Vad är den fysiska tillstånd? State of materia

Frågor om vad aggregationstillstånd, vilka funktioner och egenskaper fasta, vätskor och gaser behandlas i flera utbildningar. Det finns tre klassiska tillstånd av materia, med sina karaktäristiska struktur funktioner. Deras förståelse är en viktig punkt för att förstå geovetenskaper, levande organismer av industriell verksamhet. Dessa frågor studerar fysik, kemi, geografi, geologi, fysikalisk kemi och andra vetenskapliga discipliner. Substanserna är, under vissa förhållanden, i en av tre grundläggande typer av tillstånd kan ändras genom ökning eller minskning av temperaturen, trycket. Överväga möjliga övergångar från ett tillstånd till ett annat när de förekommer i naturen, konst och vardag.

Vad är den fysiska tillstånd?

Ord latinskt ursprung "aggrego" översatts till ryska betyder "att fästa." Vetenskaplig term hänvisar till ett tillstånd av samma kropp substans. Förekomsten av under vissa värden på temperatur och tryck olika fasta ämnen, gaser och vätskor är typiskt för alla skalen av jorden. Förutom de tre grundläggande aggregationstillstånd, det finns också en fjärde. Vid förhöjd temperatur och vid konstant tryck gasen omvandlas till plasma. För att bättre förstå vad aggregationstillstånd, det är nödvändigt att återkalla den minsta partiklar som bygger upp materien och kroppen.

I schemat ovan: och - gas; b - en vätska; med - fast substans. I dessa figurer cirklarna är markerade strukturella element substanser. Denna symbol, i själva verket, atomer, molekyler, joner är inte fasta bollar. Atomer som består av den positivt laddade kärnan kring vilken rör sig med hastighet negativt laddade elektroner. Kunskap om den mikroskopiska strukturen av material för att hjälpa dig att bättre förstå de skillnader som finns mellan de olika aggregerade former.

Idéer om mikrovärld: från antikens Grekland till XVII-talet

Den första informationen om partiklarna, varav den fysiska kroppen vikta, dök upp i det antika Grekland. Tänkare Demokrit och Epicure infört ett koncept, såsom en atom. De trodde att de minsta odelbara partiklar av olika substanser har formen av fastställda dimensioner, i stånd att röra sig och interagerar med varandra. Atomismen var den mest avancerade för sin tid, läror antikens Grekland. Men utvecklingen avstannat under medeltiden. Sedan dess har forskarna drivit inkvisitionen av den romersk-katolska kyrkan. Därför fram till modern tid fanns det ingen entydig uppfattning om vad staten av materia. Först efter XVII-talet forskarna Robert Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, Lavoisier formulerade atommolekyl teori, inte har förlorat sin relevans i dag.

Atomer, molekyler, joner - mikroskopiska partiklar av materia struktur

Ett stort genombrott i förståelsen mikrokosmos inträffade i XX-talet, när elektronmikroskopet uppfanns. Med tanke på de upptäckter som gjorts av forskare tidigare lyckats att fastställa en sammanhängande bild av mikrovärld. Teorin som beskriver tillståndet och beteende av de minsta partiklar av materia, ganska komplex, de tillhör fältet av kvantfysik. För att förstå de olika samlade stater oavsett nog att veta namnen och strukturella drag grund partiklar som bildar andra ämnen.

1. Atomer - kemiskt odelbara partiklar. Lagras i kemiska reaktioner, men förstörs i kärnkraft. Metaller och många andra material med atomstruktur är fasta aggregattillstånd under normala förhållanden.
2. Molekyler - partiklar som bildas och förstörs i kemiska reaktioner. Den molekylära strukturen är syre, vatten, koldioxid, svavel. Fysikaliskt tillstånd av syre, kväve, svaveldioxid, kol, syre, under konventionella betingelser - gasformigt.
3. Joner - de laddade partiklar, vilka omvandlas till atomer och molekyler som är fästa eller förlorar elektroner - mikroskopiska negativt laddade partiklar. Jonisk struktur har mycket salt, såsom natrium, järn och kopparsulfat.

Vilken som helst substans, vilka partiklar är anordnade på ett visst sätt i rymden. Den beordrade relativa positionen av atomer, joner, molekyler som kallas gitter. Typiskt, joniska och atomkristallina gittret känne för fasta ämnen molekyl - för vätskor och gaser. Hög hårdhet av diamant är annorlunda. Dess atomkristallina gittret som bildas av kolatomer. Men mjuk grafit består också av atomer av ett kemiskt element. de bara annorlunda ut i rymden. Genomsnittliga aggregattillstånd svavel - den fasta, men vid höga temperaturer materialet blir flytande och amorf massa.

Substans i fast tillstånd

De fasta ämnena under normala förhållanden lagras volym och form. Till exempel, korn, korn av socker, salt, en bit av sten eller metall. Om du värme socker, ämnet börjar smälta, förvandlas till en trögflytande brun vätska. Stoppa värme - tillbaka för att ge en solid. Därav en av de viktigaste villkoren för den fasta kroppen flytande övergång - Uppvärmning det eller höja den inre energin av partiklar av materia. Halvledar salt, som används inom livsmedelsindustrin, också kan förändras. Men för att smälta natriumklorid, behöver en högre temperatur än genom uppvärmning socker. Det faktum att socker är sammansatt av molekyler, och salt - av laddade joner, som är starkt attraheras till varandra. De fasta ämnena inte bibehåller sin form i vätskeform, eftersom kristallgittren förstörs.

Flytande tillstånd genom smältning salt beror på att brista kommunikation mellan jonerna i kristallerna. Undanta laddade partiklar som kan bära elektriska laddningar. smälta salter leder elektricitet, är ledare. I den kemiska, är metallurgiska och verkstadsindustrin fasta ämnen omvandlas till vätska för en av de nya föreningarna eller förläna olika former. Det fanns en utbredd användning av metallegeringar. Det finns flera sätt att få involverad med de förändringar som aggregationstillstånd av de fasta råvaror.

Vätska - en av de grundläggande aggregationstillstånd

När hälldes i en rundbottnad kolv med 50 ml vatten, kan det ses att materialet kommer att bilda omedelbart kemisk behållare. Men så fort vi spilla vatten från kolven omedelbart vätskan spridas på ytan av bordet. Den mängd vatten förblir densamma - 50 ml, och dess form kommer att förändras. Dessa funktioner är karakteristiska för den flytande formen av existensen av materia. Vätskor är många organiska substanser: alkoholer, vegetabiliska oljor, syror.

Mjölk - .. En emulsion, dvs vätska, i vilken fettdroppar hittas. Användbar flytande fossilt - olja. Extrahera den från brunnarna med oljeriggar på land och i havet. Havsvatten är också en råvara för industrin. Den skiljer sig från de sötvatten sjöar och floder är att hålla de upplösta substanserna, huvudsakligen salter. Med ytan avdunstning dammar i ångtillstånd vinning endast molekyler av H ₂ O, lösta ämnen kvar. Den här egenskapen baserade metoder för att erhålla näringsämnen från havsvatten och hur man rengör det.

När fullständigt avlägsnande av salter med destillerat vatten. Det kokar vid 100 ° C, fryser vid 0 ° C Brines koka upp och vända sig till is vid annan temperatur indikatorer. Till exempel, är vatten i arktiska hav frysas vid en temperatur på ytan av 2 ° C.

Fysikaliska tillståndet av kvicksilver i normala förhållanden - vätska. Detta silvergrå metall är vanligtvis fylld med medicinsk termometer. Vid upphettning, stiger kvicksilver på skalan, det finns ett expansionsmedel. Varför i gatutermometrar använda färgat med röd färg alkohol i stället för kvicksilver? Detta förklaras av egenskaperna hos den flytande metallen. 30 grader under noll kvicksilveraggregattillståndsändringar, blir materialet fast ämne.

Om medicinsk termometer bröt och hällde kvicksilvret till silverkulor samla vapen farligt. Skadlig att inandas kvicksilverånga, är det en mycket giftigt ämne. Barn i sådana fall är det nödvändigt att söka hjälp av föräldrar, vuxna.

gasformigt tillstånd

Gaza inte kan behålla sin eller volym eller form. Fyll kolven upp till toppen syre (dess kemiska formel O _2). Så snart vi öppnar flaskan kommer molekyler av ämnet blandas med luften i rummet. Detta beror på Brownsk rörelse. Den antika grekiska vetenskapsmannen Demokritos trodde den delen partiklar är i ständig rörelse. De fasta ämnena under normala förhållanden, atomer, molekyler, joner, finns det ingen möjlighet att lämna kristallgittret, fri från kommunikation med andra partiklar. Detta är möjligt endast när en stor mängd energi från utsidan.

I vätskor, är avståndet mellan partiklar något större än i fasta ämnen, kräver de mindre energi för att bryta de intermolekylära bindningar. Till exempel, är det flytande aggregationstillstånd av syre observerades endast när temperaturen hos gasen till -183 ° C. Vid -223 ° C O _2-molekylen bildar ett fast ämne. När temperaturen stiger över givna värden omvandlas till syrgas. I denna form är det under normala förhållanden. På industrianläggningar har speciell installation för att separera luftatmosfär och få därifrån kväve och syre. För det första är luftkyld och flytande, och sedan gradvis öka temperaturen. Kväve och syre omvandlas till gaser vid olika förhållanden.

Jordens atmosfär innehåller 21 volym-% syre och 78% kväve. I flytande form, inte dessa ämnen finns i den gasformiga kuvertet av planeten. Flytande syre har en ljusblå färg, den är fylld med högtryckscylindrar för användning i medicinsk utrustning. Inom industrin och bygg, flytande gaser som behövs för så många processer. Syre behövs för gassvetsning och skär metaller, kemi - för oorganiska och organiska materia oxidationsreaktioner. Om syrecylinderventilen öppen, reduceras trycket, stängs vätskan till gas.

Flytande propan, metan och butan används i stor utsträckning energi, transport, industri och inhemska verksamheten av befolkningen. Dessa substanser erhålles från naturgas eller genom krackning (spaltning) av petroleumutgångsmaterial. Carbon vätske- och gasblandning spelar en viktig roll i ekonomin i många länder. Men olje- och naturgasreserver är allvarligt utarmas. Forskarna beräknar att detta material kommer att pågå i 100-120 år. Alternativ energikälla - luftflödet (vind). Används för kraftverk snabbt strömmande floder, tidvatten vid stranden av haven.

Syre, såväl som andra gaser, vilka kan vara i det fjärde tillståndet av aggregering, som representerar ett plasma. Ovanligt övergång från fast till gasform - ett utmärkande drag av kristallin jod. Substans mörk lila undergår sublime - förvandlas till en gas utan att gå via ett flytande tillstånd.

Övergångar från ett aggregat till en annan form av materia?

Förändringar i aggregationstillstånd av ämnena är inte relaterade till kemiska transformationer, denna fysiska fenomen. När temperaturen stiger, många fasta substanser smälter till en vätska. Ytterligare ökning av temperaturen kan leda till förångning, dvs till gasformigt tillstånd av materia. Naturen och ekonomin, sådana övergångar är kännetecknande för en av de viktigaste ämnena på jorden. Is, vätska, ånga, - ett tillstånd av vatten i olika miljöer. Föreningen är densamma, dess formel - H ₂ O. Vid en temperatur av 0 ° C och under detta vatten kristalliserar, är att omvandlas till is. När temperaturen ökar orsakade kristaller förstörs - isen smälter, är det flytande vattnet åter erhålles. Bildas under upphettning ånga. Avdunstning - svarvning vatten till en gas - kommer även vid låga temperaturer. Till exempel, frysta pölar gradvis försvinna, eftersom vattnet avdunstar. Även i kallt väder torkar våta kläder, men processen är längre än på en varm dag.

Alla dessa vatten övergångar från ett tillstånd till ett annat är avgörande för vilken typ av jorden. Atmosfäriska förhållanden, klimat och väder relaterad till avdunstning av vatten från havsytan, överföring av fukt i form av moln och dimma på land, nederbörd (regn, snö, hagel). Dessa fenomen är grunden för världens vattnets kretslopp.

Hur man ändrar aggregationstillstånd svavel?

Under normala förhållanden av svavel - .. är ljust glänsande kristaller eller ljusgult pulver, det vill säga den fasta. Fysiska förändringar state svavel vid upphettning. Först, höjs temperaturen till 190 ° C gula fasta smältor, blir en rörlig vätska.

Om snabbt hälla flytande svavel i det kalla vattnet, det blir brun amorf massa. Vid ytterligare upphettning det smälta svavlet blir mer viskös mörkt. Vid temperaturer över 300 ° C svavel aggregationstillstånd åter förändras, blir ämnet fluidegenskaper, blir rörligt. Dessa övergångar beror på förmågan hos atomer som bildar kedjor av olika längd.

Varför ärendet kan vara i olika fysiska tillstånd?

Aggregationstillstånd svavel - enkel substans - är fast vid omgivande betingelser. Svaveldioxid - gas, svavelsyra - en oljig vätska är tyngre än vatten. Till skillnad från saltsyra och salpetersyra inte är flyktig, inte dess yta inte avdunsta molekyl. Vad är tillståndet för aggregering av en plast svavel, som erhålles genom upphettning av kristallerna?

Den amorfa formen har en struktur av den flytande substansen, som har låg fluiditet. Men plast svavel samtidigt bibehåller sin form (som fast substans). Det finns flytande kristaller, vilka har ett antal karakteristiska egenskaper hos fasta ämnen. Sålunda, tillståndet av ämnet under olika betingelser beror på dess natur, temperaturen, trycket och andra miljöförhållanden.

Vilka funktioner i strukturen av fasta ämnen?

Skillnaderna mellan de basiska aggregattillstånd materia förklaras genom interaktion mellan de atomer, joner och molekyler. Till exempel, varför en solid state av materia leder till förmågan att upprätthålla kroppsstorlek och form? I kristallgittret av metallsaltet eller strukturella partiklarna attraheras till varandra. I metaller, positivt laddade joner interagerar med den så kallade "elektrongasen" - ansamling av fria elektroner i metallstycket. Kristaller av salter beror på attraktion av motsatt laddade partiklar - joner. Avståndet mellan de strukturella enheter av de ovan angivna fasta substanserna är mycket mindre än dimensionerna hos partiklarna själva. I det här fallet, den elektrostatiska attraktionen handlingar, ger det styrka, och repulsion är inte stark nog.

Att förstöra fast tillstånd av materia, vi måste anstränga sig. Metallsalter, atom kristallerna smälter vid mycket höga temperaturer. Till exempel, blir det järn flytande vid temperaturer över 1538 ° C. Eldfasta materialet är volfram, den tillverkas från filament till glödlampor. Det finns legeringar som blir flytande vid temperaturer över 3000 ° C. Många stenar och mineraler på jorden är i fast form. Detta råmaterial extraheras med hjälp av tekniken i gruvor och stenbrott.

Riva ens en enda jon av kristallen är nödvändig för att förbruka stora mängder energi. Men det är tillräckligt för att lösa saltet i vattnet till kristallgittret bryts upp! Detta fenomen beror på de fantastiska egenskaper hos vatten som det polära lösningsmedlet. _H2O molekyler reagerar med saltjoner, förstör bindningen mellan dem. Sålunda, upplösning - är inte enkel blandning av olika substanser, och fysisk-kemisk interaktion mellan dem.

Hur man interagerar med molekyler av vätskor?

Vatten kan vara en flytande, fast och gas (ånga). Detta är dess huvudsakliga aggregationstillstånd under normala förhållanden. Vattenmolekylerna är sammansatta av en syreatom, vilket är förenat med två väteatomer. Där polarisering av kemiska bindningar i molekylen, verkar syreatomer partiell negativ laddning. Väte blir positiva polen i molekylen, är det attraheras av en syreatom av en annan molekyl. Detta är den svaga växelverkan har kallats "den vätebindning".

Flytande aggregattillstånd som kännetecknas av att avståndet mellan de strukturella partiklar av jämförbar storlek. Attraktion finns, men det är svagt, så att vattnet inte behåller formen. Förångning uppstår på grund av förstörelse av bindningar, som är på vattenytan även vid rumstemperatur.

Finns det intermolekylära interaktioner i gaser?

ett antal parametrar gasformigt tillstånd av materia skiljas från den fasta substansen och vätskan. Mellan de strukturella partiklar av gas, finns det stora luckor, som vida överstiger storleken av molekyler. I det här fallet, inte attraktionskraften fungerar inte. Det gasformiga tillståndet av aggregering karakteristisk för substanser som är närvarande i sammansättningen av luft: kväve, syre, koldioxid. Figuren nedan första kub fylld med gas, en andra vätska, och den tredje - en fast substans.

Många vätskor är flyktiga, fristående från sin yta och gå in i luftmolekyler ämnet. Till exempel, om hålet för att öppna flaskor med saltsyra för att bringa bomull indränkt i flytande ammoniak, verkar som vit rök. Direkt i luften orsakar en kemisk reaktion mellan saltsyra och ammoniak, ammoniumklorid erhålles. I vilken aggregationstillstånd är det här? Dess partiklar som bildar vit rök, är de minsta fasta saltkristallerna. Denna erfarenhet bör utföras under huven är det giftigt.

slutsats

Aggregationstillstånd gas studerats av många framstående fysiker och kemister: Avogadros tal, Boyle, Gay-Lussac, Clapeyrons, Mendelejev, Le Chatelier. Vetenskapsmän formulerade lagarna som förklarar uppträdandet av gasformiga ämnen i en kemisk reaktion, när förhållandena ändras. Öppna lagar inte bara gick in i skol- och universitets läroböcker i fysik och kemi. Många kemisk produktion baserad på kunskap om beteende och egenskaper i olika aggregerade tillstånd.