Spørsmål om hva en aggregeringstilstand er, hvilke egenskaper og egenskaper som har faste stoffer, væsker og gasser, vurderes i flere kurs. Det er tre klassiske materietilstander, med sine egne karakteristiske trekk ved strukturen. Deres forståelse er et viktig poeng for å forstå vitenskapene om jorden, levende organismer og produksjonsaktiviteter. Disse spørsmålene studeres av fysikk, kjemi, geografi, geologi, fysisk kjemi og andre vitenskapelige disipliner. Stoffer som er under visse forhold i en av de tre grunnleggende tilstandstypene kan endres med en økning eller reduksjon i temperatur eller trykk. Vurder mulige overganger fra en tilstand av aggregering til en annen, ettersom de utføres i naturen, teknologien og hverdagen.
Hva er aggregeringstilstanden?
Ordet med latinsk opprinnelse "aggrego" oversatt til russisk betyr "feste". Det vitenskapelige begrepet refererer til tilstanden til samme kropp, substans. Eksistens ved visse temperaturverdier og forskjellige trykk av faste stoffer,gasser og væsker er karakteristisk for alle jordskjell. I tillegg til de tre grunnleggende aggregattilstandene, er det også en fjerde. Ved forhøyet temperatur og konstant trykk blir gassen til et plasma. For bedre å forstå hva en aggregeringstilstand er, er det nødvendig å huske de minste partiklene som utgjør stoffer og kropper.
Diagrammet ovenfor viser: a - gass; b - væske; c er et fast legeme. I slike figurer indikerer sirkler de strukturelle elementene til stoffer. Dette er et symbol, faktisk er atomer, molekyler, ioner ikke solide kuler. Atomer består av en positivt ladet kjerne som negativt ladede elektroner beveger seg rundt i høy hastighet. Kunnskap om materiens mikroskopiske struktur bidrar til å bedre forstå forskjellene som finnes mellom ulike aggregerte former.
Representasjoner av mikrokosmos: fra antikkens Hellas til 1600-tallet
Den første informasjonen om partiklene som utgjør fysiske kropper dukket opp i antikkens Hellas. Tenkerne Demokrit og Epikur introduserte et slikt konsept som et atom. De trodde at disse minste udelelige partiklene av forskjellige stoffer har en form, visse størrelser, er i stand til bevegelse og interaksjon med hverandre. Atomistikk ble den mest avanserte læren i antikkens Hellas for sin tid. Men utviklingen avtok i middelalderen. Siden den gang ble forskere forfulgt av inkvisisjonen til den romersk-katolske kirke. Derfor, inntil moderne tid, var det ingen klar oppfatning av hva tilstanden til aggregering av materie er. Først etter 1600-talletforskerne R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier formulerte bestemmelsene i atom-molekylærteorien, som ikke har mistet sin betydning selv i dag.
Atomer, molekyler, ioner er mikroskopiske partikler av strukturen til materie
Et betydelig gjennombrudd i forståelsen av mikrokosmos skjedde på 1900-tallet, da elektronmikroskopet ble oppfunnet. Med tanke på oppdagelsene gjort av forskere tidligere, var det mulig å sette sammen et harmonisk bilde av mikroverdenen. Teorier som beskriver tilstanden og oppførselen til de minste materiepartiklene er ganske komplekse; de tilhører feltet kvantefysikk. For å forstå egenskapene til forskjellige aggregattilstander av materie, er det nok å kjenne navnene og egenskapene til de viktigste strukturelle partiklene som danner forskjellige stoffer.
- Atomer er kjemisk udelelige partikler. Bevart i kjemiske reaksjoner, men ødelagt i atomkraft. Metaller og mange andre stoffer med atomstruktur har en fast aggregeringstilstand under normale forhold.
- Molekyler er partikler som brytes ned og dannes i kjemiske reaksjoner. Molekylær struktur har oksygen, vann, karbondioksid, svovel. Den aggregerte tilstanden til oksygen, nitrogen, svoveldioksid, karbon, oksygen under normale forhold er gassformig.
- Ioner er ladede partikler som atomer og molekyler blir til når de får eller mister elektroner - mikroskopiske negativt ladede partikler. Mange s alter har en ionisk struktur, for eksempel bords alt, jern og kobbersulfat.
Det finnes stoffer hvis partikler er ordnet på en bestemt måte i verdensrommet. Bestilt relativ stillingatomer, ioner, molekyler kalles et krystallgitter. Vanligvis er ioniske og atomære krystallgitter typiske for faste stoffer, molekylære - for væsker og gasser. Diamant har høy hardhet. Dets atomære krystallgitter er dannet av karbonatomer. Men myk grafitt består også av atomer av dette kjemiske elementet. Bare de er plassert annerledes i rommet. Den vanlige aggregeringstilstanden for svovel er fast, men ved høye temperaturer blir stoffet til en væske og en amorf masse.
Stoffer i en solid aggregeringstilstand
Solide kropper under normale forhold beholder volum og form. For eksempel et sandkorn, et sukkerkorn, s alt, et stykke stein eller metall. Hvis sukker varmes opp, begynner stoffet å smelte og blir til en tyktflytende brun væske. Stopp oppvarming - igjen får vi en solid. Dette betyr at en av hovedbetingelsene for overgangen av et fast stoff til en væske er dets oppvarming eller en økning i den indre energien til partiklene til et stoff. Den faste aggregeringstilstanden til s alt, som brukes i mat, kan også endres. Men for å smelte bords alt trenger du høyere temperatur enn ved oppvarming av sukker. Faktum er at sukker består av molekyler, og bords alt består av ladede ioner, som er sterkere tiltrukket av hverandre. Faste stoffer i flytende form beholder ikke formen fordi krystallgitteret brytes ned.
Den flytende tilstanden for aggregering av s alt under smelting forklares ved at bindingen mellom ioner i krystaller brytes. er løslattladede partikler som kan bære elektriske ladninger. Smeltede s alter leder elektrisitet og er ledere. I den kjemiske, metallurgiske og verkstedindustrien omdannes faste stoffer til væsker for å få nye forbindelser fra dem eller gi dem forskjellige former. Metalllegeringer er mye brukt. Det er flere måter å skaffe dem på, forbundet med endringer i aggregeringstilstanden for faste råvarer.
Væske er en av de grunnleggende aggregeringstilstandene
Hvis du heller 50 ml vann i en rundkolbe, kan du se at stoffet umiddelbart tar form av et kjemikaliekar. Men så snart vi heller vannet ut av kolben, vil væsken umiddelbart spre seg over bordets overflate. Vannvolumet vil forbli det samme - 50 ml, og formen vil endre seg. Disse egenskapene er karakteristiske for den flytende formen til eksistensen av materie. Væsker er mange organiske stoffer: alkoholer, vegetabilske oljer, syrer.
Melk er en emulsjon, det vil si en væske der det er fettdråper. Et nyttig flytende mineral er olje. Det utvinnes fra brønner ved hjelp av borerigger på land og i havet. Sjøvann er også en råvare for industrien. Forskjellen fra ferskvannet i elver og innsjøer ligger i innholdet av oppløste stoffer, hovedsakelig s alter. Under fordampning fra overflaten av vannforekomster er det bare H2O-molekyler som går over i damptilstand, løste stoffer blir igjen. Metoder for å oppnå nyttige stoffer fra sjøvann og metoder for rensing er basert på denne egenskapen.
Nårfullstendig fjerning av s alter, destillert vann oppnås. Det koker ved 100°C og fryser ved 0°C. S altlakene koker og blir til is ved forskjellige temperaturer. For eksempel fryser vann i Polhavet ved en overflatetemperatur på 2°C.
Den aggregerte tilstanden til kvikksølv under normale forhold er en væske. Dette sølvgrå metallet er vanligvis fylt med medisinske termometre. Ved oppvarming stiger kvikksølvsøylen på skalaen, stoffet utvider seg. Hvorfor bruker gatetermometre rødfarget alkohol og ikke kvikksølv? Dette forklares av egenskapene til flytende metall. Ved 30-graders frost endres kvikksølvets samlede tilstand, stoffet blir fast.
Hvis et medisinsk termometer går i stykker og kvikksølv renner ut, er det farlig å plukke opp sølvkuler med hendene. Det er skadelig å inhalere kvikksølvdamp, dette stoffet er veldig giftig. Barn i slike tilfeller bør søke hjelp fra foreldrene sine, voksne.
Gass state
Gasser klarer ikke å beholde volumet eller formen. Fyll kolben til toppen med oksygen (den kjemiske formelen er O2). Så snart vi åpner kolben, vil molekylene til stoffet begynne å blande seg med luften i rommet. Dette skyldes Brownsk bevegelse. Selv den antikke greske forskeren Demokritus mente at materiepartiklene er i konstant bevegelse. I faste stoffer, under normale forhold, har ikke atomer, molekyler, ioner mulighet til å forlate krystallgitteret, for å frigjøre seg fra bindinger med andre partikler. Dette er kun mulig nårstore mengder energi utenfra.
I væsker er avstanden mellom partiklene litt større enn i faste stoffer, de krever mindre energi for å bryte intermolekylære bindinger. For eksempel observeres den flytende aggregattilstanden til oksygen bare når gasstemperaturen synker til -183 °C. Ved −223 °C danner O2 molekyler et fast stoff. Når temperaturen stiger over de gitte verdiene, blir oksygen til en gass. Det er i denne formen det er under normale forhold. Ved industribedrifter er det spesielle installasjoner for å separere atmosfærisk luft og hente nitrogen og oksygen fra den. Først blir luften avkjølt og flytende, og deretter økes temperaturen gradvis. Nitrogen og oksygen blir til gasser under forskjellige forhold.
Jordens atmosfære inneholder 21 % oksygen og 78 % nitrogen i volum. I flytende form finnes ikke disse stoffene i planetens gassformede konvolutt. Flytende oksygen har en lyseblå farge og fylles ved høyt trykk i sylindere for bruk i medisinske fasiliteter. I industri og bygg er flytende gasser nødvendig for mange prosesser. Oksygen er nødvendig for gassveising og skjæring av metaller, i kjemi - for oksidasjonsreaksjoner av uorganiske og organiske stoffer. Hvis du åpner ventilen på oksygenflasken, synker trykket, væsken blir til en gass.
Flytende propan, metan og butan er mye brukt i energi, transport, industri og husholdningsaktiviteter. Disse stoffene er hentet fra naturgass eller ved cracking(splitting) av råolje. Karbon flytende og gassformige blandinger spiller en viktig rolle i økonomien i mange land. Men olje- og naturgassreservene er sterkt oppbrukt. Ifølge forskere vil dette råmaterialet vare i 100-120 år. En alternativ energikilde er luftstrøm (vind). Raskflytende elver, tidevann ved kysten av hav og hav brukes til å drive kraftverk.
Oksygen, som andre gasser, kan være i den fjerde aggregeringstilstanden, som representerer et plasma. En uvanlig overgang fra fast til gassform er et karakteristisk trekk ved krystallinsk jod. Et mørkt lilla stoff gjennomgår sublimering - blir til en gass som omgår den flytende tilstanden.
Hvordan gjennomføres overganger fra en samlet form for materie til en annen?
Endringer i stoffers aggregerte tilstand er ikke assosiert med kjemiske transformasjoner, dette er fysiske fenomener. Når temperaturen stiger, smelter mange faste stoffer og blir til væsker. En ytterligere økning i temperaturen kan føre til fordampning, det vil si til stoffets gassformige tilstand. I natur og økonomi er slike overganger karakteristiske for et av de viktigste stoffene på jorden. Is, væske, damp er tilstandene til vann under forskjellige ytre forhold. Forbindelsen er den samme, formelen er H2O. Ved en temperatur på 0 ° C og under denne verdien krystalliserer vann, det vil si at det blir til is. Når temperaturen stiger, blir de resulterende krystallene ødelagt - isen smelter, flytende vann oppnås igjen. Når det varmes opp, dannes det vanndamp. Fordampning -transformasjonen av vann til gass - går selv ved lave temperaturer. For eksempel forsvinner frosne sølepytter gradvis fordi vannet fordamper. Selv i frostvær tørker våte klær ut, men denne prosessen tar lengre tid enn på en varm dag.
Alle de listede overgangene av vann fra en tilstand til en annen er av stor betydning for jordens natur. Atmosfæriske fenomener, klima og vær er assosiert med fordampning av vann fra overflaten av havene, overføring av fuktighet i form av skyer og tåke til land, nedbør (regn, snø, hagl). Disse fenomenene danner grunnlaget for verdens vannsyklus i naturen.
Hvordan endres svovelens aggregerte tilstander?
Under normale forhold er svovel lyse, skinnende krystaller eller et lysegult pulver, det vil si at det er et fast stoff. Den samlede tilstanden til svovel endres ved oppvarming. Først, når temperaturen stiger til 190 ° C, smelter det gule stoffet og blir til en mobil væske.
Hvis du raskt heller flytende svovel i kaldt vann, får du en brun amorf masse. Ved ytterligere oppvarming av svovelsmelten blir den mer og mer tyktflytende og mørkere. Ved temperaturer over 300 ° C endres aggregeringstilstanden til svovel igjen, stoffet får egenskapene til en væske, blir mobilt. Disse overgangene oppstår på grunn av elementets atomers evne til å danne kjeder med forskjellig lengde.
Hvorfor kan stoffer være i forskjellige fysiske tilstander?
Aggregeringstilstanden for svovel - et enkelt stoff - er fast under normale forhold. Svoveldioksid - gass, svovelsyre -oljeaktig væske tyngre enn vann. I motsetning til s altsyre og salpetersyre, er det ikke flyktig; molekyler fordamper ikke fra overflaten. Hva er aggregeringstilstanden til plastsvovel, som oppnås ved å varme opp krystaller?
I amorf form har stoffet strukturen som en væske, med en liten flytende. Men plastsvovel beholder samtidig sin form (som et fast stoff). Det er flytende krystaller som har en rekke karakteristiske egenskaper for faste stoffer. Materiens tilstand under forskjellige forhold avhenger derfor av dens natur, temperatur, trykk og andre ytre forhold.
Hva er funksjonene i strukturen til faste stoffer?
De eksisterende forskjellene mellom de grunnleggende aggregerte tilstandene til materie forklares av samspillet mellom atomer, ioner og molekyler. For eksempel, hvorfor fører den faste aggregerte tilstanden til materie til kroppens evne til å opprettholde volum og form? I krystallgitteret til et metall eller s alt tiltrekkes strukturelle partikler til hverandre. I metaller samhandler positivt ladede ioner med den såk alte "elektrongassen" - akkumulering av frie elektroner i et metallstykke. S altkrystaller oppstår på grunn av tiltrekningen av motsatt ladede partikler - ioner. Avstanden mellom de ovennevnte strukturelle enhetene av faste stoffer er mye mindre enn størrelsen på selve partiklene. I dette tilfellet virker elektrostatisk tiltrekning, det gir styrke, og frastøtingen er ikke sterk nok.
For å ødelegge den faste aggregeringstilstanden til materie, er det nødvendiggjør en innsats. Metaller, s alter, atomkrystaller smelter ved svært høye temperaturer. For eksempel blir jern flytende ved temperaturer over 1538 °C. Wolfram er ildfast og brukes til å lage glødetråder til lyspærer. Det er legeringer som blir flytende ved temperaturer over 3000 °C. Mange bergarter og mineraler på jorden er i fast tilstand. Dette råstoffet utvinnes ved hjelp av utstyr i gruver og steinbrudd.
For å løsne selv ett ion fra en krystall, er det nødvendig å bruke en stor mengde energi. Men tross alt er det nok å løse opp s alt i vann for at krystallgitteret skal gå i oppløsning! Dette fenomenet forklares av de fantastiske egenskapene til vann som et polart løsningsmiddel. H2O-molekyler samhandler med s altioner og ødelegger den kjemiske bindingen mellom dem. Oppløsning er altså ikke en enkel blanding av ulike stoffer, men en fysisk og kjemisk interaksjon mellom dem.
Hvordan samhandler væskemolekylene?
Vann kan være flytende, fast og gass (damp). Dette er hovedtilstandene for aggregering under normale forhold. Vannmolekyler består av ett oksygenatom med to hydrogenatomer bundet til det. Det er en polarisering av den kjemiske bindingen i molekylet, en delvis negativ ladning vises på oksygenatomene. Hydrogen blir den positive polen i molekylet og tiltrekkes av oksygenatomet til et annet molekyl. Denne svake kraften kalles "hydrogenbindingen".
Flytende aggregeringstilstand karakterisereavstander mellom strukturelle partikler sammenlignbare med deres størrelser. Attraksjonen eksisterer, men den er svak, så vannet beholder ikke formen. Fordamping oppstår på grunn av ødeleggelse av bindinger, som skjer på overflaten av væsken selv ved romtemperatur.
Finnes intermolekylære interaksjoner i gasser?
Den gassformige tilstanden til materie skiller seg fra flytende og fast stoff på en rekke parametere. Mellom de strukturelle partiklene av gasser er det store hull, mye større enn størrelsen på molekylene. I dette tilfellet virker ikke tiltrekningskreftene i det hele tatt. Den gassformige aggregeringstilstanden er karakteristisk for stoffer som er tilstede i luften: nitrogen, oksygen, karbondioksid. På bildet nedenfor er den første kuben fylt med en gass, den andre med en væske og den tredje med et fast stoff.
Mange væsker er flyktige, molekyler av et stoff bryter av fra overflaten og går ut i luften. Hvis du for eksempel tar med en bomullspinne dyppet i ammoniakk til åpningen av en åpen flaske s altsyre, vises det hvit røyk. Rett i luften skjer det en kjemisk reaksjon mellom s altsyre og ammoniakk, man får ammoniumklorid. Hvilken materietilstand er dette stoffet i? Partiklene, som danner hvit røyk, er de minste faste s altkrystallene. Dette eksperimentet må utføres under avtrekksskap, stoffene er giftige.
Konklusjon
Aggregeringstilstanden for gass ble studert av mange fremragende fysikere og kjemikere: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Forskere har formulert lover som forklarer oppførselen til gassformige stoffer i kjemiske reaksjoner når ytre forhold endres. Åpne regelmessigheter kom ikke bare inn i skolens og universitetets lærebøker i fysikk og kjemi. Mange kjemiske industrier er basert på kunnskap om oppførsel og egenskaper til stoffer i ulike aggregattilstander.
