Hva er den fysiske tilstand? Tilstand av materie

Spørsmål om hva er den aggregerte tilstanden, hvilke egenskaper og egenskaper er besatt av faste stoffer, væsker og gasser, vurderes i flere kurs. Det er tre klassiske tilstander av materie, med deres karakteristiske trekk ved struktur. Deres forståelse er et viktig øyeblikk i forståelsen av jordvitenskap, levende organismer, produksjonsaktiviteter. Disse problemene blir studert i fysikk, kjemi, geografi, geologi, fysisk kjemi og andre vitenskapelige disipliner. Stoffer som er under visse forhold i en av de tre grunnleggende statstilstandene, kan endres med økende eller redusert temperatur og trykk. La oss se på mulige overganger fra en aggregat til en annen, da de utføres i natur, ingeniør og dagligliv.

Hva er en aggregatstat?

Ordet i den latinske opprinnelsen "aggrego" i oversettelse til russisk betyr "delta". Det vitenskapelige begrepet refererer til tilstanden til samme kropp, substans. Eksistensen av faste legemer, gasser og væsker ved bestemte temperaturverdier og forskjellige trykk er karakteristisk for alle jordskjell. I tillegg til de tre grunnleggende aggregatene er det også den fjerde. Ved forhøyet temperatur og konstant trykk blir gassen et plasma. For å bedre forstå hva en aggregerende tilstand er, er det nødvendig å huske de minste partiklene som utgjør stoffer og organer.

Diagrammet ovenfor viser: a - gass; B - væske; C er et fast stoff. I slike figurer betegner sirkler stoffets strukturelle elementer. Dette er en konvensjonell betegnelse, faktisk atomer, molekyler, ioner er ikke solide baller. Atomer består av en positivt ladet kjerne rundt hvilke negativt ladede elektroner beveger seg rundt med høy hastighet. Kunnskap om stoffets mikroskopiske struktur bidrar til å bedre forstå forskjellene som eksisterer mellom ulike aggregatformer.

Representasjoner om mikrokosmen: fra antikkens Hellas til det 17. århundre

Den første informasjonen om partiklene, hvorav fysiske legemer er sammensatt, dukket opp i det antikke Hellas. Tenkerne Democritus og Epicurus introduserte et slikt konsept som et atom. De trodde at disse minste ufordelbare partiklene av forskjellige stoffer har en form, visse størrelser, i stand til bevegelse og interaksjon med hverandre. Atomisme er blitt den mest avanserte for sin tid læren til det gamle Hellas. Men utviklingen stanset i middelalderen. Siden da ble forskerne forfulgt av inkvisisjonen til den romersk-katolske kirke. Derfor, til den nye tiden var det ikke noe forståelig konsept om hva en samlet tilstand av saken er. Først etter XVII-tallet formulerte forskerne R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier stillingene til atommolekylær teori, som ikke har mistet sin betydning selv i våre dager.

Atomer, molekyler, ioner - mikroskopiske partikler av stoffets struktur

Et betydelig gjennombrudd i forståelsen av microworld skjedde i det 20. århundre, da et elektronisk mikroskop ble oppfunnet. Med tanke på funnene som tidligere ble gjort av forskere, var det mulig å legge ned et harmonisk bilde av mikrokosmen. Teorier som beskriver tilstanden og oppførselen til de minste partiklene av materie er ganske komplekse, de tilhører kvantefysikkfeltet. For å forstå egenskapene til forskjellige aggregattilstander, er det tilstrekkelig å kjenne navnene og egenskapene til de viktigste strukturelle partiklene som danner forskjellige stoffer.

1. Atomer er kjemisk ufordelbare partikler. Bevart i kjemiske reaksjoner, men ødelagt i atomkraft. Metaller og mange andre stoffer i atomstrukturen har en solid aggregattilstand under vanlige forhold.
2. Molekyler er partikler som er ødelagt og dannet i kjemiske reaksjoner. Molekylær struktur har oksygen, vann, karbondioksyd, svovel. Den aggregerte tilstanden oksygen, nitrogen, svoveldioksid, karbon, oksygen under normale forhold er gassformig.
3. Ioner belastes partikler inn i hvilke atomer og molekyler transformeres når elektroner er festet eller tapte mikroskopiske negativt ladede partikler. Jonisk struktur har mange salter, for eksempel kokekar, jern og kobbersulfat.

Det er stoffer der partiklene er plassert på en bestemt måte i rommet. Den bestilte fellesstilling av atomer, ioner, molekyler kalles et krystallgitter. Vanligvis er ioniske og atomiske krystallgittere karakteristiske for faste stoffer, molekylære gitter er for væsker og gasser. Diamant preges av høy hardhet. Dens atomkrystall gitter er dannet av karbonatomer. Men myk grafitt består også av atomer av dette kjemiske elementet. Bare de er annerledes plassert i rommet. Den vanlige aggregattilstanden for svovel er fast, men ved høye temperaturer blir stoffet en væske og en amorf masse.

Stoffer i fast aggregattilstand

Faststoffer under normale forhold beholder volum og form. For eksempel, et sandkorn, et sukkerkorn, salt, et stykke stein eller metall. Hvis du oppvarmer sukker, begynner stoffet å smelte, blir til en viskøs brun væske. Stopp oppvarming - igjen får vi et fast stoff. Derfor er en av hovedbetingelsene for overgangen av en fast kropp til en væske dens oppvarming eller en økning i den indre energi av partiklene av materie. Den faste tilstanden til saltet som brukes til mat kan også endres. Men for å smelte saltet trenger du en høyere temperatur enn ved oppvarming av sukkeret. Faktum er at sukker består av molekyler, og bordsalt er laget av ladede ioner, som er mer tiltrukket av hverandre. Faststoffer i flytende form beholder ikke sin form, fordi krystallgitter blir ødelagt.

Den flytende aggregattilstanden til saltet under smelting forklares ved brytingen av bindingen mellom ioner i krystallene. Ladede partikler som kan bære elektriske ladninger slippes ut. Saltsmelter fører strøm, de er ledere. I kjemiske, metallurgiske og ingeniørindustrien omdannes faste stoffer til flytende stoffer for å oppnå nye forbindelser fra dem eller for å gi dem forskjellige former. Legeringer av metaller ble mye brukt. Det er flere måter å skaffe dem på, knyttet til endringer i aggregattilstanden til faste råvarer.

Væsken er en av de grunnleggende aggregattilstandene

Hvis du fyller 50 ml vann i en rundbunnet kolbe, kan du se at stoffet umiddelbart tar form av et kjemikaliebeholder. Men så snart vi hælder vann ut av kolben, sprer væsken straks over overflaten av bordet. Vannvolumet forblir det samme - 50 ml, og formen endres. Disse egenskapene er karakteristiske for væskeformen av materiellets eksistens. Væsker er mange organiske stoffer: alkoholer, vegetabilske oljer, syrer.

Melk er en emulsjon, det vil si en væske der det er fettdråper. En nyttig flytende fossil er olje. Hent det fra brønner ved hjelp av borerigger på land og i havet. Sjøvann er også et råmateriale for industrien. Dens forskjell fra ferskvann av elver og innsjøer er innholdet av oppløste stoffer, hovedsakelig salter. Ved fordampning fra reservoarens overflate, passerer bare H20 molekyler til damptilstanden, de oppløste stoffene forblir. Denne metoden er basert på metoder for å skaffe nyttige stoffer fra sjøvann og måter å rense det på.

Når saltene er helt fjernet, blir destillert vann oppnådd. Den kokes ved 100 ° C, den fryser ved 0 ° C. Brines koker og blir til is ved andre temperaturer. For eksempel fryser vann i Arktis ved en overflatetemperatur på 2 ° C.

Den samlede tilstanden av kvikksølv under normale forhold er en væske. Dette sølvgråmetallet er vanligvis fylt med medisinske termometre. Når oppvarmet kommer kvikksølvkolonnen på en skala, stoffet blir utvidet. Hvorfor er det at gatetermometre bruker alkohol, malt med rød maling, og ikke kvikksølv? Dette forklares av egenskapene til flytende metall. Ved 30 graders frost, endres den samlede tilstanden av kvikksølv, blir stoffet fast.

Hvis det medisinske termometeret krasjet og kvikksølv spaltet ut, er det farlig å samle sølvfargede baller. Skadelig for å inhale damp av kvikksølv, er dette stoffet meget giftig. Barn i slike tilfeller bør søke hjelp fra foreldre og voksne.

Gassformig tilstand

Gasser kan ikke beholde deres volum eller form. Fyll kolben til toppen med oksygen (den kjemiske formelen er O ₂₎ . Så snart vi åpner kolben, begynner stoffets molekyler å blande seg med luften i rommet. Dette skyldes brunisk bevegelse. Gamle greske lærde Democritus trodde at partiklene av materie er i konstant bevegelse. I faste organer, under vanlige forhold, har atomer, molekyler, ioner ikke mulighet til å forlate krystallgitteret, for å frigjøre seg fra bindinger med andre partikler. Dette er bare mulig når store mengder energi leveres fra utsiden.

I væsker er avstanden mellom partikler litt større enn i faste stoffer, de trenger mindre energi for å bryte opp intermolekylære bindinger. For eksempel observeres den flytende aggregattilstanden for oksygen bare når gass temperaturen faller til -183 ° C. Ved -223 ° C danner O2 molekyler et fast stoff. Når temperaturen stiger over disse verdiene, blir oksygen omdannet til gass. Det er i denne form at det er under vanlige forhold. I industrianlegg er det spesielle anlegg for å skille luft fra atmosfæren og oppnå nitrogen og oksygen fra den. Først blir luften avkjølt og flytende, og deretter økes temperaturen gradvis. Kväve og oksygen omdannes til gasser under forskjellige forhold.

Jordens atmosfære inneholder 21% oksygen og 78% nitrogen. I flytende form forekommer disse stoffene ikke i planetens gasshell. Flytende oksygen har en lyseblå farge, de er fylt med høytrykksflasker til bruk i medisinske institusjoner. I industri og konstruksjon er flytende gasser nødvendige for mange prosesser. Oksygen er nødvendig for gassveising og kutting av metaller, i kjemi for oksidasjonsreaksjoner av uorganiske og organiske stoffer. Hvis du åpner ventilen i oksygen sylinderen, reduseres trykket, væsken blir til gass.

Flytende propan, metan og butan finner bred anvendelse i kraftteknikk, transport, industri og husholdningsaktiviteter. Disse stoffene er oppnådd fra naturgass eller ved sprekkdannelse av råolje. Kullvann og gassformige blandinger spiller en viktig rolle i økonomien i mange land. Men reserver av olje og naturgass er sterkt oppbrukt. Ifølge forskere vil dette råvaret vare i 100-120 år. En alternativ energikilde er luftstrøm (vind). Brukes til drift av kraftverk er hurtigflytende elver, tidevann på havets og havets bredder.

Oksygen, som andre gasser, kan være i fjerde aggregattilstand, som representerer et plasma. En uvanlig overgang fra fast til gassform er et karakteristisk trekk ved krystallinsk jod. Et stoff av mørk lilla farge gjennomgår sublimering - det blir til gass, som passerer væsken.

Hvordan blir overganger fra en samlet form av sak til en annen utført?

Endringer i stoffets samlede tilstand er ikke relatert til kjemiske transformasjoner, dette er fysiske fenomener. Når temperaturen stiger, smelter mange faststoffer, blir til væsker. En ytterligere temperaturøkning kan føre til fordampning, det vil si til stoffets gassformige tilstand. I natur og økonomi er slike overganger karakteristiske for et av hovedstoffene på jorden. Is, væske, damp er tilstandene av vann under forskjellige eksterne forhold. Forbindelsen er den samme, dens formel er H20. Ved en temperatur på 0 ° C og under denne verdien krystalliserer vannet, det vil si til is. Når temperaturen stiger, blir krystallene som oppstår ødelagt - is smelter, det blir igjen flytende vann. Når det er oppvarmet, dannes vanndamp. Fordampning - omformingen av vann til en gass - går til og med ved lave temperaturer. For eksempel forsvinner frosne pytter gradvis, fordi vannet fordamper. Selv i frostfritt vær tørker klesvask opp, men denne prosessen er lengre enn på en varm dag.

Alle disse overgangene av vann fra en stat til en annen er av stor betydning for jordens natur. Atmosfæriske fenomener, klima og vær er forbundet med fordamping av vann fra overflaten av verdenshavet, overføring av fuktighet i form av skyer og tåke på land, nedbør (regn, snø, hagl). Disse fenomenene danner grunnlaget for verdens vann syklus i naturen.

Hvordan endrer aggregerte tilstander av svovel?

Under normale forhold er svovel en lys skinnende krystall eller et lysegult pulver, dvs. det er et fast stoff. Samlet tilstand av svovel endres med oppvarming. Først når temperaturen heves til 190 ° C, smelter det gule stoffet, blir til en mobil væske.

Hvis du raskt helles flytende svovel i kaldt vann, får du en brun amorf masse. Ved videre oppvarming av svovelsmelten blir den mer og mer viskøs, mørkere. Ved temperaturer over 300 ° C endres aggregattilstanden for svovel igjen, stoffet kjøper væskeegenskaper, blir mobil. Disse overgangene oppstår på grunn av elementets atomer til å danne kjeder av forskjellige lengder.

Hvorfor kan stoffer være i forskjellige fysiske tilstander?

Samlet tilstand av svovel - et enkelt stoff - fast under normale forhold. Svoveldioksid er gass, svovelsyre er en oljeaktig væske tyngre enn vann. I motsetning til saltsyre og salpetersyrer er det ikke flyktig, men molekylene fordampes ikke fra overflaten. Hva slags aggregatstat har plastsvovel, som oppnås ved oppvarming av krystallene?

I amorf form har stoffet en væskestruktur, med en liten fluiditet. Men plastsvovel beholder samtidig sin form (som et fast stoff). Det er flytende krystaller med en rekke karakteristiske egenskaper av faste stoffer. Dermed er tilstanden av materie under forskjellige forhold avhengig av dens natur, temperatur, trykk og andre ytre forhold.

Hva er funksjonene i strukturen av faste stoffer?

De eksisterende forskjellene mellom de grunnleggende aggregattilstandene er forklart av samspillet mellom atomer, ioner og molekyler. For eksempel, hvorfor kan stoffets faste aggregattilstand føre til at kroppene kan beholde volum og form? I krystallgitteret av et metall eller salt tiltrekkes strukturelle partikler til hverandre. I metaller interagerer positivt ladede ioner med en såkalt "elektrongass" - en klynge av gratis elektroner i et metallstykke. Krystaller av salter oppstår på grunn av tilnærmingen til ulikt ladede partikler - ioner. Avstanden mellom de ovennevnte strukturelle enheter av faste stoffer er mye mindre enn partiklernes dimensjoner selv. I dette tilfellet fungerer elektrostatisk tiltrekning, det gir styrke, og frastøt er ikke sterk nok.

For å ødelegge stoffets faste aggregattilstand må man gjøre anstrengelser. Metaller, salter, atomkrystaller smelter ved svært høye temperaturer. For eksempel blir jern væske ved en temperatur over 1538 ° C. Eldfaste er wolfram, hvorav filamenter er laget for elektriske pærer. Det er legeringer som blir flytende ved temperaturer over 3000 ° C. Mange bergarter og mineraler på jorden er i fast tilstand. Hent dette råmaterialet ved hjelp av teknologi i gruver og steinbrudd.

For å løsne enda en ion fra krystallet, er det nødvendig å bruke en stor mengde energi. Men det er nok å oppløse saltet i vannet, slik at krystallgitteret bryter opp! Dette fenomenet forklares av de overraskende egenskapene til vann som et polart løsningsmiddel. H20 molekyler samhandler med saltioner, ødelegger den kjemiske bindingen mellom dem. Dermed er oppløsning ikke en enkel blanding av forskjellige stoffer, men en fysisk-kjemisk interaksjon mellom dem.

Hvordan påvirker væskemolekyler?

Vann kan være en væske, et fast stoff og en gass (damp). Dette er grunnleggende aggregattilstand under normale forhold. Vannmolekylene består av ett oksygenatom, til hvilket to hydrogenatomer er bundet. Det er en polarisering av kjemisk binding i molekylet, en delvis negativ ladning vises på oksygenatomer. Hydrogen blir en positiv pol i molekylet, tiltrukket av oksygenatomet i et annet molekyl. Denne svake samhandlingen ble kalt "hydrogenbinding".

Væskeaggregatstilstand karakteriserer avstander mellom strukturelle partikler, sammenlignbare med deres størrelser. Attraksjon finnes, men den er svak, så vann beholder ikke form. Fordampning oppstår på grunn av ødeleggelse av bindinger, som oppstår på overflaten av væsken selv ved romtemperatur.

Er det intermolekylære interaksjoner i gasser?

Den gassformige tilstanden til stoffet er forskjellig fra væsken og faststoffet i en rekke parametere. Mellom de strukturelle partiklene av gasser er det store hull, som langt overskrider dimensjonene til molekylene. Samtidig virker ikke tiltrekningskraftene i det hele tatt. Den gassformige aggregattilstand er karakteristisk for stoffer som er tilstede i luften: nitrogen, oksygen, karbondioksid. I figuren nedenfor er den første kuben fylt med gass, den andre væsken, og den tredje - med et fast stoff.

Mange væsker er flyktige, materiens molekyler blir revet fra overflaten og kommer inn i luften. For eksempel, hvis du bringer en bomullsull fuktet i ammoniakk til en åpning av en åpen flaske med saltsyre, vises hvit røyk. Direkte i luft oppstår en kjemisk reaksjon mellom saltsyre og ammoniakk, ammoniumklorid oppnås. I hvilken type aggregat er dette stoffet? Dens partikler, som danner hvit røyk, er de minste faste krystaller av salt. Denne erfaringen skal utføres under hetten, stoffene er giftige.

konklusjon

Den samlede gasstilstanden ble studert av mange fremragende fysikere og kjemikere: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Cliperon, Mendeleev, Le Chatelier. Forskere formulerte lover som forklarer oppførsel av gassformige stoffer i kjemiske reaksjoner, med endringer i ytre forhold. Åpne mønstre gikk ikke bare inn i skole- og universitets lærebøker av fysikk og kjemi. Mange kjemiske næringer er basert på kunnskap om oppførsel og egenskaper av stoffer i forskjellige aggregattilstander.