस से द्रव में) और क्रिस्टलीकरण, उदाहरण के लिए, बर्फ का पिघलना और पानी का जमना;
• वाष्पीकरण(तरल से गैसीय) और वाष्पीकरण, एक उदाहरण पानी का वाष्पीकरण और भाप से इसका उत्पादन है;
• उच्च बनाने की क्रिया(ठोस से गैसीय) तथा ऊर्ध्वपातन, उदाहरण के लिए, उनमें से पहले के लिए सूखी सुगंध का वाष्पीकरण और दूसरे के लिए कांच पर ठंढा पैटर्न।

पिघलने और क्रिस्टलीकरण का भौतिकी

यदि एक ठोस पिंड को गर्म किया जाता है, तो एक निश्चित तापमान पर, कहा जाता है गलनांकएक विशिष्ट पदार्थ, एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन, जिसे पिघलने कहा जाता है, शुरू हो जाएगा। यह प्रक्रिया ऊर्जा के अवशोषण के साथ चलती है, जिसे कहते हैं गर्मी की मात्राऔर पत्र के साथ चिह्नित है क्यू. इसकी गणना करने के लिए, आपको पता होना चाहिए संलयन की विशिष्ट ऊष्मा, जो दर्शाया गया है λ . और सूत्र इस तरह दिखता है:

क्यू = λ * एम, जहां m पिघलने में शामिल पदार्थ का द्रव्यमान है।

यदि रिवर्स प्रक्रिया होती है, यानी तरल का क्रिस्टलीकरण होता है, तो स्थितियां दोहराई जाती हैं। फर्क सिर्फ इतना है कि ऊर्जा निकलती है, और सूत्र में ऋण चिह्न दिखाई देता है।

वाष्पीकरण और संघनन का भौतिकी

पदार्थ के निरंतर ताप के साथ, यह धीरे-धीरे उस तापमान तक पहुंच जाएगा जिस पर इसका गहन वाष्पीकरण शुरू हो जाएगा। इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है। यह फिर से ऊर्जा के अवशोषण की विशेषता है। बस इसकी गणना करने के लिए, आपको यह जानने की जरूरत है वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा आर. और सूत्र होगा:

क्यू = आर * एम.

विपरीत प्रक्रिया या संघनन समान मात्रा में ऊष्मा के निकलने के साथ होता है। इसलिए, सूत्र में फिर से एक ऋण दिखाई देता है।

कई प्रशिक्षण पाठ्यक्रमों में एकत्रीकरण की स्थिति क्या है, ठोस, तरल पदार्थ और गैसों में क्या विशेषताएं और गुण हैं, इसके बारे में प्रश्नों पर विचार किया जाता है। संरचना की अपनी विशिष्ट विशेषताओं के साथ, पदार्थ की तीन शास्त्रीय अवस्थाएँ हैं। पृथ्वी के विज्ञान, जीवों और उत्पादन गतिविधियों को समझने में उनकी समझ एक महत्वपूर्ण बिंदु है। इन प्रश्नों का अध्ययन भौतिकी, रसायन विज्ञान, भूगोल, भूविज्ञान, भौतिक रसायन विज्ञान और अन्य वैज्ञानिक विषयों द्वारा किया जाता है। पदार्थ जो तीन मूल प्रकार की अवस्थाओं में से एक में कुछ शर्तों के तहत होते हैं, तापमान या दबाव में वृद्धि या कमी के साथ बदल सकते हैं। आइए हम एकत्रीकरण के एक राज्य से दूसरे राज्य में संभावित संक्रमणों पर विचार करें, क्योंकि वे प्रकृति, प्रौद्योगिकी और रोजमर्रा की जिंदगी में किए जाते हैं।

एकत्रीकरण की स्थिति क्या है?

रूसी में अनुवाद में लैटिन मूल के शब्द "एग्रेगो" का अर्थ है "संलग्न करना"। वैज्ञानिक शब्द एक ही शरीर, पदार्थ की स्थिति को दर्शाता है। कुछ निश्चित तापमान मूल्यों और विभिन्न दबावों पर ठोस, गैसों और तरल पदार्थों का अस्तित्व पृथ्वी के सभी गोले की विशेषता है। तीन बुनियादी समुच्चय राज्यों के अलावा, एक चौथाई भी है। ऊंचे तापमान और निरंतर दबाव पर, गैस प्लाज्मा में बदल जाती है। यह समझने के लिए कि एकत्रीकरण की स्थिति क्या है, पदार्थों और निकायों को बनाने वाले सबसे छोटे कणों को याद रखना आवश्यक है।

ऊपर दिया गया चित्र दिखाता है: a - गैस; बी - तरल; c एक कठोर शरीर है। ऐसे आंकड़ों में, वृत्त पदार्थों के संरचनात्मक तत्वों को दर्शाते हैं। यह एक प्रतीक है, वास्तव में, परमाणु, अणु, आयन ठोस गेंद नहीं हैं। परमाणुओं में एक धनात्मक आवेशित नाभिक होता है जिसके चारों ओर ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन उच्च गति से गति करते हैं। पदार्थ की सूक्ष्म संरचना का ज्ञान विभिन्न समुच्चय रूपों के बीच मौजूद अंतरों को बेहतर ढंग से समझने में मदद करता है।

माइक्रोवर्ल्ड के बारे में विचार: प्राचीन ग्रीस से 17वीं शताब्दी तक

भौतिक शरीर बनाने वाले कणों के बारे में पहली जानकारी प्राचीन ग्रीस में दिखाई दी। विचारकों डेमोक्रिटस और एपिकुरस ने परमाणु के रूप में ऐसी अवधारणा पेश की। उनका मानना ​​​​था कि विभिन्न पदार्थों के इन सबसे छोटे अविभाज्य कणों का एक आकार, निश्चित आकार होता है, जो एक दूसरे के साथ गति और बातचीत करने में सक्षम होते हैं। परमाणु विज्ञान अपने समय के लिए प्राचीन ग्रीस का सबसे उन्नत शिक्षण बन गया। लेकिन मध्य युग में इसका विकास धीमा हो गया। तब से वैज्ञानिकों को रोमन कैथोलिक चर्च के इनक्विजिशन द्वारा सताया गया था। इसलिए, आधुनिक समय तक, पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति क्या है, इसकी कोई स्पष्ट अवधारणा नहीं थी। 17वीं शताब्दी के बाद ही वैज्ञानिकों ने आर. बॉयल, एम. लोमोनोसोव, डी. डाल्टन, ए. लावोज़ियर ने परमाणु-आणविक सिद्धांत के प्रावधान तैयार किए, जिन्होंने आज भी अपना महत्व नहीं खोया है।

परमाणु, अणु, आयन - पदार्थ की संरचना के सूक्ष्म कण

सूक्ष्म जगत को समझने में एक महत्वपूर्ण सफलता 20वीं शताब्दी में हुई, जब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का आविष्कार किया गया था। वैज्ञानिकों द्वारा पहले की गई खोजों को ध्यान में रखते हुए, सूक्ष्म जगत की एक सामंजस्यपूर्ण तस्वीर को एक साथ रखना संभव था। पदार्थ के सबसे छोटे कणों की अवस्था और व्यवहार का वर्णन करने वाले सिद्धांत काफी जटिल होते हैं, वे क्षेत्र से संबंधित होते हैं। पदार्थ की विभिन्न समुच्चय अवस्थाओं की विशेषताओं को समझने के लिए, मुख्य संरचनात्मक कणों के नाम और विशेषताओं को जानना पर्याप्त है जो अलग-अलग बनते हैं। पदार्थ।

1. परमाणु रासायनिक रूप से अविभाज्य कण हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाओं में संरक्षित, लेकिन परमाणु में नष्ट हो गया। धातु और परमाणु संरचना के कई अन्य पदार्थ सामान्य परिस्थितियों में एकत्रीकरण की एक ठोस अवस्था रखते हैं।
2. अणु ऐसे कण होते हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं में टूट जाते हैं और बनते हैं। ऑक्सीजन, पानी, कार्बन डाइऑक्साइड, सल्फर। सामान्य परिस्थितियों में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर डाइऑक्साइड, कार्बन, ऑक्सीजन के एकत्रीकरण की अवस्था गैसीय होती है।
3. आयन आवेशित कण होते हैं जो परमाणु और अणु इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने या खोने पर बदल जाते हैं - सूक्ष्म नकारात्मक रूप से आवेशित कण। कई लवणों में एक आयनिक संरचना होती है, उदाहरण के लिए, टेबल सॉल्ट, आयरन और कॉपर सल्फेट।

ऐसे पदार्थ होते हैं जिनके कण एक निश्चित तरीके से अंतरिक्ष में स्थित होते हैं। परमाणुओं, आयनों, अणुओं की क्रमबद्ध पारस्परिक स्थिति क्रिस्टल जालक कहलाती है। आमतौर पर आयनिक और परमाणु क्रिस्टल जाली ठोस, आणविक - तरल पदार्थ और गैसों के लिए विशिष्ट होते हैं। हीरे में उच्च कठोरता होती है। इसकी परमाणु क्रिस्टल जाली कार्बन परमाणुओं द्वारा बनाई गई है। लेकिन नरम ग्रेफाइट में भी इस रासायनिक तत्व के परमाणु होते हैं। केवल वे अंतरिक्ष में अलग तरह से स्थित हैं। सल्फर के एकत्रीकरण की सामान्य अवस्था एक ठोस होती है, लेकिन उच्च तापमान पर पदार्थ एक तरल और एक अनाकार द्रव्यमान में बदल जाता है।

एकत्रीकरण की ठोस अवस्था में पदार्थ

सामान्य परिस्थितियों में ठोस अपना आयतन और आकार बनाए रखते हैं। उदाहरण के लिए, रेत का एक दाना, चीनी का एक दाना, नमक, चट्टान या धातु का एक टुकड़ा। यदि चीनी को गर्म किया जाता है, तो पदार्थ पिघलने लगता है, एक चिपचिपा भूरा तरल में बदल जाता है। गर्म करना बंद करो - फिर से हमें एक ठोस मिलता है। इसका मतलब यह है कि एक ठोस के तरल में संक्रमण के लिए मुख्य स्थितियों में से एक इसका ताप या पदार्थ के कणों की आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि है। भोजन में प्रयुक्त होने वाले नमक के एकत्रीकरण की ठोस अवस्था को भी बदला जा सकता है। लेकिन टेबल सॉल्ट को पिघलाने के लिए आपको चीनी को गर्म करने की तुलना में अधिक तापमान की आवश्यकता होती है। तथ्य यह है कि चीनी में अणु होते हैं, और टेबल नमक में आवेशित आयन होते हैं, जो एक दूसरे के प्रति अधिक आकर्षित होते हैं। तरल रूप में ठोस अपना आकार बनाए नहीं रखते हैं क्योंकि क्रिस्टल जाली टूट जाती है।

पिघलने के दौरान नमक के एकत्रीकरण की तरल अवस्था को क्रिस्टल में आयनों के बीच के बंधन को तोड़कर समझाया जाता है। आवेशित कण निकलते हैं जो विद्युत आवेशों को वहन कर सकते हैं। गलित लवण विद्युत का सुचालक होते हैं और सुचालक होते हैं। रासायनिक, धातुकर्म और इंजीनियरिंग उद्योगों में, ठोस से नए यौगिक प्राप्त करने या उन्हें अलग-अलग आकार देने के लिए तरल पदार्थों में परिवर्तित किया जाता है। धातु मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ठोस कच्चे माल के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन से जुड़े उन्हें प्राप्त करने के कई तरीके हैं।

तरल एकत्रीकरण की बुनियादी अवस्थाओं में से एक है

यदि आप एक गोल तल के फ्लास्क में 50 मिली पानी डालते हैं, तो आप देखेंगे कि पदार्थ तुरंत एक रासायनिक बर्तन का रूप ले लेता है। लेकिन जैसे ही हम फ्लास्क से पानी डालते हैं, तरल तुरंत मेज की सतह पर फैल जाएगा। पानी की मात्रा वही रहेगी - 50 मिली, और उसका आकार बदल जाएगा। ये विशेषताएं पदार्थ के अस्तित्व के तरल रूप की विशेषता हैं। तरल पदार्थ कई कार्बनिक पदार्थ होते हैं: अल्कोहल, वनस्पति तेल, एसिड।

दूध एक इमल्शन है, यानी एक ऐसा तरल जिसमें वसा की बूंदें होती हैं। एक उपयोगी तरल खनिज तेल है। इसे भूमि और समुद्र में ड्रिलिंग रिग का उपयोग करके कुओं से निकाला जाता है। समुद्र का पानी भी उद्योग के लिए कच्चा माल है। नदियों और झीलों के ताजे पानी से इसका अंतर भंग पदार्थों की सामग्री में निहित है, मुख्यतः लवण। जल निकायों की सतह से वाष्पीकरण के दौरान, केवल एच 2 ओ अणु वाष्प अवस्था में जाते हैं, विलेय रहते हैं। समुद्र के पानी से उपयोगी पदार्थ प्राप्त करने की विधियाँ और इसके शुद्धिकरण की विधियाँ इसी गुण पर आधारित हैं।

लवणों के पूर्ण निष्कासन से आसुत जल प्राप्त होता है। यह 100°C पर उबलता है और 0°C पर जम जाता है। नमकीन उबालते हैं और विभिन्न तापमानों पर बर्फ में बदल जाते हैं। उदाहरण के लिए, आर्कटिक महासागर में पानी 2 डिग्री सेल्सियस के सतह के तापमान पर जम जाता है।

सामान्य परिस्थितियों में पारे की कुल अवस्था एक तरल होती है। यह सिल्वर-ग्रे धातु आमतौर पर मेडिकल थर्मामीटर से भरी होती है। गर्म होने पर पारा का स्तंभ पैमाने पर ऊपर उठता है, पदार्थ फैलता है। अल्कोहल को लाल रंग से रंगा जाता है, पारा का नहीं? यह तरल धातु के गुणों द्वारा समझाया गया है। 30 डिग्री के ठंढों पर, पारा के एकत्रीकरण की स्थिति बदल जाती है, पदार्थ ठोस हो जाता है।

अगर मेडिकल थर्मामीटर टूट गया है और पारा निकल गया है, तो चांदी के गोले अपने हाथों से इकट्ठा करना खतरनाक है। पारा वाष्प में साँस लेना हानिकारक है, यह पदार्थ बहुत विषैला होता है। ऐसे मामलों में बच्चों को माता-पिता, वयस्कों की मदद लेने की जरूरत होती है।

गैसीय अवस्था

गैसें अपना आयतन या आकार बनाए नहीं रख सकती हैं। फ्लास्क को ऊपर तक ऑक्सीजन से भरें (इसका रासायनिक सूत्र O 2 है)। जैसे ही हम फ्लास्क खोलते हैं, पदार्थ के अणु कमरे में हवा के साथ घुलना-मिलना शुरू कर देंगे। यह ब्राउनियन गति के कारण है। यहां तक ​​कि प्राचीन यूनानी वैज्ञानिक डेमोक्रिटस का भी मानना ​​था कि पदार्थ के कण निरंतर गति में हैं। ठोस पदार्थों में, सामान्य परिस्थितियों में, परमाणुओं, अणुओं, आयनों को क्रिस्टल जाली को छोड़ने, अन्य कणों के साथ बंधन से खुद को मुक्त करने का अवसर नहीं मिलता है। यह तभी संभव है जब बाहर से बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आपूर्ति की जाए।

तरल पदार्थों में, कणों के बीच की दूरी ठोस की तुलना में थोड़ी अधिक होती है, उन्हें अंतर-आणविक बंधों को तोड़ने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन की तरल समुच्चय अवस्था तभी देखी जाती है जब गैस का तापमान −183 °C तक गिर जाता है। -223 डिग्री सेल्सियस पर, ओ 2 अणु एक ठोस बनाते हैं। जब तापमान दिए गए मानों से अधिक हो जाता है, तो ऑक्सीजन गैस में बदल जाती है। यह इस रूप में है कि यह सामान्य परिस्थितियों में है। औद्योगिक उद्यमों में, वायुमंडलीय वायु को अलग करने और इससे नाइट्रोजन और ऑक्सीजन प्राप्त करने के लिए विशेष प्रतिष्ठान हैं। सबसे पहले, हवा को ठंडा और तरलीकृत किया जाता है, और फिर तापमान धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है। नाइट्रोजन और ऑक्सीजन विभिन्न परिस्थितियों में गैसों में बदल जाते हैं।

पृथ्वी के वायुमंडल में मात्रा के हिसाब से 21% ऑक्सीजन और 78% नाइट्रोजन है। तरल रूप में ये पदार्थ ग्रह के गैसीय खोल में नहीं पाए जाते हैं। तरल ऑक्सीजन का रंग हल्का नीला होता है और इसे चिकित्सा सुविधाओं में उपयोग के लिए उच्च दबाव पर सिलेंडरों में भर दिया जाता है। उद्योग और निर्माण में, कई प्रक्रियाओं के लिए तरलीकृत गैसें आवश्यक हैं। अकार्बनिक और कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए रसायन विज्ञान में - गैस वेल्डिंग और धातुओं को काटने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। यदि आप ऑक्सीजन सिलेंडर का वाल्व खोलते हैं, तो दबाव कम हो जाता है, तरल गैस में बदल जाता है।

तरलीकृत प्रोपेन, मीथेन और ब्यूटेन का व्यापक रूप से ऊर्जा, परिवहन, उद्योग और घरेलू गतिविधियों में उपयोग किया जाता है। ये पदार्थ प्राकृतिक गैस से या पेट्रोलियम फीडस्टॉक के टूटने (विभाजन) के दौरान प्राप्त होते हैं। कार्बन तरल और गैसीय मिश्रण कई देशों की अर्थव्यवस्था में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। लेकिन तेल और प्राकृतिक गैस के भंडार गंभीर रूप से समाप्त हो गए हैं। वैज्ञानिकों के मुताबिक यह कच्चा माल 100-120 साल तक चलेगा। ऊर्जा का एक वैकल्पिक स्रोत वायु प्रवाह (हवा) है। तेजी से बहने वाली नदियाँ, समुद्र के किनारे ज्वार-भाटे और महासागरों का उपयोग बिजली संयंत्रों को संचालित करने के लिए किया जाता है।

ऑक्सीजन, अन्य गैसों की तरह, एकत्रीकरण की चौथी अवस्था में हो सकती है, जो प्लाज्मा का प्रतिनिधित्व करती है। ठोस से गैसीय अवस्था में असामान्य संक्रमण क्रिस्टलीय आयोडीन की एक विशेषता है। एक गहरे बैंगनी रंग का पदार्थ उच्च बनाने की क्रिया से गुजरता है - तरल अवस्था को दरकिनार करते हुए गैस में बदल जाता है।

पदार्थ के एक समग्र रूप से दूसरे रूप में संक्रमण कैसे किया जाता है?

पदार्थों की समग्र अवस्था में परिवर्तन रासायनिक परिवर्तनों से जुड़े नहीं हैं, ये भौतिक घटनाएं हैं। जब तापमान बढ़ता है, तो कई ठोस पिघल जाते हैं और तरल में बदल जाते हैं। तापमान में और वृद्धि से वाष्पीकरण हो सकता है, अर्थात पदार्थ की गैसीय अवस्था में। प्रकृति और अर्थव्यवस्था में, इस तरह के संक्रमण पृथ्वी पर मुख्य पदार्थों में से एक की विशेषता है। बर्फ, तरल, भाप विभिन्न बाहरी परिस्थितियों में पानी की अवस्थाएँ हैं। यौगिक समान है, इसका सूत्र H 2 O है। 0 ° C के तापमान पर और इस मान से नीचे पानी क्रिस्टलीकृत होता है, अर्थात यह बर्फ में बदल जाता है। जब तापमान बढ़ता है, तो परिणामस्वरूप क्रिस्टल नष्ट हो जाते हैं - बर्फ पिघल जाती है, तरल पानी फिर से प्राप्त होता है। जब इसे गर्म किया जाता है, तो वाष्पीकरण बनता है - पानी का गैस में परिवर्तन - कम तापमान पर भी जारी रहता है। उदाहरण के लिए, जमे हुए पोखर धीरे-धीरे गायब हो जाते हैं क्योंकि पानी वाष्पित हो जाता है। ठंढे मौसम में भी गीले कपड़े सूख जाते हैं, लेकिन यह प्रक्रिया गर्म दिन की तुलना में अधिक लंबी होती है।

एक राज्य से दूसरे राज्य में पानी के सभी सूचीबद्ध संक्रमण पृथ्वी की प्रकृति के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। वायुमंडलीय घटनाएं, जलवायु और मौसम महासागरों की सतह से पानी के वाष्पीकरण, बादलों के रूप में नमी के हस्तांतरण और भूमि पर कोहरे, वर्षा (बारिश, बर्फ, ओले) से जुड़े हैं। ये घटनाएं प्रकृति में विश्व जल चक्र का आधार बनती हैं।

सल्फर की कुल अवस्थाएँ कैसे बदलती हैं?

सामान्य परिस्थितियों में, सल्फर चमकीले चमकदार क्रिस्टल या हल्के पीले रंग का पाउडर होता है, यानी यह एक ठोस होता है। गर्म करने पर सल्फर की समग्र अवस्था बदल जाती है। सबसे पहले, जब तापमान 190 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो पीला पदार्थ पिघल जाता है, मोबाइल तरल में बदल जाता है।

यदि आप जल्दी से तरल सल्फर को ठंडे पानी में डालते हैं, तो आपको एक भूरा अनाकार द्रव्यमान मिलता है। सल्फर के और अधिक गर्म होने से यह पिघल जाता है, यह अधिक से अधिक चिपचिपा और काला हो जाता है। 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, सल्फर के एकत्रीकरण की स्थिति फिर से बदल जाती है, पदार्थ तरल के गुणों को प्राप्त कर लेता है, मोबाइल बन जाता है। ये संक्रमण तत्व के परमाणुओं की विभिन्न लंबाई की श्रृंखला बनाने की क्षमता के कारण उत्पन्न होते हैं।

पदार्थ विभिन्न भौतिक अवस्थाओं में क्यों हो सकते हैं?

सल्फर के एकत्रीकरण की स्थिति - एक साधारण पदार्थ - सामान्य परिस्थितियों में ठोस होता है। सल्फर डाइऑक्साइड एक गैस है, सल्फ्यूरिक एसिड पानी से भारी एक तैलीय तरल है। हाइड्रोक्लोरिक और नाइट्रिक एसिड के विपरीत, यह अस्थिर नहीं है; अणु इसकी सतह से वाष्पित नहीं होते हैं। एकत्रीकरण की किस अवस्था में प्लास्टिक सल्फर होता है, जो क्रिस्टल को गर्म करके प्राप्त किया जाता है?

अनाकार रूप में, पदार्थ में एक तरल की संरचना होती है, जिसमें थोड़ी तरलता होती है। लेकिन प्लास्टिक सल्फर एक साथ अपना आकार (ठोस के रूप में) बरकरार रखता है। ऐसे तरल क्रिस्टल होते हैं जिनमें ठोस पदार्थों के कई विशिष्ट गुण होते हैं। इस प्रकार, विभिन्न परिस्थितियों में पदार्थ की स्थिति उसकी प्रकृति, तापमान, दबाव और अन्य बाहरी स्थितियों पर निर्भर करती है।

ठोस पदार्थों की संरचना में क्या विशेषताएं हैं?

पदार्थ की मुख्य समुच्चय अवस्थाओं के बीच विद्यमान अंतरों को परमाणुओं, आयनों और अणुओं के बीच परस्पर क्रिया द्वारा समझाया गया है। उदाहरण के लिए, पदार्थ की ठोस समग्र अवस्था से पिंडों में आयतन और आकार बनाए रखने की क्षमता क्यों होती है? किसी धातु या नमक के क्रिस्टल जालक में संरचनात्मक कण एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। धातुओं में, धनात्मक रूप से आवेशित आयन तथाकथित "इलेक्ट्रॉन गैस" के साथ परस्पर क्रिया करते हैं - धातु के एक टुकड़े में मुक्त इलेक्ट्रॉनों का संचय। नमक के क्रिस्टल विपरीत आवेशित कणों - आयनों के आकर्षण के कारण उत्पन्न होते हैं। ठोस की उपरोक्त संरचनात्मक इकाइयों के बीच की दूरी स्वयं कणों के आकार की तुलना में बहुत छोटी है। इस मामले में, इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण कार्य करता है, यह ताकत देता है, और प्रतिकर्षण पर्याप्त मजबूत नहीं होता है।

किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की ठोस अवस्था को नष्ट करने के लिए प्रयास करने चाहिए। धातु, लवण, परमाणु क्रिस्टल बहुत उच्च तापमान पर पिघलते हैं। उदाहरण के लिए, लोहा 1538 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर तरल हो जाता है। टंगस्टन दुर्दम्य है और इसका उपयोग प्रकाश बल्बों के लिए गरमागरम फिलामेंट्स बनाने के लिए किया जाता है। ऐसे मिश्र धातु हैं जो 3000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर तरल हो जाते हैं। पृथ्वी पर कई ठोस अवस्था में हैं। यह कच्चा माल खदानों और खदानों में उपकरणों की मदद से निकाला जाता है।

एक क्रिस्टल से एक आयन को भी अलग करने के लिए, बड़ी मात्रा में ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है। लेकिन आखिर क्रिस्टल जाली के विघटन के लिए नमक को पानी में घोलना ही काफी है! इस घटना को ध्रुवीय विलायक के रूप में पानी के अद्भुत गुणों द्वारा समझाया गया है। एच 2 ओ अणु नमक आयनों के साथ बातचीत करते हैं, उनके बीच रासायनिक बंधन को नष्ट करते हैं। इस प्रकार, विघटन विभिन्न पदार्थों का एक साधारण मिश्रण नहीं है, बल्कि उनके बीच एक भौतिक और रासायनिक बातचीत है।

तरल पदार्थ के अणु कैसे परस्पर क्रिया करते हैं?

पानी तरल, ठोस और गैस (भाप) हो सकता है। ये सामान्य परिस्थितियों में इसके एकत्रीकरण की मुख्य अवस्थाएँ हैं। पानी के अणु एक ऑक्सीजन परमाणु से बने होते हैं, जिसमें दो हाइड्रोजन परमाणु बंधे होते हैं। अणु में रासायनिक बंधन का ध्रुवीकरण होता है, ऑक्सीजन परमाणुओं पर आंशिक नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है। हाइड्रोजन अणु में धनात्मक ध्रुव बन जाता है और दूसरे अणु के ऑक्सीजन परमाणु की ओर आकर्षित होता है। इसे "हाइड्रोजन बंधन" कहा जाता है।

एकत्रीकरण की तरल अवस्था को उनके आकार के तुलनीय संरचनात्मक कणों के बीच की दूरी की विशेषता है। आकर्षण मौजूद है, लेकिन यह कमजोर है, इसलिए पानी अपना आकार बरकरार नहीं रखता है। वाष्पीकरण बांड के विनाश के कारण होता है, जो कमरे के तापमान पर भी तरल की सतह पर होता है।

क्या गैसों में अंतर-आणविक परस्पर क्रिया होती है?

किसी पदार्थ की गैसीय अवस्था कई मापदंडों में तरल और ठोस से भिन्न होती है। गैसों के संरचनात्मक कणों के बीच बड़े अंतराल होते हैं, जो अणुओं के आकार से काफी बड़े होते हैं। इस मामले में, आकर्षण बल बिल्कुल भी काम नहीं करते हैं। एकत्रीकरण की गैसीय अवस्था हवा की संरचना में मौजूद पदार्थों की विशेषता है: नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड। नीचे दिए गए चित्र में, पहला घन गैस से भरा है, दूसरा तरल से भरा है, और तीसरा ठोस से भरा है।

कई तरल पदार्थ अस्थिर होते हैं; किसी पदार्थ के अणु अपनी सतह से अलग हो जाते हैं और हवा में चले जाते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आप हाइड्रोक्लोरिक एसिड की एक खुली बोतल के उद्घाटन के लिए अमोनिया में डूबा हुआ एक कपास झाड़ू लाते हैं, तो सफेद धुआं दिखाई देता है। सही हवा में हाइड्रोक्लोरिक एसिड और अमोनिया के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, अमोनियम क्लोराइड प्राप्त होता है। यह पदार्थ किस अवस्था में है? इसके कण, जो सफेद धुएँ का निर्माण करते हैं, नमक के सबसे छोटे ठोस क्रिस्टल होते हैं। यह प्रयोग एक निकास हुड के तहत किया जाना चाहिए, पदार्थ जहरीले होते हैं।

निष्कर्ष

कई उत्कृष्ट भौतिकविदों और रसायनज्ञों द्वारा गैस की समग्र स्थिति का अध्ययन किया गया था: एवोगैड्रो, बॉयल, गे-लुसाक, क्लेपेरॉन, मेंडेलीव, ले चेटेलियर। वैज्ञानिकों ने ऐसे कानून बनाए हैं जो बाहरी परिस्थितियों में परिवर्तन होने पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं में गैसीय पदार्थों के व्यवहार की व्याख्या करते हैं। खुली नियमितताओं ने न केवल भौतिकी और रसायन विज्ञान के स्कूल और विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकों में प्रवेश किया। कई रासायनिक उद्योग एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में पदार्थों के व्यवहार और गुणों के ज्ञान पर आधारित होते हैं।

पाठ मकसद:

• पदार्थ की समग्र अवस्थाओं के बारे में ज्ञान को गहरा और सामान्य बनाना, यह अध्ययन करना कि पदार्थ क्या हो सकते हैं।

पाठ मकसद:

शिक्षण - ठोस, गैस, तरल पदार्थ के गुणों के बारे में एक विचार तैयार करना।

विकास - छात्रों के भाषण कौशल का विकास, विश्लेषण, कवर की गई और अध्ययन की गई सामग्री पर निष्कर्ष।

शैक्षिक - मानसिक श्रम पैदा करना, अध्ययन किए गए विषय में रुचि बढ़ाने के लिए सभी परिस्थितियों का निर्माण करना।

मूल शर्तें:

एकत्रीकरण की स्थिति- यह पदार्थ की एक स्थिति है, जो कुछ गुणात्मक गुणों की विशेषता है: - आकार और मात्रा को बनाए रखने की क्षमता या अक्षमता; - शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर की उपस्थिति या अनुपस्थिति; - अन्य।

चित्र 6. तापमान में परिवर्तन के साथ किसी पदार्थ की समग्र अवस्था।

जब कोई पदार्थ ठोस अवस्था से तरल अवस्था में जाता है, तो इसे गलनांक कहा जाता है, विपरीत प्रक्रिया क्रिस्टलीकरण होती है। जब कोई पदार्थ तरल से गैस में जाता है, तो इस प्रक्रिया को वाष्पीकरण कहा जाता है, गैस से तरल में - संघनन। और एक ठोस से गैस में तुरंत संक्रमण, तरल को छोड़कर - उच्च बनाने की क्रिया द्वारा, विपरीत प्रक्रिया - desublimation द्वारा।

1. क्रिस्टलीकरण; 2. पिघलना; 3. संक्षेपण; 4. वाष्पीकरण;

5. उच्च बनाने की क्रिया; 6. विमुद्रीकरण।

हम रोज़मर्रा के जीवन में संक्रमण के इन उदाहरणों का लगातार निरीक्षण करते हैं। जब बर्फ पिघलती है, तो वह पानी में बदल जाती है और पानी वाष्प बनकर भाप बन जाता है। यदि हम इसे विपरीत दिशा में देखें, तो भाप, संघनन, वापस पानी में बदलने लगती है, और पानी, बदले में, जम जाता है, बर्फ बन जाता है। किसी भी ठोस शरीर की गंध उच्च बनाने की क्रिया है। कुछ अणु शरीर से बाहर निकल जाते हैं, और गैस बनती है, जो गंध देती है। रिवर्स प्रक्रिया का एक उदाहरण सर्दियों में कांच पर पैटर्न है, जब हवा में वाष्प, जमी होने पर, कांच पर बैठ जाती है।

वीडियो पदार्थ की समग्र अवस्थाओं में परिवर्तन को दर्शाता है।

नियंत्रण खंड।

1. जमने के बाद पानी बर्फ में बदल गया। क्या पानी के अणु बदल गए हैं?

2. घर के अंदर मेडिकल ईथर का प्रयोग करें। और इस वजह से वे आमतौर पर वहां तेज गंध लेते हैं। ईथर की स्थिति क्या है?

3. द्रव के आकार का क्या होता है?

4. बर्फ। पानी की स्थिति क्या है?

5. क्या होता है जब पानी जम जाता है?

गृहकार्य।

प्रश्नों के उत्तर दें:

1. क्या बर्तन के आधे आयतन को गैस से भरना संभव है? क्यों?

2. क्या कमरे के तापमान पर नाइट्रोजन और ऑक्सीजन तरल अवस्था में हो सकते हैं?

3. क्या कमरे के तापमान पर गैसीय अवस्था में हो सकता है: लोहा और पारा?

4. एक ठंढे सर्दियों के दिन, नदी के ऊपर कोहरा बनता है। पदार्थ की स्थिति क्या है?

हम मानते हैं कि पदार्थ के एकत्रीकरण की तीन अवस्थाएँ होती हैं। वास्तव में, उनमें से कम से कम पंद्रह हैं, जबकि इन राज्यों की सूची हर दिन बढ़ती जा रही है। ये हैं: अनाकार ठोस, ठोस, न्यूट्रोनियम, क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा, दृढ़ता से सममित पदार्थ, कमजोर सममित पदार्थ, फर्मियन कंडेनसेट, बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट और अजीब पदार्थ।