Kaj je agregatno stanje? Skupno stanje snovi

Vprašanja o tem, kaj je agregatno stanje, katere lastnosti in lastnosti imajo trdne snovi, tekočine in plini, so obravnavane na več izobraževalnih tečajih. Obstajajo tri klasične snovi snovi, s svojimi značilnostmi strukture. Njihovo razumevanje je pomemben trenutek pri razumevanju zemeljskih znanosti, živih organizmov, proizvodnih dejavnosti. Ta vprašanja se proučujejo v fiziki, kemiji, geografiji, geologiji, fizikalni kemiji in drugih znanstvenih disciplinah. Snovi, ki so v določenih pogojih v eni od treh osnovnih tipov stanja, se lahko spreminjajo s povečevanjem ali zmanjševanjem temperature in tlaka. Preučimo možne prehode iz enega agregatnega stanja v drugega, saj se izvajajo v naravi, tehnologiji in vsakdanjem življenju.

Kaj je agregatno stanje?

Latinska beseda "aggrego" v ruskem jeziku pomeni "pridružiti se". Znanstveni izraz se nanaša na stanje istega telesa, snovi. Obstoj trdnih teles, plinov in tekočin pri določenih temperaturnih vrednostih in različnih tlakih je značilen za vse lupine na Zemlji. Poleg treh osnovnih agregatnih držav je tudi četrta. Pri zvišani temperaturi in stalnem tlaku plin postane plazma. Da bi bolje razumeli, kaj je agregatno stanje, se morate spomniti najmanjših delcev, ki sestavljajo snovi in ​​telesa.

Na zgornjem diagramu je prikazano: a-plin-b-tekočina-c-trdna snov. V teh številkah krogi označujejo strukturne elemente snovi. To je konvencionalna oznaka, v resnici atomi, molekule, ioni niso trdne kroglice. Atomi so sestavljeni iz pozitivno nabitega jedra, okoli katerega se elektronski elektroni premikajo pri visoki hitrosti. Poznavanje mikroskopske strukture snovi pomaga bolje razumeti razlike, ki obstajajo med različnimi agregiranimi oblikami.

Predstavitve o mikrokosmosu: od starodavne Grčije do 17. stoletja

Prve informacije o delcih, ki jih sestavljajo fizična telesa, so se pojavile v starodavni Grčiji. Misli Democritus in Epicurus so predstavili tak koncept kot atom. Verjeli so, da imajo ti trenutni nedeljivi delci različnih snovi obliko, določene velikosti, sposobne gibanja in medsebojne interakcije. Atomizem je postal najbolj napreden za svoj čas učenja antične Grčije. Toda njegov razvoj je zastal v srednjem veku. Od takrat so učenjake preganjali inkvizicija rimskokatoliške cerkve. Zato, dokler v novem času ni bilo razumljivega pojma, kaj je agregatno stanje materije. Šele po 17. stoletju so znanstveniki R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier oblikovali določbe atomsko-molekularne teorije, ki v svojem času niso izgubili svojega pomena.

Atomi, molekule, ioni - mikroskopski delci strukture snovi

Pomemben preboj v razumevanju microworlda se je zgodil v dvajsetem stoletju, ko je bil izumljen elektronski mikroskop. Ob upoštevanju odkritij, ki so jih prej izvedli znanstveniki, je bilo mogoče zložiti harmonično sliko microworlda. Teorije, ki opisujejo stanje in obnašanje najmanjših delcev snovi, so precej zapletene, pripadajo področju kvantna fizika. Da bi razumeli značilnosti različnih agregatnih snovi snovi, je dovolj poznati imena in značilnosti glavnih strukturnih delcev, ki tvorijo različne snovi.

1. Atomi so kemijsko nedeljivi delci. Ohranjen v kemijskih reakcijah, vendar uničen v jedrski. Kovine in mnoge druge snovi z atomsko strukturo imajo v običajnih pogojih trdno agregatno stanje.
2. Molekule so delci, ki so uničeni in nastali v kemičnih reakcijah. Molekularna struktura ima kisik, vodo, ogljikov dioksid, žveplo. Skupno stanje kisika, dušika, žveplovega dioksida, ogljika in kisika v normalnih pogojih je plinasto.
3. Ioni so polnjeni delci, v katere se atomi in molekule spreminjajo, ko so elektroni priključeni ali izgubljeni - mikroskopski negativno nabiti delci. Jonska struktura ima veliko soli, na primer kuhanje, železo in baker vitriol.

Obstajajo snovi, katerih delci se na določen način nahajajo v vesolju. Urejen medsebojni položaj atomov, ionov, molekul se imenuje kristalna mreža. Ponavadi so ionske in atomske kristalne rešetke značilne za trdne snovi, molekularne rešetke za tekočine in pline. Diamant se odlikuje po visoki trdoti. Njena atomska kristalna mreža se tvori z ogljikovimi atomi. Mehki grafit pa je sestavljen tudi iz atomov tega kemijskega elementa. Samo v različnih prostorih se nahajajo drugje. Običajno agregatno stanje žvepla je trdno, vendar pri visokih temperaturah snov postane tekoča in amorfna masa.

Snovi v trdnem agregatnem stanju

V normalnih razmerah trdne snovi ohranjajo volumen in obliko. Na primer, zrn peska, zrna sladkorja, soli, kamenja ali kovine. Če segrejete sladkor, se snov začne taliti in pretvori v viskozno rjavo tekočino. Stop ogrevanje - spet dobimo trdno snov. Zato je eden od glavnih pogojev za prehod trdnega telesa v tekočino ogrevanje ali povečanje notranje energije delcev snovi. Tudi trdno stanje soli, ki se uporablja za hrano, se lahko spremeni. Toda za taljenje soli potrebujete višjo temperaturo kot pri segrevanju sladkorja. Dejstvo je, da je sladkor sestavljen iz molekul, namizna sol pa je narejena iz nabranih ionov, ki jih med seboj privlači več. Trdne snovi v tekoči obliki ne ohranijo svoje oblike, ker so kristalne rešetke uničene.

Stanje tekočega agregata soli med taljenjem je razloženo z motnjami vezi med ioni v kristalih. Sproščeni delci, ki lahko nosijo električne napetosti, se sproščajo. Topi soli vodijo električno energijo, so vodniki. V kemični, metalurški in inženirski industriji se trdne snovi pretvorijo v tekoče snovi, da proizvajajo nove spojine ali jim dajo različne oblike. Zlitine kovin so bile široko uporabljene. Obstaja več načinov za njihovo pridobitev, povezano s spremembami agregatnega stanja trdnih surovin.

Tekočina je ena od osnovnih agregatnih stanj

Če nalijemo 50 ml vode v bučko z okroglim dnom, lahko vidite, da je snov takoj v obliki kemične posode. Toda takoj, ko iz bučke izlijemo vodo, se tekočina takoj razširi čez površino mize. Količina vode ostane enaka - 50 ml, njegova oblika pa se bo spremenila. Te značilnosti so značilne za tekočo obliko obstoja snovi. Tekočine so številne organske snovi: alkoholi, rastlinska olja, kisline.

Mleko je emulzija, to je tekočina, v kateri se nahajajo kapljice maščobe. Uporaben tekoči fosil je olje. Iz vrtin se izvlečeta s pomočjo vrtalnih ploščadi na kopnem in v oceanu. Morsko vodo je tudi surovina za industrijo. Njena razlika med sladko vodo rek in jezer je vsebnost raztopljenih snovi, predvsem soli. Ko izhlapevanje iz površine rezervoarjev preide samo na molekule H, pa do stanja hlapov₂Oh, solute ostanejo. Na tem lastnem načinu pridobivanja uporabnih snovi iz morske vode in načinov čiščenja temeljijo.

S popolno odstranitvijo soli dobimo destilirano vodo. Vreli pri 100 ° C, zamrznejo pri 0 ° C. Brine se vreti in pri drugih temperaturah spremenijo v led. Na primer, voda v arktičnem oceanu zamrzne pri površinski temperaturi 2 ° C.

Skupno stanje živega srebra v normalnih pogojih je tekočina. Ta srebro-siva kovina običajno napolni z medicinskimi termometri. Ko se segreje stolpec živega srebra na lestvici, se snov razširi. Zakaj, potem, v zunanji termometri tonirana z rdečo barvo alkohola, ne živo srebro? To pojasnjujejo lastnosti tekoče kovine. Pri 30-stopinjski zmrzali se agregatno stanje živega srebra spremeni, snov postane trdna.

Če se je medicinski termometer zrušil in se je živo srebro razlilo, je nevarna za zbiranje srebrnih kroglic. Škodljivo za vdihavanje hlapov živega srebra, je ta snov zelo strupena. Otroci v takih primerih bi morali poiskati pomoč staršev in odraslih.

Plinasto stanje

Plini ne morejo ohranjati niti njihove prostornine niti oblike. Bučko napolnite do vrha s kisikom (njegova kemična formula je O₂₎. Takoj, ko bučko odpremo, se molekule snovi začnejo mešati z zrakom v prostoru. To je posledica Brownovega gibanja. Stari grški znanstvenik Democrit je verjel, da so delci snovi v stalnem gibanju. V trdnih telesih, v normalnih pogojih, atomi, molekule, ioni nimajo sposobnosti, da zapustijo kristalno mrežo, da se osvobodijo vezi z drugimi delci. To je mogoče le, če se od zunaj dobavljajo velike količine energije.

V tekočinah je razdalja med delci nekoliko večja kot v trdni snovi, potrebujejo manj energije za razbijanje medmolekularnih vezi. Na primer, tekoče agregatno stanje kisika opazimo šele, ko se temperatura plinov zmanjša minus-183 ° C. Kdaj minus-223 ° C v O₂ tvori trdno snov. Ker se temperatura dvigne nad te vrednosti, se kisik pretvori v plin. V tej obliki je, da je v običajnih pogojih. V industrijskih podjetjih obstajajo posebni prostori za ločevanje zraka iz atmosfere in pridobivanje dušika in kisika iz njega. Najprej se zrak ohladi in utekočinjen, nato pa postopoma dvigne temperaturo. Dušik in kisik se v različnih pogojih pretvorijo v pline.

Ozračje Zemlje vsebuje 21 vol.% Kisika in 78% dušika. V tekoči obliki se te snovi ne pojavljajo v plinski lupini na planetu. Tekoči kisik ima svetlo modro barvo, napolnjen z valji pod visokim pritiskom za uporabo v zdravstvenih ustanovah. V industriji in gradbeništvu so za mnoge postopke potrebni utekočinjeni plini. Kisik je potreben za plinsko varjenje in rezanje kovin, v kemiji za oksidacijske reakcije anorganskih in organskih snovi. Če odprete ventil kisikovega cilindra, se tlak zmanjša, tekočina se spremeni v plin.

Tekoči propan, metan in butan se pogosto uporabljajo v energetiki, prometu, industriji in gospodinjskih dejavnostih. Te snovi so pridobljene iz zemeljskega plina ali iz razpok (cepitev) surovega olja. Ogljikova tekočina in plinaste mešanice igrajo pomembno vlogo v gospodarstvu mnogih držav. Toda rezerve nafte in zemeljskega plina so močno izčrpane. Po navedbah znanstvenikov bo ta surovina trajala 100-120 let. Alternativni vir energije je zračni tok (veter). Uporabljajo se za obratovanje elektrarn, ki se hitro pretakajo, plimujejo na obali morja in oceanov.

Kisik, tako kot drugi plini, je lahko v četrtem agregatnem stanju, ki predstavlja plazmo. Nenavaden prehod iz trdnega v plinasto stanje je značilna lastnost kristalnega joda. Snov temne vijolične barve se podvrže sublimaciji - se spremeni v plin, ki prehiteva tekoče stanje.

Kako se izvajajo prehodi iz ene združene snovi v drugo?

Spremembe agregatnega stanja snovi niso povezane s kemičnimi transformacijami, to so fizični pojavi. Ko se temperatura dvigne, se veliko taline stopi v tekočine. Nadaljnje povečanje temperature lahko povzroči izhlapevanje, to je plinasto stanje snovi. V naravi in ​​gospodarstvu so takšni prehodi značilni za eno od glavnih snovi na Zemlji. Led, tekočina, paro so stanje vode pod različnimi zunanjimi pogoji. Spojina je enaka, njegova formula je H₂A. Pri temperaturi 0 ° C in pod to vrednostjo voda kristalizira, to pomeni, pretvori v led. Ko se temperatura dvigne, se uničijo nastali kristali - led se topi, ponovno dobimo tekočo vodo. Ko se segreje, vodna para. Izhlapevanje - pretvorba vode v plin - gre tudi pri nizkih temperaturah. Na primer zamrznjene lužbe postopoma izginejo, ker voda izhlapi. Tudi v hladnem vremenu sušenje mokrega posuši, vendar je ta postopek daljši kot v vročem dnevu.

Vsi ti prehodi vode iz ene države v drugo so zelo pomembni za naravo Zemlje. Atmosferski pogoji, podnebja in vremena povezana z izparevanjem vode iz oceansko površino, prenos vlage v obliki oblakov in megle na kopnem, padavin (dež, sneg, toča). Ti pojavi so osnova svetovnega cikla voda v naravi.

Kako se spreminjajo agregatna stanja žvepla?

V normalnih razmerah je žveplo svetlo sijoč kristal ali svetlo rumen prašek, to je trdna snov. Skupno stanje žvepla se spreminja z ogrevanjem. Prvič, ko se temperatura dvigne na 190 ° C, se rumena snov topi in postane premična tekočina.

Če hitro tekočo žveplo zlijete v hladno vodo, dobite rjavo amorfno maso. Z nadaljnim segrevanjem taline žvepla postane vse bolj viskozno, temnejše. Pri temperaturah nad 300 ° C se agregatno stanje žvepla znova spremeni, snov pridobi lastnosti tekočine, postane mobilna. Ti prehodi nastanejo zaradi sposobnosti atomov elementa, da oblikujejo verige različnih dolžin.

Zakaj so snovi v različnih fizičnih stanju?

Skupno stanje žvepla - preprosta snov - trdna v normalnih pogojih. Žveplov dioksid je plin, žveplova kislina je oljna tekočina težja od vode. Za razliko od klorovodikove in dušikove kisline ni hlapnih, molekule ne izhlapijo z njene površine. Kakšno agregatno stanje ima plastično žveplo, ki ga dobimo s segrevanjem kristalov?

V amorfni obliki ima snov fluidno strukturo z rahlo tekočino. Toda plastična žvepla istočasno ohrani svojo obliko (kot trdna snov). Obstajajo tekoči kristali s številnimi značilnostmi trdnih snovi. Tako je stanje snovi pod različnimi pogoji odvisno od njene narave, temperature, pritiska in drugih zunanjih pogojev.

Kakšne so značilnosti strukture trdnih snovi?

Obstoječe razlike med osnovnim agregatnim stanjem snovi so razložene z interakcijo med atomi, ioni in molekulami. Na primer, zakaj trdno agregatno stanje snovi vodi v sposobnost teles, da ohranijo volumen in obliko? V kristalni rešetki iz kovine ali soli se privlačijo strukturni delci. V kovinah pozitivno nabiti ioni sodelujejo s tako imenovanim "elektronskim plinom" - skupino prostih elektronov v kosu kovine. Kristali soli nastanejo zaradi privlačenja različnih, kot so nabitki delci - ioni. Razdalja med zgornjimi strukturnimi enotami trdnih delcev je veliko manjša od dimenzij samih delcev. V tem primeru deluje elektrostatična privlačnost, daje moč, odbijanje pa ni dovolj močno.

Za uničenje trdnega agregatnega stanja snovi je treba prizadevati. Kovine, soli, atomski kristali se talijo pri zelo visokih temperaturah. Na primer, železo postane tekoče pri temperaturi nad 1538 ° C. Ognjevarni je volfram, iz katerega so izdelani filamenti za električne žarnice. Obstajajo zlitine, ki postanejo tekoče pri temperaturah nad 3000 ° C. Mnogi kamnine in minerali na Zemlji so v trdnem stanju. Pridobite to surovino s pomočjo tehnologije v rudnikih in kamnolomih.

Če želite odstraniti celo en ion iz kristala, je potrebno porabiti veliko količino energije. Vendar je dovolj, da sol raztopimo v vodi, tako da se kristalna mreža razbije! Ta pojav je posledica neverjetnih lastnosti vode kot polarnega topila. Molekule H₂O sodelujejo z ionov soli, ki uničujejo kemično vez med njima. Tako raztapljanje ni preprosto mešanje različnih snovi, temveč fizikalno-kemijske interakcije med njimi.

Kako molekule tekočin delujejo?

Voda je lahko tekoča, trdna in plinasta (pare). To je njeno glavno agregatno stanje pod običajnimi pogoji. Molekule vode sestavljajo en atom kisika, na katerega sta vezana dva atoma vodika. V molekuli je polarizacija kemijske vezi, na kisikovih atomih se pojavlja delna negativna naboj. Vodik postane pozitiven pol v molekuli, ki ga privlači atom kisika druge molekule. To je šibka interakcija je bila imenovana "vodikova vez".

Tekoče agregatno stanje označuje razdalje med strukturnimi delci, primerljive z njihovimi velikostmi. Privlačnost obstaja, vendar je šibka, zato voda ne ohranja oblike. Izhlapevanje nastane zaradi uničenja vezi, ki se pojavi na površini tekočine tudi pri sobni temperaturi.

Ali obstajajo medmolekularne interakcije v plinih?

Plinasto stanje snovi se razlikuje od tekočine in trdne snovi v številnih parametrih. Med delci strukturnega plina so velike reže, veliko večje od velikosti molekul. Hkrati privlačne sile sploh ne delujejo. Plinasto agregatno stanje je značilno za snovi, prisotne v zraku: dušik, kisik, ogljikov dioksid. Na spodnji sliki je prva kocka napolnjena s plinom, drugo tekočino in tretja s trdno snovjo.

Mnoge tekočine so hlapljive, molekule snovi pa s površja sipajo svoje površine. Na primer, če v vialo s klorovodikovo kislino pripeljete bombažno volno, namočeno v amoniak, na luknjo, se pojavi beli dima. Neposredno v zraku se pojavi kemična reakcija med klorovodikovo kislino in amoniakom, pridobljen je amonijev klorid. V kakšnem agregatu je ta snov? Njeni delci, ki tvorijo beli dima, so najmanjši trdni kristali soli. Te izkušnje je treba izvesti pod pokrovom, snovi so strupene.

Zaključek

Fizikalni plin študiral številne izjemne fizikov in kemikov: Avogadrovo število, Boyle, Gay-Lussac, Clapeyronova, Mendeleyev, Le Chatelierjev. Znanstveniki so oblikovali zakone, ki pojasnjujejo obnašanje plinastih snovi v kemijskih reakcijah, saj se spreminjajo zunanji pogoji. Odprti vzorci niso šli le v šolske in univerzitetne učbenike fizike in kemije. Mnoge kemične industrije temeljijo na poznavanju vedenja in lastnosti snovi v različnih agregatnih državah.