Što je agregatno stanje? Agregatno stanje materije

Pitanja o tome što je agregatno stanje, koje značajke i svojstva posjeduju krute tvari, tekućine i plinovi se razmatraju na nekoliko tečajeva. Postoje tri klasična stanja materije, s njihovim karakterističnim obilježjima strukture. Njihovo razumijevanje važan je trenutak za razumijevanje znanosti o Zemlji, živih organizama i proizvodnih aktivnosti. Ova se pitanja proučavaju u fizici, kemiji, geografiji, geologiji, fizikalnoj kemiji i drugim znanstvenim disciplinama. Tvari koje su pod određenim uvjetima u jednoj od tri osnovna tipa stanja mogu se mijenjati povećanjem ili smanjenjem temperature i tlaka. Razmotrimo moguće prijelaze iz jedne agregatne države u drugu, budući da se provode u prirodi, tehnologiji i svakodnevnom životu.

Što je agregatno stanje?

Latinski riječ "aggrego" na ruskom znači "pridružiti". Znanstveni pojam se odnosi na stanje istog tijela, tvari. Postojanje čvrstih tijela, plinova i tekućina pri određenim temperaturama i različitim tlakovima karakteristično je za sve ljuske Zemlje. Pored tri osnovna stanja agregata, tu je i četvrta. Pri povišenoj temperaturi i konstantnom tlaku, plin postaje plazma. Da biste bolje razumjeli što je agregatno stanje, trebate se sjetiti najmanjih čestica koje tvore tvari i tijela.

Dijagram gore pokazuje: a-plin-b-tekućina-c-krutina. U ovim slikama, kružnici označavaju strukturne elemente tvari. To je konvencionalna oznaka, zapravo atomi, molekule, ioni nisu čvrste kugle. Atomi se sastoje od pozitivno napunjene jezgre oko koje se negativno nabijeni elektroni kreću pri velikoj brzini. Poznavanje mikroskopske strukture materije olakšava razumijevanje razlika između različitih oblika agregata.

Zastupstva o mikrokozmosu: od antičke Grčke do 17. stoljeća

Prve informacije o česticama čiji su fizički tijela sastavljeni pojavljuju se u staroj Grčkoj. Mislioci Democritus i Epicurus uveli su takav pojam kao atom. Vjerovali su da ove minute neodjeljive čestice različitih tvari posjeduju oblik, određene veličine, sposobne za kretanje i interakciju jedni s drugima. Atomizam je postao najnapredniji za svoje vrijeme učenja antičke Grčke. No, njegov razvoj zastao je u srednjem vijeku. Od tada su istraživači bili proganjani inkvizicijom Rimokatoličke crkve. Stoga, do novog vremena nije bilo razumljivog pojma o tome što je agregatno stanje materije. Tek nakon znanstvenika iz XVII. Stoljeća, R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier formulirali su odredbe atomsko-molekularne teorije, koje nisu izgubile svoj značaj ni u naše dane.

Atomi, molekule, ioni - mikroskopske čestice strukture tvari

Značajan napredak u razumijevanju mikro svijeta dogodio se u dvadesetom stoljeću, kada je izumljen elektronski mikroskop. Uzimajući u obzir otkrića znanstvenika ranije, moguće je sklapati skladnu sliku mikro-svijeta. Teorije koje opisuju stanje i ponašanje najmanjih čestica materije su prilično složene, pripadaju polju kvantna fizika. Da bi se razumjelo obilježja različitih agregatnih stanja materije, dovoljno je poznavati imena i značajke glavnih strukturnih čestica koje tvore različite tvari.

1. Atomi su kemijski nedjeljive čestice. Očuvano u kemijskim reakcijama, ali uništeno u nuklearnom. Metali i mnoge druge tvari atomske strukture imaju čvrstu agregatnu pod normalnim uvjetima.
2. Molekule su čestice koje su uništene i formirane u kemijskim reakcijama. Molekularna struktura ima kisik, vodu, ugljični dioksid, sumpor. Agregatno stanje kisika, dušika, sumpornog dioksida, ugljika, kisika u normalnim uvjetima je plinoviti.
3. Ioni se nabavljaju čestice u kojima se atomi i molekule transformiraju kada su elektroni vezani ili izgubljeni - mikroskopski negativno napunjene čestice. Ionska struktura ima mnogo soli, na primjer, kuhanje, željezo i bakar vitriol.

Postoje tvari čije se čestice nalaze na određeni način u prostoru. Naručeni međusobni položaj atoma, iona, molekula naziva se kristalna rešetka. Obično su ionski i atomski kristalni rešetki karakteristični za krute tvari, molekularne rešetke za tekućine i plinove. Diamond se razlikuje po visokoj tvrdoći. Njegova atomska kristalna rešetka formirana je ugljikovim atomima. Ali mekani grafit također se sastoji od atoma tog kemijskog elementa. Samo su oni različito smješteni u prostoru. Uobičajeno agregatno stanje sumpora je čvrsto, ali na visokim temperaturama tvar postaje tekućina i amorfna masa.

Tvari u čvrstom stanju agregata

Čvrste pod normalnim uvjetima zadržavaju volumen i oblik. Na primjer, zrnce pijeska, zrno šećera, sol, komad stijene ili metala. Ako zagrijavate šećer, tvar se počinje rastopiti pretvarajući se u viskoznu smeđu tekućinu. Zaustavite zagrijavanje - opet dobivamo čvrstu supstancu. Stoga je jedan od glavnih uvjeta za prijelaz krutog tijela u tekućinu njegovo zagrijavanje ili povećanje unutarnje energije čestica materije. Također se može mijenjati čvrsto stanje soli koja se koristi za hranu. No, da se rastopi sol, potrebna vam je viša temperatura nego kod zagrijavanja šećera. Činjenica je da se šećer sastoji od molekula, a stolna sol je napravljena od napunjenih iona, koji su privlačniji jedni drugima. Čvrste u tekućem obliku ne zadržavaju svoj oblik, jer se kristalni rešetke uništavaju.

Tekuće stanje agregata soli tijekom topljenja objašnjava se prekidom veze između iona u kristalima. Otpuštene su napunjene čestice koje mogu nositi električne napune. Toplina soli vodi struju, oni su dirigenti. U kemijskoj, metalurškoj i inženjerskoj industriji, krute tvari se pretvaraju u tekuće tvari za proizvodnju novih spojeva ili ih daju različite oblike. Vlaknima od metala su naširoko korišteni. Postoji nekoliko načina za njihovo dobivanje, povezano s promjenama u skupnom stanju čvrstih sirovina.

Tekućina je jedno od osnovnih agregatnih stanja

Ako ulijete 50 ml vode u balon s okruglim dnom, možete vidjeti da je tvar odmah u obliku kemijske posude. Ali čim izlamo iz boce, tekućina se odmah širi preko površine stola. Volumen vode ostaje isti - 50 ml, a oblik će se promijeniti. Ove su značajke karakteristične za tekući oblik postojanja tvari. Tekućine su mnoge organske tvari: alkoholi, biljna ulja, kiseline.

Mlijeko je emulzija, tj. Tekućina u kojoj se nalaze kapljice masti. Koristan tekući fosil je ulje. Izvlače ih iz bušotina uz pomoć bušotina na kopnu iu oceanu. Morska voda je također sirovina za industriju. Njegova razlika od slatke vode rijeka i jezera je sadržaj otopljenih tvari, uglavnom soli. Kada isparava s površine spremnika, samo molekule H prolaze do stanja pare₂Oh, otapala ostaju. Na ovim svojstvima dobivaju se korisne tvari iz morske vode i načini njezina pročišćavanja.

S potpuno uklanjanjem soli dobiva se destilirana voda. Kuhanje na 100 ° C, smrzavanje na 0 ° C Slanine kuhati i pretvoriti u led na drugim temperaturama. Na primjer, voda u Arktičkom oceanu zamrzava se na površinskoj temperaturi od 2 ° C.

Agregatno stanje žive u normalnim uvjetima je tekućina. Ovaj srebrno-sivi metal obično je ispunjen medicinskim termometrom. Kada se grije, kolona žive raste na skali, tvar se proširuje. Zašto, onda, u otvoreni termometri obojana crvenom bojom, a ne živa? To se objašnjava svojstvima tekućeg metala. Na 30 stupnjeva mraza, agregatno stanje žive se mijenja, tvar postaje čvrsta.

Ako se medicinski termometar srušio i živa je prolila, onda je opasno skupljati srebrne kugle. Štetno za udisanje para žive, ova tvar je vrlo otrovna. Djeca u takvim slučajevima trebaju potražiti pomoć od roditelja i odraslih.

Plinovito stanje

Plinovi nisu u stanju očuvati niti njihov volumen ni oblik. Napunite tikvicu na vrh s kisikom (njegova kemijska formula je O₂₎. Čim otvorimo tikvicu, molekule tvari počinju miješati s zrakom u sobi. To je zbog Brownianskog pokreta. Drevni grčki znanstvenik Democritus vjerovao je da su čestice tvari u stalnom pokretu. U čvrstim tijelima, u normalnim uvjetima, atomi, molekule, ioni nemaju sposobnost da napuste kristalnu rešetku kako bi se oslobodili od veza s drugim česticama. To je moguće samo kad se izvana isporučuje velike količine energije.

U tekućinama, udaljenost između čestica nešto je veća nego u krutinama, potrebna im je manja energija da se razbiju međumolekularne veze. Na primjer, stanje tekućeg agregata kisika se promatra samo kada temperatura plina pada minus-183 ° C. u minus-223 ° C od O₂ tvore čvrstu tvar. Kako temperatura poraste iznad ovih vrijednosti, kisik se pretvara u plin. U ovom je obliku pod normalnim uvjetima. U industrijskim poduzećima postoje posebni objekti za odvajanje zraka iz atmosfere i dobivanje dušika i kisika iz njega. Prvo, zrak se hladi i ukapava, a postupno se podiže temperatura. Dušik i kisik pretvaraju se u plinove pod različitim uvjetima.

Zemljina atmosfera sadrži 21% volumena kisika i 78% dušika. U tekućem obliku, ove tvari se ne pojavljuju u plinskoj ljusci planeta. Tekući kisik ima svjetloplavu boju, napunjeni su cilindrima pod visokim pritiskom za uporabu u medicinskim ustanovama. U industriji i izgradnji, ukapljeni plinovi su potrebni za mnoge procese. Kisik je potreban za zavarivanje plina i rezanje metala, u kemiji za reakcije oksidacije anorganskih i organskih tvari. Ako otvorite ventil cilindra kisika, tlak se smanjuje, tekućina se pretvara u plin.

Niskoproizvod propan, metan i butan naširoko se koriste u energetici, transportu, industriji i kućanstvu. Te tvari se dobivaju iz prirodnog plina ili od pucanja (cijepanja) sirove nafte. Tekuće i plinovite mješavine ugljika igraju važnu ulogu u gospodarstvu mnogih zemalja. Ali rezerve nafte i prirodnog plina su ozbiljno iscrpljene. Prema znanstvenicima, ova sirovina će trajati 100-120 godina. Alternativni izvor energije je protok zraka (vjetar). Koristi se za rad elektrane brzo potječu rijeke, morske mijene na obalama mora i oceana.

Kisik, poput ostalih plinova, može biti u četvrtom agregatnom stanju, koji predstavlja plazmu. Neobična prijelaza od čvrstog do plinovitog stanja je karakteristična osobina kristalnog joda. Tvar tamne ljubičaste boje prolazi kroz sublimaciju - pretvara se u plin, prolazi tekuće stanje.

Kako se provode prijelazi iz jednog agregatnog oblika materije u drugu?

Promjene u agregatnom stanju tvari nisu povezane s kemijskim transformacijama, to su fizički fenomeni. Kad se temperatura povisi, mnoge krutine se rastopiti, pretvore u tekućine. Daljnje povećanje temperature može dovesti do isparavanja, tj. Plinovitog stanja tvari. U prirodi i gospodarstvu takvi prijelazi karakteristični su za jednu od glavnih tvari na Zemlji. Led, tekućina, parna su stanja voda pod različitim vanjskim uvjetima. Spoj je isti, njegova formula je H₂A. Na temperaturi od 0 ° C i ispod te vrijednosti voda kristalizira, tj. Pretvara u led. Kada se temperatura podigne, kristali koji nastaju su uništeni - led se topi, tekuća voda se ponovno dobiva. Kada se zagrije, vodene pare. Isparavanje - pretvaranje vode u plin - ide čak i pri niskim temperaturama. Na primjer, zamrznute lokve postupno nestaju, jer voda isparava. Čak iu hladnim vremenskim uvjetima, mokro praonice suši, ali taj proces je duži nego u vrućem danu.

Svi ti prijelazi vode iz jedne države u drugu su od velike važnosti za prirodu Zemlje. Atmosferski uvjeti, klima i vremenske odnose na isparavanje vode s površine oceana, prijenos vlage u obliku oblaka i magle na kopnu, oborina (kiša, snijeg, tuča). Ti fenomeni čine temelj Svjetskog vodenog ciklusa u prirodi.

Kako se mijenjaju agregatna stanja sumpora?

Pod normalnim uvjetima, sumpor je svijetli kristal ili svijetlo žuti prah, tj. To je krutina. Agregatno stanje sumpora mijenja se s grijanjem. Prvo, kada se temperatura podigne do 190 ° C, žuta tvar se topi i postaje mobilna tekućina.

Ako brzo sipate tekući sumpor u hladnu vodu, dobivate smeđu amorfnu masu. Uz daljnje zagrijavanje taline sumpora postaje sve viskoznije, tamnije. Pri temperaturama iznad 300 ° C, agregatno stanje sumpora se opet mijenja, tvar dobiva svojstva tekućine, postaje mobilna. Ti prijelazi nastaju zbog sposobnosti atoma elementa da oblikuju lanci različitih duljina.

Zašto tvari mogu biti u različitim fizičkim stanjima?

Agregatno stanje sumpora - jednostavna tvar - čvrsta u normalnim uvjetima. Sumporov dioksid je plin, sumporna kiselina je uljna tekućina teža od vode. Za razliku od klorovodične i dušične kiseline, ona nije hlapljiva, molekule ne isparavaju sa svoje površine. Kakva vrsta agregata ima plastični sumpor, koji se dobiva zagrijavanjem kristala?

U amorfnom obliku, tvar ima tekuću strukturu, s blagom fluidnošću. No, plastični sumpor istodobno zadržava svoj oblik (kao čvrstu supstancu). Postoje tekući kristali s nizom karakterističnih svojstava krutih tvari. Dakle, stanje tvari u različitim uvjetima ovisi o njegovoj prirodi, temperaturi, pritisku i drugim vanjskim uvjetima.

Koje su značajke u strukturi krutih tvari?

Postojeće razlike između osnovnih agregatnih stanja materije objašnjene su međudjelovanjem atoma, iona i molekula. Na primjer, zašto čvrsto agregatno stanje tvari dovodi do sposobnosti tijela da zadrže volumen i oblik? U kristalnoj rešetki metala ili soli, strukturne čestice privlače jedna drugu. U metalima, pozitivni nabojni ioni reagiraju s takozvanim "plinom elektrona" - skupinom slobodnih elektrona u komadu metala. Kristali soli proizlaze zbog privlačenja za razliku od nabijenih čestica - iona. Udaljenost između gore navedenih strukturnih jedinica čvrstih tijela je mnogo manja od dimenzija samih čestica. U ovom slučaju, elektrostatska atrakcija djeluje, daje snagu, a odbojnost nije dovoljno jak.

Da bi uništio čvrsto agregatno stanje tvari, mora se uložiti napor. Metali, soli, atomi kristali rastopiti se na vrlo visokim temperaturama. Na primjer, željezo postaje tekuće na temperaturi iznad 1538 ° C. Vatrostalni je volfram, od čega se izrađuju filamenti za električne žarulje. Postoje legure koje postaju tekuće pri temperaturama iznad 3000 ° C. mnogo stijena i minerala na Zemlji su u čvrstom stanju. Dobiti ovaj sirovina uz pomoć tehnologije u rudnicima i kamenolomu.

Da biste odvojili čak i jedan ion iz kristala, potrebno je potrošiti veliku količinu energije. Ali dovoljno je da otopi sol u vodi, tako da se kristalna rešetka razbije! Taj je fenomen zbog nevjerojatnih svojstava vode kao polarnog otapala. Molekule H₂O interakciju s ionima soli, uništavajući kemijsku vezu između njih. Dakle, otapanje nije jednostavno miješanje različitih tvari, već fizikalno-kemijska interakcija između njih.

Kako djeluju molekule tekućina?

Voda može biti tekućina, čvrsta i plin (parna). Ovo je njezino glavno agregatno stanje u uobičajenim uvjetima. Vodene molekule sastoje se od jednog atoma kisika, na koji su vezani dva vodikova atoma. Postoji polarizacija kemijske veze u molekuli, djelomični negativni naboj pojavljuje se na atomima kisika. Vodik postaje pozitivan pol u molekuli, privučen atomom kisika druge molekule. Ovo je slaba interakcija zove se "vodikova veza".

Tekuće agregatno stanje karakterizira udaljenosti između strukturnih čestica, usporedivih s njihovim veličinama. Atrakcija postoji, ali je slaba, tako da voda ne zadržava oblik. Isparavanje se javlja uslijed uništavanja veza koje se pojavljuju na površini tekućine čak i pri sobnoj temperaturi.

Postoje li intermolekularne interakcije u plinovima?

Plinovito stanje tvari razlikuje se od tekućine i čvrste u brojnim parametrima. Između strukturnih čestica plina postoje velike praznine, mnogo veće od veličine molekula. Istovremeno, snage privlačnosti uopće ne rade. Plinovito stanje agregata karakteristično je za tvari prisutne u zraku: dušik, kisik, ugljični dioksid. Na donjoj slici, prva kocka je napunjena plinom, drugom tekućinom, a treća s krutinom.

Mnoge tekućine su hlapljive, molekule materije dolaze s površine s površine. Na primjer, ako nosi vatu koja je natopljena amonijakom u otvor u bocu s klorovodičnom kiselinom, pojavljuje se bijeli dim. Izravno u zraku dolazi do kemijske reakcije između klorovodične kiseline i amonijaka, dobiven je amonijev klorid. U kakvoj je skupini ova tvar? Njegove čestice, stvarajući bijeli dim, najmanji su kruti kristali soli. Ovo iskustvo treba provesti pod kapuljačom, tvari su otrovne.

zaključak

Agregatno stanje plina proučili su mnogi izvrsni fizičari i kemičari: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Cliperon, Mendeleev, Le Chatelier. Znanstvenici su formulirali zakone koji objašnjavaju ponašanje plinovitih tvari u kemijskim reakcijama, budući da se vanjski uvjeti mijenjaju. Otvoreni obrasci nisu samo ušli u školske i sveučilišne udžbenike fizike i kemije. Mnoge kemijske industrije temelje se na poznavanju ponašanja i svojstava tvari u različitim agregatnim stanjima.