Spørgsmål om, hvad en aggregeringstilstand er, hvilke egenskaber og egenskaber der har faste stoffer, væsker og gasser, overvejes i flere træningskurser. Der er tre klassiske tilstande af stof, med deres egne karakteristiske træk ved strukturen. Deres forståelse er et vigtigt punkt i forståelsen af Jordens videnskaber, levende organismer og produktionsaktiviteter. Disse spørgsmål studeres af fysik, kemi, geografi, geologi, fysisk kemi og andre videnskabelige discipliner. Stoffer, der under visse forhold befinder sig i en af de tre grundlæggende tilstandstyper, kan ændre sig med en stigning eller et fald i temperatur eller tryk. Overvej mulige overgange fra en aggregeringstilstand til en anden, da de udføres i naturen, teknologien og hverdagen.
Hvad er aggregeringstilstanden?
Ordet af latinsk oprindelse "aggrego" oversat til russisk betyder "vedhæfte". Det videnskabelige udtryk refererer til tilstanden af den samme krop, stof. Eksistens ved visse temperaturværdier og forskellige tryk af faste stoffer,gasser og væsker er karakteristisk for alle jordens skaller. Ud over de tre grundlæggende aggregerede tilstande er der også en fjerde. Ved forhøjet temperatur og konstant tryk bliver gassen til et plasma. For bedre at forstå, hvad en aggregeringstilstand er, er det nødvendigt at huske de mindste partikler, der udgør stoffer og legemer.
Diagrammet ovenfor viser: a - gas; b - væske; c er et fast legeme. I sådanne figurer angiver cirkler de strukturelle elementer af stoffer. Dette er et symbol, faktisk er atomer, molekyler, ioner ikke solide kugler. Atomer består af en positivt ladet kerne, omkring hvilken negativt ladede elektroner bevæger sig med høj hastighed. Viden om stoffets mikroskopiske struktur hjælper til bedre at forstå de forskelle, der findes mellem forskellige aggregerede former.
Repræsentationer af mikrokosmos: fra det antikke Grækenland til det 17. århundrede
Den første information om de partikler, der udgør fysiske kroppe, dukkede op i det antikke Grækenland. Tænkerne Demokrit og Epikur introducerede et sådant koncept som et atom. De troede, at disse mindste udelelige partikler af forskellige stoffer har en form, visse størrelser, er i stand til at bevæge sig og interagere med hinanden. Atomistik blev den mest avancerede lære i det antikke Grækenland for sin tid. Men dens udvikling aftog i middelalderen. Siden da blev videnskabsmænd forfulgt af den romersk-katolske kirkes inkvisition. Derfor var der indtil moderne tid ikke noget klart begreb om, hvad stoffets aggregeringstilstand er. Først efter 1600-talletvidenskabsmænd R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier formulerede bestemmelserne i den atomare-molekylære teori, som ikke har mistet deres betydning selv i dag.
Atomer, molekyler, ioner er mikroskopiske partikler af stofstrukturen
Et betydeligt gennembrud i forståelsen af mikrokosmos fandt sted i det 20. århundrede, da elektronmikroskopet blev opfundet. Under hensyntagen til de opdagelser, videnskabsmænd tidligere gjorde, var det muligt at sammensætte et harmonisk billede af mikroverdenen. Teorier, der beskriver tilstanden og opførselen af de mindste partikler af stof er ret komplekse; de tilhører kvantefysikkens felt. For at forstå kendetegnene ved forskellige aggregattilstande af stof er det nok at kende navnene og kendetegnene for de vigtigste strukturelle partikler, der danner forskellige stoffer.
- Atomer er kemisk udelelige partikler. Konserveret i kemiske reaktioner, men ødelagt i nuklear. Metaller og mange andre stoffer med atomstruktur har en fast aggregeringstilstand under normale forhold.
- Molekyler er partikler, der nedbrydes og dannes i kemiske reaktioner. Molekylær struktur har ilt, vand, kuldioxid, svovl. Den samlede tilstand af oxygen, nitrogen, svovldioxid, kulstof, oxygen under normale forhold er gasformig.
- Ioner er ladede partikler, som atomer og molekyler bliver til, når de får eller taber elektroner - mikroskopiske negativt ladede partikler. Mange s alte har en ionisk struktur, f.eks. bords alt, jern- og kobbersulfat.
Der er stoffer, hvis partikler er arrangeret på en bestemt måde i rummet. Bestilt relativ stillingatomer, ioner, molekyler kaldes et krystalgitter. Norm alt er ioniske og atomære krystalgitre typiske for faste stoffer, molekylære - for væsker og gasser. Diamant har en høj hårdhed. Dets atomare krystalgitter er dannet af kulstofatomer. Men blød grafit består også af atomer af dette kemiske grundstof. Kun de er placeret anderledes i rummet. Den sædvanlige aggregeringstilstand for svovl er fast, men ved høje temperaturer bliver stoffet til en væske og en amorf masse.
Stoffer i en fast aggregeringstilstand
Solid kroppe bevarer under normale forhold deres volumen og form. For eksempel et sandkorn, et sukkerkorn, s alt, et stykke sten eller metal. Hvis sukker opvarmes, begynder stoffet at smelte og bliver til en tyktflydende brun væske. Stop opvarmningen - igen får vi et solidt. Dette betyder, at en af hovedbetingelserne for overgangen af et fast stof til en væske er dets opvarmning eller en stigning i den indre energi af et stofs partikler. Den faste aggregeringstilstand af s alt, som bruges i fødevarer, kan også ændres. Men for at smelte bords alt skal du have en højere temperatur end ved opvarmning af sukker. Faktum er, at sukker består af molekyler, og bords alt består af ladede ioner, som er stærkere tiltrukket af hinanden. Faste stoffer i flydende form bevarer ikke deres form, fordi krystalgitrene nedbrydes.
Den flydende tilstand af aggregering af s alt under smeltning forklares ved brydning af bindingen mellem ioner i krystaller. er frigivetladede partikler, der kan bære elektriske ladninger. Smeltede s alte leder elektricitet og er ledere. I den kemiske, metallurgiske og tekniske industri omdannes faste stoffer til væsker for at få nye forbindelser fra dem eller give dem forskellige former. Metallegeringer er meget udbredt. Der er flere måder at opnå dem på, forbundet med ændringer i aggregeringstilstanden for faste råmaterialer.
Væske er en af de grundlæggende aggregeringstilstande
Hvis du hælder 50 ml vand i en rundbundet kolbe, kan du se, at stoffet straks tager form af en kemikaliebeholder. Men så snart vi hælder vandet ud af kolben, vil væsken straks sprede sig over bordets overflade. Mængden af vand forbliver den samme - 50 ml, og dens form ændres. Disse træk er karakteristiske for den flydende form af eksistensen af stof. Væsker er mange organiske stoffer: alkoholer, vegetabilske olier, syrer.
Mælk er en emulsion, det vil sige en væske, hvori der er dråber fedt. Et nyttigt flydende mineral er olie. Det udvindes fra brønde ved hjælp af borerigge på land og i havet. Havvand er også et råstof for industrien. Dets forskel fra ferskvandet i floder og søer ligger i indholdet af opløste stoffer, hovedsageligt s alte. Under fordampning fra overfladen af vandområder passerer kun H2O-molekyler ind i damptilstand, opløste stoffer forbliver. Metoder til at opnå nyttige stoffer fra havvand og metoder til dets rensning er baseret på denne egenskab.
Hvornårfuldstændig fjernelse af s alte opnås destilleret vand. Det koger ved 100°C og fryser ved 0°C. Lagene koger og bliver til is ved forskellige temperaturer. For eksempel fryser vand i det arktiske hav ved en overfladetemperatur på 2°C.
Den samlede tilstand af kviksølv under normale forhold er en væske. Dette sølvgrå metal er norm alt fyldt med medicinske termometre. Ved opvarmning stiger kviksølvsøjlen på skalaen, stoffet udvider sig. Hvorfor bruger gadetermometre rødfarvet alkohol og ikke kviksølv? Dette forklares af egenskaberne af flydende metal. Ved 30 graders frost ændres kviksølvs samlede tilstand, stoffet bliver fast.
Hvis et medicinsk termometer går i stykker, og kviksølv spilder ud, er det farligt at samle sølvkugler op med hænderne. Det er skadeligt at indånde kviksølvdampe, dette stof er meget giftigt. Børn i sådanne tilfælde bør søge hjælp fra deres forældre, voksne.
Gastilstand
Gasser er ikke i stand til at bevare deres volumen eller form. Fyld kolben til toppen med oxygen (den kemiske formel er O2). Så snart vi åbner kolben, vil stoffets molekyler begynde at blande sig med luften i rummet. Dette skyldes Brownsk bevægelse. Selv den antikke græske videnskabsmand Demokrit troede, at stoffets partikler er i konstant bevægelse. I faste stoffer har atomer, molekyler, ioner under normale forhold ikke mulighed for at forlade krystalgitteret, for at frigøre sig fra bindinger med andre partikler. Dette er kun muligt nårstore mængder energi udefra.
I væsker er afstanden mellem partikler lidt større end i faste stoffer, de kræver mindre energi for at bryde intermolekylære bindinger. For eksempel observeres den flydende aggregattilstand af oxygen kun, når gastemperaturen falder til -183 °C. Ved −223 °C danner O2 molekyler et fast stof. Når temperaturen stiger over de givne værdier, bliver ilt til en gas. Det er i denne form, at det er under normale forhold. Ved industrivirksomheder er der specielle installationer til at separere atmosfærisk luft og udvinde nitrogen og ilt fra den. Først afkøles luften og gøres flydende, og derefter øges temperaturen gradvist. Nitrogen og oxygen bliver til gasser under forskellige forhold.
Jordens atmosfære indeholder 21 % ilt og 78 % nitrogen i volumen. I flydende form findes disse stoffer ikke i planetens gasformige hylster. Flydende oxygen har en lyseblå farve og fyldes ved højt tryk i cylindere til brug i medicinske faciliteter. I industri og byggeri er flydende gasser nødvendige for mange processer. Ilt er nødvendigt til gassvejsning og skæring af metaller, i kemi - til oxidationsreaktioner af uorganiske og organiske stoffer. Hvis du åbner ventilen på iltflasken, falder trykket, væsken bliver til en gas.
Flydende propan, metan og butan er meget brugt i energi, transport, industri og husholdningsaktiviteter. Disse stoffer udvindes fra naturgas eller ved krakning(sp altning) af råolie. Kulstofvæske og gasformige blandinger spiller en vigtig rolle i mange landes økonomi. Men olie- og naturgasreserverne er alvorligt opbrugt. Ifølge videnskabsmænd vil dette råmateriale holde i 100-120 år. En alternativ energikilde er luftstrøm (vind). Hurtigt strømmende floder, tidevand ved kysterne af havene og oceanerne bruges til at drive kraftværker.
Oxygen kan ligesom andre gasser være i den fjerde aggregeringstilstand, der repræsenterer et plasma. En usædvanlig overgang fra en fast til en gasformig tilstand er et karakteristisk træk ved krystallinsk jod. Et mørklilla stof undergår sublimering - bliver til en gas, der omgår den flydende tilstand.
Hvordan udføres overgange fra én samlet form for stof til en anden?
Ændringer i stoffers aggregerede tilstand er ikke forbundet med kemiske omdannelser, det er fysiske fænomener. Når temperaturen stiger, smelter mange faste stoffer og bliver til væsker. En yderligere temperaturstigning kan føre til fordampning, det vil sige til stoffets gasformige tilstand. I naturen og økonomien er sådanne overgange karakteristiske for et af de vigtigste stoffer på Jorden. Is, væske, damp er vandets tilstande under forskellige ydre forhold. Forbindelsen er den samme, dens formel er H2O. Ved en temperatur på 0 ° C og under denne værdi krystalliserer vand, det vil sige, at det bliver til is. Når temperaturen stiger, ødelægges de resulterende krystaller - isen smelter, flydende vand opnås igen. Når det opvarmes, dannes der vanddamp. Fordampning -omdannelsen af vand til gas - går selv ved lave temperaturer. For eksempel forsvinder frosne vandpytter gradvist, fordi vandet fordamper. Selv i frostvejr tørrer vådt tøj ud, men denne proces tager længere tid end på en varm dag.
Alle de angivne overgange af vand fra en tilstand til en anden er af stor betydning for Jordens natur. Atmosfæriske fænomener, klima og vejr er forbundet med fordampning af vand fra havenes overflade, overførsel af fugt i form af skyer og tåge til land, nedbør (regn, sne, hagl). Disse fænomener danner grundlaget for verdens vandkredsløb i naturen.
Hvordan ændres svovlens aggregerede tilstande?
Under normale forhold er svovl lyse, skinnende krystaller eller et lysegult pulver, dvs. det er et fast stof. Den samlede tilstand af svovl ændres ved opvarmning. Først, når temperaturen stiger til 190 °C, smelter det gule stof og bliver til en mobil væske.
Hvis du hurtigt hælder flydende svovl i koldt vand, får du en brun amorf masse. Ved yderligere opvarmning af svovlsmelten bliver den mere og mere tyktflydende og mørkere. Ved temperaturer over 300 ° C ændres svovlets aggregeringstilstand igen, stoffet erhverver egenskaberne af en væske, bliver mobilt. Disse overgange sker på grund af grundstoffets atomers evne til at danne kæder af forskellig længde.
Hvorfor kan stoffer være i forskellige fysiske tilstande?
Aggregeringstilstanden for svovl - et simpelt stof - er fast under normale forhold. Svovldioxid - gas, svovlsyre -olieagtig væske tungere end vand. I modsætning til s altsyre og salpetersyre er det ikke flygtigt; molekyler fordamper ikke fra overfladen. Hvad er aggregeringstilstanden for plastisk svovl, som opnås ved at opvarme krystaller?
I en amorf form har stoffet strukturen som en væske, med en lille flydende. Men plastisk svovl bevarer samtidig sin form (som et fast stof). Der er flydende krystaller, der har en række karakteristiske egenskaber for faste stoffer. Stoffets tilstand under forskellige forhold afhænger således af dets natur, temperatur, tryk og andre ydre forhold.
Hvad er kendetegnene ved faste stoffers struktur?
De eksisterende forskelle mellem de grundlæggende aggregerede tilstande af stof forklares af interaktionen mellem atomer, ioner og molekyler. For eksempel, hvorfor fører den faste aggregerede tilstand af stof til kroppens evne til at opretholde volumen og form? I krystalgitteret af et metal eller s alt tiltrækkes strukturelle partikler til hinanden. I metaller interagerer positivt ladede ioner med den såkaldte "elektrongas" - ophobningen af frie elektroner i et stykke metal. S altkrystaller opstår på grund af tiltrækningen af modsat ladede partikler - ioner. Afstanden mellem de ovennævnte strukturelle enheder af faste stoffer er meget mindre end størrelsen af selve partiklerne. I dette tilfælde virker elektrostatisk tiltrækning, det giver styrke, og frastødningen er ikke stærk nok.
For at ødelægge den faste tilstand af aggregering af stof er det nødvendigtgøre en indsats. Metaller, s alte, atomare krystaller smelter ved meget høje temperaturer. For eksempel bliver jern flydende ved temperaturer over 1538 °C. Wolfram er ildfast og bruges til at lave glødetråde til elpærer. Der er legeringer, der bliver flydende ved temperaturer over 3000 °C. Mange sten og mineraler på Jorden er i fast tilstand. Dette råmateriale udvindes ved hjælp af udstyr i miner og stenbrud.
For at frigøre selv en ion fra en krystal er det nødvendigt at bruge en stor mængde energi. Men det er trods alt nok at opløse s alt i vand for at krystalgitteret går i opløsning! Dette fænomen forklares af vands fantastiske egenskaber som polært opløsningsmiddel. H2O-molekyler interagerer med s altioner og ødelægger den kemiske binding mellem dem. Opløsning er således ikke en simpel blanding af forskellige stoffer, men en fysisk og kemisk vekselvirkning mellem dem.
Hvordan interagerer væskers molekyler?
Vand kan være flydende, fast og gas (damp). Disse er dens vigtigste aggregeringstilstande under normale forhold. Vandmolekyler består af et oxygenatom med to hydrogenatomer bundet til det. Der er en polarisering af den kemiske binding i molekylet, en delvis negativ ladning vises på iltatomerne. Brint bliver den positive pol i molekylet og tiltrækkes af iltatomet i et andet molekyle. Denne svage kraft kaldes "brintbindingen".
Flydende aggregeringstilstand karakterisereafstande mellem strukturelle partikler, der er sammenlignelige med deres størrelse. Tiltrækningen eksisterer, men den er svag, så vandet bevarer ikke sin form. Fordampning opstår på grund af ødelæggelse af bindinger, som opstår på væskens overflade selv ved stuetemperatur.
Er der intermolekylære interaktioner i gasser?
Stoffets gasformige tilstand adskiller sig fra væske og fast på en række parametre. Mellem de strukturelle partikler af gasser er der store huller, meget større end størrelsen af molekylerne. I dette tilfælde virker tiltrækningskræfterne slet ikke. Den gasformige aggregeringstilstand er karakteristisk for stoffer, der er til stede i luften: nitrogen, oxygen, kuldioxid. På billedet nedenfor er den første terning fyldt med en gas, den anden med en væske og den tredje med et fast stof.
Mange væsker er flygtige, molekyler af et stof brækker af fra deres overflade og passerer ud i luften. Hvis du for eksempel bringer en vatpind dyppet i ammoniak til åbningen af en åben flaske s altsyre, opstår der hvid røg. Lige i luften sker der en kemisk reaktion mellem s altsyre og ammoniak, ammoniumchlorid opnås. Hvilken stoftilstand er dette stof i? Dens partikler, som danner hvid røg, er de mindste faste krystaller af s alt. Dette eksperiment skal udføres under et stinkskab, stofferne er giftige.
Konklusion
Gassens aggregeringstilstand blev undersøgt af mange fremragende fysikere og kemikere: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Forskere har formuleret love, der forklarer gasformige stoffers opførsel i kemiske reaktioner, når ydre forhold ændrer sig. Åbne regelmæssigheder kom ikke kun ind i skolens og universitetets lærebøger i fysik og kemi. Mange kemiske industrier er baseret på viden om stoffers adfærd og egenskaber i forskellige aggregattilstande.
