Vrae oor wat 'n toestand van aggregasie is, watter kenmerke en eienskappe vaste stowwe, vloeistowwe en gasse het, word in verskeie opleidingskursusse oorweeg. Daar is drie klassieke toestande van materie, met hul eie kenmerkende kenmerke van die struktuur. Hulle begrip is 'n belangrike punt in die begrip van die wetenskappe van die Aarde, lewende organismes en produksie-aktiwiteite. Hierdie vrae word bestudeer deur fisika, chemie, geografie, geologie, fisiese chemie en ander wetenskaplike dissiplines. Stowwe wat onder sekere toestande in een van die drie basiese tipes toestande is, kan verander met 'n toename of afname in temperatuur of druk. Oorweeg moontlike oorgange van een toestand van samevoeging na 'n ander, soos dit in die natuur, tegnologie en alledaagse lewe uitgevoer word.
Wat is die toestand van samevoeging?
Die woord van Latynse oorsprong "aggrego" wat in Russies vertaal word, beteken "heg". Die wetenskaplike term verwys na die toestand van dieselfde liggaam, stof. Bestaan by sekere temperatuurwaardes en verskillende drukke van vaste stowwe,gasse en vloeistowwe is kenmerkend van alle skulpe van die Aarde. Benewens die drie basiese aggregaattoestande, is daar ook 'n vierde. By verhoogde temperatuur en konstante druk verander die gas in 'n plasma. Om beter te verstaan wat 'n toestand van aggregasie is, is dit nodig om die kleinste deeltjies waaruit stowwe en liggame bestaan, te onthou.
Die diagram hierbo toon: a - gas; b - vloeistof; c is 'n soliede liggaam. In sulke figure dui sirkels die strukturele elemente van stowwe aan. Dit is 'n simbool, in werklikheid, atome, molekules, ione is nie soliede balle nie. Atome bestaan uit 'n positief gelaaide kern waaromheen negatief gelaaide elektrone teen hoë spoed beweeg. Kennis van die mikroskopiese struktuur van materie help om die verskille wat tussen verskillende aggregaatvorme bestaan, beter te verstaan.
Voorstellings van die mikrokosmos: van Antieke Griekeland tot die 17de eeu
Die eerste inligting oor die deeltjies waaruit fisiese liggame bestaan, het in antieke Griekeland verskyn. Denkers Demokritus en Epikurus het so 'n konsep as 'n atoom bekendgestel. Hulle het geglo dat hierdie kleinste ondeelbare deeltjies van verskillende stowwe 'n vorm het, sekere groottes, in staat is om te beweeg en met mekaar te interaksie is. Atomistiek het die mees gevorderde lering van antieke Griekeland vir sy tyd geword. Maar die ontwikkeling daarvan het in die Middeleeue verlangsaam. Sedertdien is wetenskaplikes deur die Inkwisisie van die Rooms-Katolieke Kerk vervolg. Daarom was daar tot in die moderne tyd geen duidelike konsep van wat die toestand van aggregasie van materie is nie. Eers na die 17de eeuwetenskaplikes R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier het die bepalings van die atoom-molekulêre teorie geformuleer, wat selfs vandag nog nie hul betekenis verloor het nie.
Atome, molekules, ione is mikroskopiese deeltjies van die struktuur van materie
'n Beduidende deurbraak in die verstaan van die mikrokosmos het in die 20ste eeu plaasgevind, toe die elektronmikroskoop uitgevind is. Met inagneming van die ontdekkings wat vroeër deur wetenskaplikes gemaak is, was dit moontlik om 'n harmonieuse prentjie van die mikrowêreld saam te stel. Teorieë wat die toestand en gedrag van die kleinste deeltjies van materie beskryf, is redelik kompleks; hulle behoort tot die veld van kwantumfisika. Om die kenmerke van verskillende aggregaattoestande van materie te verstaan, is dit genoeg om die name en kenmerke van die hoofstruktuurdeeltjies wat verskillende stowwe vorm, te ken.
- Atome is chemies ondeelbare deeltjies. Bewaar in chemiese reaksies, maar vernietig in kern. Metale en baie ander stowwe met atoomstruktuur het 'n vaste toestand van aggregasie onder normale toestande.
- Molekules is deeltjies wat in chemiese reaksies afgebreek en gevorm word. Molekulêre struktuur het suurstof, water, koolstofdioksied, swael. Die totale toestand van suurstof, stikstof, swaeldioksied, koolstof, suurstof onder normale toestande is gasvormig.
- Ione is gelaaide deeltjies waarin atome en molekules verander wanneer hulle elektrone kry of verloor – mikroskopiese negatief gelaaide deeltjies. Baie soute het 'n ioniese struktuur, byvoorbeeld tafelsout, yster en kopersulfaat.
Daar is stowwe waarvan die deeltjies op 'n sekere manier in die ruimte gerangskik is. Geordende relatiewe posisieatome, ione, molekules word 'n kristalrooster genoem. Gewoonlik is ioniese en atomiese kristalroosters tipies vir vaste stowwe, molekulêr - vir vloeistowwe en gasse. Diamant het 'n hoë hardheid. Sy atoomkristalrooster word deur koolstofatome gevorm. Maar sagte grafiet bestaan ook uit atome van hierdie chemiese element. Net hulle is anders in die ruimte geleë. Die gewone toestand van aggregasie van swael is solied, maar by hoë temperature verander die stof in 'n vloeistof en 'n amorfe massa.
Stowwe in 'n vaste toestand van samevoeging
Soliede liggame onder normale toestande behou hul volume en vorm. Byvoorbeeld, 'n sandkorrel, 'n suikerkorrel, sout, 'n stuk rots of metaal. As suiker verhit word, begin die stof smelt en verander dit in 'n viskose bruin vloeistof. Hou op verhit - weer kry ons 'n vaste stof. Dit beteken dat een van die hoofvoorwaardes vir die oorgang van 'n vaste stof in 'n vloeistof die verhitting daarvan of 'n toename in die interne energie van die deeltjies van 'n stof is. Die vaste toestand van aggregasie van sout, wat in voedsel gebruik word, kan ook verander word. Maar om tafelsout te smelt, het jy 'n hoër temperatuur nodig as wanneer jy suiker verhit. Die feit is dat suiker uit molekules bestaan, en tafelsout bestaan uit gelaaide ione, wat sterker na mekaar aangetrek word. Vaste stowwe in vloeibare vorm behou nie hul vorm nie omdat die kristalroosters afbreek.
Die vloeibare toestand van aggregasie van sout tydens smelting word verklaar deur die verbreking van die binding tussen ione in kristalle. word vrygestelgelaaide deeltjies wat elektriese ladings kan dra. Gesmelte soute gelei elektrisiteit en is geleiers. In die chemiese, metallurgiese en ingenieursbedryf word vaste stowwe in vloeistowwe omgeskakel om nuwe verbindings daaruit te verkry of hulle verskillende vorms te gee. Metaallegerings word wyd gebruik. Daar is verskeie maniere om dit te verkry, wat verband hou met veranderinge in die toestand van samevoeging van vaste grondstowwe.
Vloeistof is een van die basiese toestande van samevoeging
As jy 50 ml water in 'n rondbodemfles gooi, kan jy sien dat die stof dadelik die vorm van 'n chemiese houer aanneem. Maar sodra ons die water uit die fles gooi, sal die vloeistof dadelik oor die oppervlak van die tafel versprei. Die volume water sal dieselfde bly - 50 ml, en die vorm daarvan sal verander. Hierdie kenmerke is kenmerkend van die vloeibare vorm van die bestaan van materie. Vloeistowwe is baie organiese stowwe: alkohole, plantaardige olies, sure.
Melk is 'n emulsie, dit wil sê 'n vloeistof waarin daar druppels vet is.’n Nuttige vloeibare mineraal is olie. Dit word uit boorgate ontgin met behulp van boormasjiene op land en in die see. Seewater is ook 'n grondstof vir die industrie. Die verskil daarvan met die vars water van riviere en mere lê in die inhoud van opgeloste stowwe, hoofsaaklik soute. Tydens verdamping vanaf die oppervlak van waterliggame gaan slegs H2O-molekules in die damptoestand oor, opgeloste stowwe bly oor. Metodes om bruikbare stowwe uit seewater te verkry en metodes vir die suiwering daarvan is op hierdie eienskap gebaseer.
Wanneervolledige verwydering van soute, gedistilleerde water word verkry. Dit kook by 100°C en vries by 0°C. Die pekelwater kook en verander in ys by verskillende temperature. Byvoorbeeld, water in die Arktiese Oseaan vries by 'n oppervlaktemperatuur van 2°C.
Die totale toestand van kwik onder normale toestande is 'n vloeistof. Hierdie silwergrys metaal word gewoonlik met mediese termometers gevul. Wanneer dit verhit word, styg die kolom van kwik op die skaal, die stof sit uit. Hoekom gebruik straattermometers rooigetinte alkohol en nie kwik nie? Dit word verklaar deur die eienskappe van vloeibare metaal. By 30-grade ryp verander die totale toestand van kwik, die stof word solied.
As 'n mediese termometer breek en kwik mors uit, is dit gevaarlik om silwer balletjies met jou hande op te tel. Dit is skadelik om kwikdamp in te asem, hierdie stof is baie giftig. Kinders in sulke gevalle moet hulp van hul ouers, volwassenes soek.
Gastoestand
Gasse kan nie hul volume of vorm behou nie. Vul die fles tot bo met suurstof (sy chemiese formule is O2). Sodra ons die fles oopmaak, sal die molekules van die stof met die lug in die kamer begin meng. Dit is as gevolg van Brownse beweging. Selfs die antieke Griekse wetenskaplike Demokritus het geglo dat die deeltjies van materie voortdurend in beweging is. In vaste stowwe, onder normale toestande, het atome, molekules, ione nie die geleentheid om die kristalrooster te verlaat om hulself van bindings met ander deeltjies te bevry nie. Dit is slegs moontlik wanneergroot hoeveelhede energie van buite.
In vloeistowwe is die afstand tussen deeltjies effens groter as in vaste stowwe, hulle benodig minder energie om intermolekulêre bindings te breek. Byvoorbeeld, die vloeibare aggregaattoestand van suurstof word slegs waargeneem wanneer die gastemperatuur tot -183 °C daal. By −223 °C vorm O2 molekules 'n vaste stof. Wanneer die temperatuur bo die gegewe waardes styg, verander suurstof in 'n gas. Dit is in hierdie vorm dat dit onder normale toestande is. By industriële ondernemings is daar spesiale installasies om atmosferiese lug te skei en stikstof en suurstof daaruit te verkry. Eerstens word die lug afgekoel en vloeibaar gemaak, en dan word die temperatuur geleidelik verhoog. Stikstof en suurstof verander in gasse onder verskillende toestande.
Die aarde se atmosfeer bevat 21% suurstof en 78% stikstof per volume. In vloeibare vorm word hierdie stowwe nie in die gasvormige omhulsel van die planeet aangetref nie. Vloeibare suurstof het 'n ligblou kleur en word teen hoë druk in silinders gevul vir gebruik in mediese fasiliteite. In die nywerheid en konstruksie is vloeibare gasse nodig vir baie prosesse. Suurstof is nodig vir gassweis en sny van metale, in chemie - vir die oksidasiereaksies van anorganiese en organiese stowwe. As jy die klep van die suurstofsilinder oopmaak, neem die druk af, die vloeistof verander in 'n gas.
Vloeibare propaan, metaan en butaan word wyd gebruik in energie, vervoer, nywerheid en huishoudelike aktiwiteite. Hierdie stowwe word verkry uit natuurlike gas of deur kraking(splitsing) van ru-olie. Koolstofvloeistof- en gasmengsels speel 'n belangrike rol in die ekonomie van baie lande. Maar olie- en aardgasreserwes is erg uitgeput. Volgens wetenskaplikes sal hierdie grondstof vir 100-120 jaar hou. 'n Alternatiewe bron van energie is lugvloei (wind). Vinnig vloeiende riviere, getye aan die kus van die see en oseane word gebruik om kragsentrales te bedryf.
Suurstof, soos ander gasse, kan in die vierde toestand van aggregasie wees, wat 'n plasma verteenwoordig. 'n Ongewone oorgang van 'n vaste stof na 'n gasvormige toestand is 'n kenmerkende kenmerk van kristallyne jodium. 'n Donkerpers stof ondergaan sublimasie - verander in 'n gas wat die vloeibare toestand omseil.
Hoe word oorgange van een totale vorm van materie na 'n ander uitgevoer?
Veranderinge in die totale toestand van stowwe word nie met chemiese transformasies geassosieer nie, dit is fisiese verskynsels. Wanneer die temperatuur styg, smelt baie vaste stowwe en verander dit in vloeistowwe. 'n Verdere toename in temperatuur kan lei tot verdamping, dit wil sê tot die gasvormige toestand van die stof. In die natuur en ekonomie is sulke oorgange kenmerkend van een van die hoofstowwe op aarde. Ys, vloeistof, stoom is die toestande van water onder verskillende eksterne toestande. Die verbinding is dieselfde, sy formule is H2O. By 'n temperatuur van 0 ° C en onder hierdie waarde kristalliseer water, dit wil sê dit verander in ys. Wanneer die temperatuur styg, word die resulterende kristalle vernietig - die ys smelt, vloeibare water word weer verkry. Wanneer dit verhit word, word waterdamp gevorm. Verdamping -die transformasie van water in gas - gaan selfs by lae temperature. Bevrore plasse verdwyn byvoorbeeld geleidelik omdat die water verdamp. Selfs in rypweer droog nat klere uit, maar hierdie proses neem langer as op 'n warm dag.
Al die gelyste oorgange van water van een toestand na 'n ander is van groot belang vir die aard van die Aarde. Atmosferiese verskynsels, klimaat en weer word geassosieer met die verdamping van water vanaf die oppervlak van die oseane, die oordrag van vog in die vorm van wolke en mis na land, neerslag (reën, sneeu, hael). Hierdie verskynsels vorm die basis van die Wêreldwatersiklus in die natuur.
Hoe verander die totale toestande van swael?
Onder normale toestande is swael helder blink kristalle of 'n ligte geel poeier, dit wil sê dit is 'n vaste stof. Die totale toestand van swael verander wanneer dit verhit word. Eerstens, wanneer die temperatuur tot 190 ° C styg, smelt die geel stof en verander dit in 'n mobiele vloeistof.
As jy vinnig vloeibare swael in koue water gooi, kry jy 'n bruin amorfe massa. Met verdere verhitting van die swaelsmelt word dit al hoe meer viskeus en verdonker. By temperature bo 300 ° C, verander die toestand van aggregasie van swael weer, die stof verkry die eienskappe van 'n vloeistof, word beweeglik. Hierdie oorgange vind plaas as gevolg van die vermoë van die element se atome om kettings van verskillende lengtes te vorm.
Hoekom kan stowwe in verskillende fisiese toestande wees?
Die toestand van aggregasie van swael - 'n eenvoudige stof - is solied onder normale toestande. Swaeldioksied - gas, swaelsuur -olierige vloeistof swaarder as water. Anders as soutsuur- en salpetersuur, is dit nie vlugtig nie; molekules verdamp nie van sy oppervlak af nie. Wat is die toestand van aggregasie van plastiese swael, wat verkry word deur kristalle te verhit?
In 'n amorfe vorm het die stof die struktuur van 'n vloeistof, met 'n effense vloeibaarheid. Maar plastiese swael behou terselfdertyd sy vorm (as 'n vaste stof). Daar is vloeibare kristalle wat 'n aantal kenmerkende eienskappe van vaste stowwe het. Dus hang die toestand van materie onder verskillende toestande af van die aard, temperatuur, druk en ander eksterne toestande daarvan.
Wat is die kenmerke in die struktuur van vaste stowwe?
Die bestaande verskille tussen die basiese aggregaattoestande van materie word verklaar deur die interaksie tussen atome, ione en molekules. Byvoorbeeld, hoekom lei die vaste aggregaattoestand van materie tot die vermoë van liggame om volume en vorm te behou? In die kristalrooster van 'n metaal of sout word strukturele deeltjies na mekaar aangetrek. In metale tree positief gelaaide ione in wisselwerking met die sogenaamde "elektrongas" - die ophoping van vrye elektrone in 'n stuk metaal. Soutkristalle ontstaan as gevolg van die aantrekking van teenoorgestelde gelaaide deeltjies - ione. Die afstand tussen die bogenoemde strukturele eenhede van vaste stowwe is baie kleiner as die grootte van die deeltjies self. In hierdie geval tree elektrostatiese aantrekkingskrag op, dit gee krag, en afstoting is nie sterk genoeg nie.
Om die vaste toestand van samevoeging van materie te vernietig, is dit nodigdoen moeite. Metale, soute, atoomkristalle smelt by baie hoë temperature. Yster word byvoorbeeld vloeibaar by temperature bo 1538 °C. Wolfram is vuurvast en word gebruik om gloeiende filamente vir gloeilampe te maak. Daar is legerings wat vloeibaar word by temperature bo 3000 °C. Baie gesteentes en minerale op aarde is in 'n vaste toestand. Hierdie grondstof word met behulp van toerusting in myne en steengroewe ontgin.
Om selfs een ioon van 'n kristal los te maak, is dit nodig om 'n groot hoeveelheid energie te verbruik. Maar dit is immers genoeg om sout in water op te los vir die kristalrooster om te disintegreer! Hierdie verskynsel word verklaar deur die wonderlike eienskappe van water as 'n polêre oplosmiddel. H2O-molekules werk in wisselwerking met souione, wat die chemiese binding tussen hulle vernietig. Ontbinding is dus nie 'n eenvoudige vermenging van verskillende stowwe nie, maar 'n fisiese en chemiese interaksie tussen hulle.
Hoe werk die molekules van vloeistowwe in wisselwerking?
Water kan vloeibaar, solied en gas (stoom) wees. Dit is sy hooftoestande van aggregasie onder normale toestande. Watermolekules bestaan uit een suurstofatoom met twee waterstofatome daaraan gebind. Daar is 'n polarisasie van die chemiese binding in die molekule, 'n gedeeltelike negatiewe lading verskyn op die suurstofatome. Waterstof word die positiewe pool in die molekule en word aangetrokke tot die suurstofatoom van 'n ander molekule. Hierdie swak krag word die "waterstofbinding" genoem.
Vloeibare toestand van aggregasie kenmerkafstande tussen strukturele deeltjies vergelykbaar met hul groottes. Die aantrekkingskrag bestaan, maar dit is swak, so die water behou nie sy vorm nie. Verdamping vind plaas as gevolg van die vernietiging van bindings, wat selfs by kamertemperatuur op die oppervlak van die vloeistof plaasvind.
Bestaan intermolekulêre interaksies in gasse?
Die gasvormige toestand van materie verskil van vloeistof en vaste stof in 'n aantal parameters. Tussen die strukturele deeltjies van gasse is daar groot gapings, baie groter as die grootte van die molekules. In hierdie geval werk die aantrekkingskragte glad nie. Die gasvormige toestand van aggregasie is kenmerkend van stowwe wat in die lug teenwoordig is: stikstof, suurstof, koolstofdioksied. In die prentjie hieronder is die eerste kubus gevul met 'n gas, die tweede met 'n vloeistof, en die derde met 'n vaste stof.
Baie vloeistowwe is vlugtig, molekules van 'n stof breek van hul oppervlak af en gaan in die lug in. As jy byvoorbeeld 'n watte wat in ammoniak gedoop is na die opening van 'n oop bottel soutsuur bring, verskyn wit rook. Reg in die lug vind 'n chemiese reaksie plaas tussen soutsuur en ammoniak, ammoniumchloried word verkry. In watter toestand van materie is hierdie stof? Sy deeltjies, wat wit rook vorm, is die kleinste soliede soutkristalle. Hierdie eksperiment moet onder 'n dampkap uitgevoer word, die stowwe is giftig.
Gevolgtrekking
Die toestand van aggregasie van gas is bestudeer deur baie uitstaande fisici en chemici: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Wetenskaplikes het wette geformuleer wat die gedrag van gasvormige stowwe in chemiese reaksies verduidelik wanneer eksterne toestande verander. Oop reëlmatighede het nie net die skool- en universiteithandboeke van fisika en chemie betree nie. Baie chemiese nywerhede is gebaseer op kennis oor die gedrag en eienskappe van stowwe in verskillende aggregaattoestande.
