Starea agregată a substanțelor.

Acasă

Toată materia poate exista în una din cele patru forme. Fiecare dintre ele este o stare specifică de agregare a unei substanțe. În natura Pământului, doar unul este reprezentat în trei dintre ele deodată. Aceasta este apa. Este ușor de văzut atât evaporat, cât și topit și întărit. Adică abur, apă și gheață. Oamenii de știință au învățat să schimbe stările agregate ale materiei. Cea mai mare dificultate pentru ei este doar plasma. Această condiție necesită condiții speciale.

Ce este, de ce depinde și cum se caracterizează?

Dacă un corp a trecut într-o stare diferită a materiei, asta nu înseamnă că a apărut altceva. Substanța rămâne aceeași. Dacă lichidul ar avea molecule de apă, atunci gheața și aburul ar avea aceleași molecule. Doar locația lor, viteza de mișcare și forțele de interacțiune între ele se vor schimba.

nu atrag, în timpul impactului apar forțe de respingere

Prima stare: solidă

Dar există și corpuri amorfe. Le lipsește o structură strictă în aranjarea atomilor. Ar putea fi oriunde. Dar acest loc este la fel de stabil ca în corpul cristalin. Diferența dintre substanțele amorfe și substanțele cristaline este că nu au o temperatură specifică de topire (solidificare) și se caracterizează prin fluiditate. Exemple vii de astfel de substanțe: sticlă și plastic.

A doua stare: lichid

Această stare a materiei este o încrucișare între un solid și un gaz. Prin urmare, combină unele proprietăți de la prima și a doua. Astfel, distanța dintre particule și interacțiunea lor este similară cu cea a fost în cazul cristalelor. Dar locația și mișcarea sunt mai aproape de gaz. Prin urmare, lichidul nu își păstrează forma, ci se răspândește în vasul în care este turnat.

A treia stare: gaz

Pentru știința numită „fizică”, starea de agregare sub formă de gaz nu se află pe ultimul loc. La urma urmei, ea studiază lumea din jurul ei, iar aerul din ea este foarte răspândit.

Particularitățile acestei stări sunt că practic nu există forțe de interacțiune între molecule. Aceasta explică libera lor circulație. Datorită faptului că substanța gazoasă umple întregul volum care i se oferă. Mai mult, totul poate fi transferat în această stare, trebuie doar să creșteți temperatura cu cantitatea necesară.

A patra stare: plasmă

Această stare de agregare a unei substanțe este un gaz care este complet sau parțial ionizat. Aceasta înseamnă că numărul de particule încărcate negativ și pozitiv din el este aproape același. Această situație apare atunci când gazul este încălzit. Apoi are loc o accelerare bruscă a procesului de ionizare termică. Constă în faptul că moleculele sunt împărțite în atomi. Acestea din urmă se transformă apoi în ioni.

În Univers, această stare este foarte comună. Pentru că conține toate stelele și mediul dintre ele. Apare extrem de rar în limitele suprafeței Pământului. În afară de ionosferă și vântul solar, plasmă este posibilă doar în timpul unei furtuni. În fulgerele, se creează condiții în care gazele atmosferice se transformă în a patra stare a materiei.

Dar asta nu înseamnă că plasma nu a fost creată în laborator. Primul lucru pe care am reușit să-l reproducem a fost o descărcare de gaz. Plasma umple acum lămpile fluorescente și reclamele cu neon.

Cum se realizează tranziția între state?

Pentru a face acest lucru, trebuie să creați anumite condiții: presiune constantă și o anumită temperatură. În acest caz, o schimbare în starea agregată a unei substanțe este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie. Mai mult, această tranziție nu are loc cu viteza fulgerului, ci necesită o anumită perioadă de timp. În tot acest timp, condițiile trebuie să rămână neschimbate. Tranziția are loc odată cu existența simultană a unei substanțe în două forme care mențin echilibrul termic.

Primele trei stări ale materiei se pot transforma reciproc una în alta. Există procese directe și inverse. Au următoarele nume:

• topire(solid până la lichid) și cristalizare, de exemplu, topirea gheții și solidificarea apei;
• vaporizare(de la lichid la gazos) și condensare, un exemplu este evaporarea apei și producerea acesteia din abur;
• sublimare(de la solid la gaz) și desublimare, de exemplu, evaporarea aromelor uscate pentru prima dintre ele și modele geroase pe sticlă pentru al doilea.

Fizica topirii și cristalizării

Dacă un solid este încălzit, atunci la o anumită temperatură, numit punct de topire a unei substanțe specifice, va începe o schimbare a stării de agregare, care se numește topire. Acest proces implică absorbția de energie, care se numește cantitatea de căldurăși este desemnat prin scrisoare Q. Pentru a-l calcula va trebui să știți căldură specifică de fuziune, care este notat λ . Și formula capătă următoarea expresie:

Q = λ * m, unde m este masa substanței care este implicată în topire.

Dacă are loc procesul invers, adică cristalizarea lichidului, atunci condițiile se repetă. Singura diferență este că energia este eliberată, iar în formulă apare un semn minus.

Fizica vaporizării și condensului

Pe măsură ce substanța continuă să fie încălzită, se va apropia treptat de temperatura la care începe evaporarea sa intensă. Acest proces se numește vaporizare. Se caracterizează din nou prin absorbția de energie. Doar ca să-l calculezi trebuie să știi căldură specifică de vaporizare r. Și formula va fi așa:

Q = r * m.

Procesul invers sau condensarea are loc cu degajarea aceleiași cantități de căldură. Prin urmare, un minus apare din nou în formulă.

Definiția 1

Stări agregate ale materiei(din latinescul „aggrego” înseamnă „adaug”, „conectez”) - acestea sunt stări ale aceleiași substanțe în formă solidă, lichidă și gazoasă.

La trecerea de la o stare la alta, se observă o schimbare bruscă a energiei, entropiei, densității și a altor proprietăți ale substanței.

Solide și lichide

Solide- acestea sunt corpuri care se disting prin constanța formei și volumului lor.

În solide, distanțele intermoleculare sunt mici, iar energia potențială a moleculelor poate fi comparată cu energia cinetică.

Solidele sunt împărțite în 2 tipuri:

1. Cristalin;
2. Amorf.

Doar corpurile cristaline sunt în stare de echilibru termodinamic. Corpurile amorfe sunt de fapt stări metastabile, care sunt similare ca structură cu lichidele neechilibrate, care cristalizează lent. Într-un corp amorf are loc un proces extrem de lent de cristalizare, un proces de transformare treptată a substanței în fază cristalină. Diferența dintre un cristal și un solid amorf este, în primul rând, anizotropia proprietăților sale. Proprietățile unui corp cristalin sunt determinate în funcție de direcția în spațiu. Diverse procese (de exemplu, conductivitate termică, conductivitate electrică, lumină, sunet) se propagă în direcții diferite ale unui solid în moduri diferite. Dar corpurile amorfe (de exemplu, sticlă, rășini, materiale plastice) sunt izotrope, ca și lichidele. Singura diferență dintre corpurile amorfe și lichide este că acestea din urmă sunt fluide, iar în ele nu apar deformații statice prin forfecare.

Corpurile cristaline au o structură moleculară regulată. Datorită structurii corecte, cristalul are proprietăți anizotrope. Aranjarea corectă a atomilor într-un cristal creează ceea ce se numește o rețea cristalină. În direcții diferite, locația atomilor în rețea este diferită, ceea ce duce la anizotropie. Atomii (ionii sau moleculele întregi) dintr-o rețea cristalină suferă mișcări oscilatorii aleatoare în apropierea pozițiilor medii, care sunt considerate noduri ale rețelei cristaline. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât energia de oscilație este mai mare și, prin urmare, amplitudinea medie a oscilațiilor. În funcție de amplitudinea oscilațiilor, se determină dimensiunea cristalului. O creștere a amplitudinii vibrațiilor duce la o creștere a dimensiunii corpului. Aceasta explică dilatarea termică a solidelor.

Definiția 3

Corpuri lichide- sunt corpuri care au un anumit volum, dar nu au forma elastica.

O substanță în stare lichidă se caracterizează prin interacțiuni intermoleculare puternice și compresibilitate scăzută. Un lichid ocupă o poziție intermediară între un solid și un gaz. Lichidele, ca și gazele, au proprietăți izotrope. În plus, lichidul are proprietatea de fluiditate. În ea, ca și în gaze, nu există stres tangenţial (efort de forfecare) a corpurilor. Lichidele sunt grele, adică greutatea lor specifică poate fi comparată cu greutatea specifică a solidelor. Aproape de temperaturile de cristalizare, capacitățile lor de căldură și alte proprietăți termice sunt apropiate de proprietățile corespunzătoare ale solidelor. În lichide, aranjarea atomilor este observată într-un anumit grad, dar numai pe zone mici. Aici atomii suferă și mișcări vibraționale în apropierea nodurilor celulei cvasicristaline, dar spre deosebire de atomii unui corp solid, ei sar periodic de la un nod la altul. Ca urmare, mișcarea atomilor va fi foarte complexă: oscilativă, dar în același timp centrul oscilațiilor se mișcă în spațiu.

Gaz- Aceasta este o stare a materiei în care distanțele dintre molecule sunt enorme.

Forțele de interacțiune dintre molecule la presiuni scăzute pot fi neglijate. Particulele de gaz umplu întreg volumul prevăzut pentru gaz. Gazele sunt considerate vapori foarte supraîncălziți sau nesaturați. Un tip special de gaz este plasma (un gaz parțial sau complet ionizat în care densitățile sarcinilor pozitive și negative sunt aproape egale). Adică, plasma este un gaz de particule încărcate care interacționează între ele folosind forțe electrice pe o distanță lungă, dar nu au particule la distanță apropiată și îndepărtată.

După cum se știe, substanțele sunt capabile să treacă de la o stare de agregare la alta.

Definiția 5

Evaporare este un proces de modificare a stării de agregare a unei substanțe, în care moleculele zboară de pe suprafața unui lichid sau solid, a cărui energie cinetică transformă energia potențială de interacțiune între molecule.

Evaporarea este o tranziție de fază. Evaporarea transformă o parte dintr-un lichid sau solid în vapori.

Definiția 6

O substanță în stare gazoasă care se află în echilibru dinamic cu un lichid se numește saturată feribotul. În acest caz, modificarea energiei interne a corpului este egală cu:

∆ U = ± m r (1) ,

unde m este masa corpului, r este căldura specifică de vaporizare (J l / k g).

Definiția 7

Condensare este un proces invers față de vaporizare.

Modificarea energiei interne se calculează folosind formula (1).

Definiția 8

Topire este procesul de transformare a unei substanțe dintr-o stare solidă în stare lichidă, procesul de schimbare a stării agregate a unei substanțe.

Când o substanță este încălzită, energia sa internă crește, prin urmare viteza de mișcare termică a moleculelor crește. Când o substanță atinge punctul de topire, rețeaua cristalină a solidului este distrusă. Legăturile dintre particule sunt de asemenea distruse, iar energia de interacțiune dintre particule crește. Căldura care este transferată corpului crește energia internă a acestui corp și o parte din energie este cheltuită pentru a lucra pentru a schimba volumul corpului atunci când se topește. Pentru multe corpuri cristaline, volumul crește în timpul topirii, dar există excepții (de exemplu, gheață, fontă). Corpurile amorfe nu au un punct de topire specific. Topirea este o tranziție de fază, care se caracterizează printr-o schimbare bruscă a capacității termice la temperatura de topire. Punctul de topire depinde de substanță și rămâne constant pe tot parcursul procesului. Atunci modificarea energiei interne a corpului este egală cu:

∆ U = ± m λ (2) ,

unde λ este căldura specifică de fuziune (J l/k g).

Definiția 9

Cristalizare este procesul invers de topire.

Modificarea energiei interne se calculează folosind formula (2).

Modificarea energiei interne a fiecărui corp al sistemului atunci când este încălzit sau răcit este calculată prin formula:

∆ U = m c ∆ T (3) ,

unde c este capacitatea termică specifică a substanței, J k g K, △ T este modificarea temperaturii corpului.

Definiția 10

Când se iau în considerare transformările substanțelor de la o stare de agregare la alta, nu se poate face fără așa-numita ecuații de echilibru termic: cantitatea totală de căldură degajată într-un sistem izolat termic este egală cu cantitatea de căldură (totală) care este absorbită în acest sistem.

Q 1 + Q 2 + Q 3 + . . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 +... + Q " k.

În esență, ecuația echilibrului termic este legea conservării energiei pentru procesele de transfer de căldură în sistemele izolate termic.

Exemplul 1

Un vas izolat termic conține apă și gheață cu o temperatură t i = 0 °C. Masa de apă m υ și gheața m i sunt egale, respectiv, cu 0, 5 kg și 60 g Vaporii de apă cu o masă m p = 10 g se introduc în apă la o temperatură t p = 100 ° C. Care va fi temperatura apei din vas după stabilirea echilibrului termic? În acest caz, capacitatea termică a vasului nu trebuie să fie luată în considerare.

Figura 1

Soluţie

Să stabilim ce procese au loc în sistem, ce stări ale materiei am observat și ce am obținut.

Vaporii de apă se condensează, degajând căldură.

Energia termică este folosită pentru a topi gheața și, poate, pentru a încălzi apa existentă și apa obținută din gheață.

În primul rând, să verificăm câtă căldură se eliberează atunci când masa existentă de abur se condensează:

Q p = - r m p ; Q p = 2,26 10 6 10 - 2 = 2,26 10 4 (D w),

aici din materiale de referinţă avem r = 2,26 · 10 6 J k g - căldura specifică de vaporizare (folosită şi pentru condensare).

Pentru a topi gheața veți avea nevoie de următoarea cantitate de căldură:

Q i = λ m i Q i = 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D g),

aici din materiale de referință avem λ = 3, 3 · 10 5 J k g - căldura specifică de topire a gheții.

Se dovedește că aburul degajă mai multă căldură decât este necesar doar pentru a topi gheața existentă, ceea ce înseamnă că scriem ecuația de echilibru termic după cum urmează:

r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i) .

Se degajă căldură în timpul condensării aburului cu masa m p și răcirii apei formate din abur de la temperatura T p la T dorit. Căldura este absorbită prin topirea gheții cu masa m i și încălzirea apei cu masa m υ + m i de la temperatura Ti la T. Notăm T - T i = ∆ T pentru diferența T p - T obținem:

T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T .

Ecuația echilibrului termic va arăta astfel:

r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + m i) ∆ T ; c (m υ + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + m i + m p .

Să facem calcule ținând cont de faptul că capacitatea termică a apei este tabelată

c = 4, 2 10 3 J k g K, T p = t p + 273 = 373 K, T i = t i + 273 = 273 K: ∆ T = 2, 26 10 6 10 - 2 + 4, 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3, 3 10 5 4, 2 10 3 5, 7 10 - 1 ≈ 3 (K),

atunci T = 273 + 3 = 276 K

Răspuns: Temperatura apei din vas după stabilirea echilibrului termic va fi de 276 K.

Exemplul 2

Figura 2 prezintă o secțiune a izotermei care corespunde trecerii unei substanțe de la o stare cristalină la una lichidă. Ce corespunde acestei zone din diagrama p, T?

Desen 2

Răspuns:Întregul set de stări care sunt descrise în diagrama p, V printr-un segment de linie orizontal în diagrama p, T este prezentat printr-un punct, care determină valorile lui p și T la care transformarea dintr-o stare de agregare la altul apare.

Dacă observați o eroare în text, vă rugăm să o evidențiați și să apăsați Ctrl+Enter

O caracteristică a acționărilor hidraulice și pneumatice este aceea că, pentru a crea forțe, cupluri și mișcări în mașini, aceste tipuri de acționări folosesc energia lichidului, a aerului sau, respectiv, a altui gaz.

Lichidul utilizat în acţionarea hidraulică se numeşte fluid de lucru (WF).

Pentru a înțelege caracteristicile utilizării lichidelor și gazelor în acționări, este necesar să amintim câteva informații de bază despre stările agregate ale materiei, cunoscute dintr-un curs de fizică.

Conform opiniilor moderne, stările agregate ale materiei (din latinescul aggrego - atașez, leagă) sunt înțelese ca stări ale aceleiași substanțe, tranziții între care corespund schimbărilor bruște ale energiei libere, entropiei, densității și altor parametri fizici ai acestei substanțe. .

În fizică, se obișnuiește să se facă distincția între patru stări agregate ale materiei: solid, lichid, gazos și plasmă.

STARE SOLIDĂ(starea solidă cristalină a materiei) este o stare de agregare care se caracterizează prin forțe mari de interacțiune între particulele de materie (atomi, molecule, ioni). Particulele de solide oscilează în jurul pozițiilor medii de echilibru, numite noduri de rețea; structura acestor substanțe se caracterizează printr-un grad ridicat de ordine (ordine cu rază lungă și scurtă) - ordine în aranjare (ordine de coordonare), în orientarea (ordine de orientare) a particulelor structurale sau ordine în proprietăți fizice.

STARE LICHIDĂ- aceasta este starea de agregare a unei substante, intermediara intre solid si gazos. Lichidele au unele caracteristici ale unui solid (își păstrează volumul, formează o suprafață, are o anumită rezistență la tracțiune) și ale unui gaz (ia forma vasului în care se află). Mișcarea termică a moleculelor (atomilor) unui lichid este o combinație de vibrații mici în jurul pozițiilor de echilibru și salturi frecvente de la o poziție de echilibru la alta. În același timp, mișcările lente ale moleculelor și vibrațiile acestora apar în volume mici. Salturile frecvente ale moleculelor perturbă ordinea pe distanță lungă în aranjarea particulelor și determină fluiditatea lichidelor, iar vibrațiile mici în jurul pozițiilor de echilibru determină existența ordinii pe distanță scurtă în lichide.

Lichidele și solidele, spre deosebire de gaze, pot fi considerate medii puternic condensate. În ele, moleculele (atomii) sunt situate mult mai aproape unele de altele, iar forțele de interacțiune sunt cu câteva ordine de mărime mai mari decât în ​​gaze. Prin urmare, lichidele și solidele au posibilități semnificativ limitate de expansiune, evident, nu pot ocupa un volum arbitrar, iar la presiune și temperatură constantă își păstrează volumul, indiferent de volumul în care sunt plasate.

STARE GAZOSĂ(din francezul gaz, care la rândul său provine din greacă haos - haos) este o stare de agregare a unei substanțe în care forțele de interacțiune a particulelor sale, umplând întregul volum care le este furnizat, sunt neglijabile. În gaze, distanțele intermoleculare sunt mari și moleculele se mișcă aproape liber.

Gazele pot fi considerate ca vapori de lichide supraîncălziți sau slab saturati. Există vapori deasupra suprafeței fiecărui lichid din cauza evaporării. Când presiunea vaporilor crește până la o anumită limită, numită presiunea vaporilor saturați, evaporarea lichidului se oprește, deoarece presiunea vaporilor și a lichidului devine aceeași. O scădere a volumului de abur saturat provoacă condensarea unei părți a aburului, mai degrabă decât o creștere a presiunii. Prin urmare, presiunea vaporilor nu poate fi mai mare decât presiunea vaporilor saturați. Starea de saturație se caracterizează prin masa de saturație conținută în 1 m3 de masă de abur saturat, care depinde de temperatură. Aburul saturat poate deveni nesaturat dacă îi crește volumul sau îi crește temperatura. Dacă temperatura aburului este mult mai mare decât punctul de fierbere corespunzător unei presiuni date, aburul se numește supraîncălzit.

PLASMA este un gaz parțial sau complet ionizat în care densitățile sarcinilor pozitive și negative sunt aproape egale. Soarele, stelele, norii de materie interstelară constau din gaze - neutre sau ionizate (plasmă). Spre deosebire de alte stări de agregare, plasma este un gaz de particule încărcate (ioni, electroni), care interacționează electric între ele pe distanțe mari, dar nu au ordine de rază scurtă sau de rază lungă în aranjarea particulelor.

După cum se poate observa din cele de mai sus, lichidele sunt capabile să mențină volumul, dar nu sunt capabile să mențină în mod independent forma. Prima proprietate aduce lichidul mai aproape de un solid, a doua - de un gaz. Ambele proprietăți nu sunt absolute. Toate lichidele sunt compresibile, deși mult mai puțin decât gazele. Toate lichidele rezistă schimbării formei, deplasării unei părți a volumului față de alta, deși mai puțin decât solidele.

În funcție de temperatură și presiune, orice substanță este capabilă să ia diferite stări de agregare. Fiecare astfel de stare este caracterizată de anumite proprietăți calitative care rămân neschimbate în limitele temperaturilor și presiunilor necesare pentru o anumită stare de agregare.

Proprietățile caracteristice ale stărilor de agregare includ, de exemplu, capacitatea unui corp în stare solidă de a-și păstra forma sau invers, capacitatea unui corp lichid de a-și schimba forma. Cu toate acestea, uneori, granițele dintre diferitele stări ale materiei sunt destul de neclare, ca în cazul cristalelor lichide, sau așa-numitele „corpuri amorfe”, care pot fi elastice ca solidele și fluide ca lichidele.

Tranziția între stările de agregare poate avea loc cu eliberarea de energie liberă, o schimbare a densității, entropiei sau a altor cantități fizice. Trecerea de la o stare de agregare la alta se numește tranziție de fază, iar fenomenele care însoțesc astfel de tranziții sunt numite fenomene critice.

Lista stărilor de agregare cunoscute

În această secțiune ne vom uita stări de agregare, în care se află materia din jurul nostru și forțele de interacțiune dintre particulele de materie inerente fiecăreia dintre stările de agregare.

1. Starea unui solid,

2. Stare lichidăŞi

3. Stare gazoasă.

O a patra stare de agregare este adesea distinsă - plasmă.

Uneori, starea de plasmă este considerată un tip de stare gazoasă.

Plasma - gaz parțial sau complet ionizat, cel mai adesea existent la temperaturi ridicate.

Plasma este cea mai comună stare a materiei din univers, deoarece materia stelelor se află în această stare.

Pentru toată lumea starea de agregare trăsături caracteristice în natura interacțiunii dintre particulele unei substanțe, care afectează proprietățile sale fizice și chimice.

Fiecare substanță poate exista în diferite stări de agregare. La temperaturi suficient de scăzute, toate substanțele sunt în stare solidă. Dar pe măsură ce se încălzesc devin lichide, atunci gazele. Odată cu încălzirea suplimentară, ei devin ionizați (atomii își pierd o parte din electroni) și intră în stare.

plasmă

Stare gazoasă Gaz Χάος (de la gazul olandez, se întoarce la greaca veche.

) caracterizată prin legături foarte slabe între particulele sale constitutive. Moleculele sau atomii care formează gazul se mișcă haotic și de cele mai multe ori sunt localizați la distanțe mari (comparativ cu dimensiunea lor) unul față de celălalt. Ca urmare.

forțele de interacțiune dintre particulele de gaz sunt neglijabile Caracteristica principală a gazului este că umple tot spațiul disponibil fără a forma o suprafață. Gazele se amestecă întotdeauna.

Gazul este o substanță izotropă , adică proprietățile sale nu depind de direcție.În absenţa forţelor gravitaţionale presiune la fel în toate punctele de gaz. În domeniul forțelor gravitaționale, densitatea și presiunea nu sunt aceleași în fiecare punct, scăzând cu înălțimea. În consecință, în câmpul gravitațional, amestecul de gaze devine neomogen.- ridică-te.

Gazul are compresibilitate ridicată- pe măsură ce presiunea crește, densitatea acesteia crește. Pe măsură ce temperatura crește, se extind.

Când este comprimat, gazul se poate transforma în lichid, dar condensul nu are loc la nicio temperatură, ci la o temperatură sub temperatura critică. Temperatura critică este o caracteristică a unui anumit gaz și depinde de forțele de interacțiune dintre moleculele acestuia. De exemplu, gazul heliu poate fi lichefiat doar la o temperatură mai mică 4,2 K.

Există gaze care, la răcire, se transformă într-un solid, ocolind faza lichidă. Transformarea unui lichid într-un gaz se numește evaporare, iar transformarea directă a unui solid în gaz se numește sublimare.

Solid

Starea unui solidîn comparaţie cu alte stări de agregare caracterizat prin stabilitatea formei.

Distinge cristalinŞi solide amorfe.

Starea cristalină a materiei

Stabilitatea formei solidelor se datorează faptului că majoritatea celor în stare solidă au structură cristalină.

În acest caz, distanțele dintre particulele substanței sunt mici, iar forțele de interacțiune dintre ele sunt mari, ceea ce determină stabilitatea formei.

Este ușor de verificat structura cristalină a multor solide prin despicarea unei bucăți de substanță și examinarea fracturii rezultate.

De obicei, pe o fractură (de exemplu, în zahăr, sulf, metale etc.), mici margini de cristal situate în unghiuri diferite sunt clar vizibile, strălucind datorită reflectării diferite a luminii de către acestea.

În cazurile în care cristalele sunt foarte mici, structura cristalină a substanței poate fi determinată folosind un microscop.

Forme de cristal Fiecare substanță se formează cristale

o formă complet definită.

1. Varietatea formelor cristaline poate fi redusă la șapte grupuri: Triclinica

2.(paralelipiped), Monoclinic

3. (prismă cu un paralelogram la bază), Rombic

4. (paralepiped dreptunghiular), tetragonală

5. (paralepiped dreptunghiular cu un pătrat la bază),,

6. Trigonală Hexagonal
(prismă cu baza corect centrată

7. hexagon), Cub

(cub). Multe substanțe, în special fier, cupru, diamant, clorură de sodiu, cristalizează în sistem cubic ..

Cele mai simple forme ale acestui sistem sunt cub, octaedru, tetraedru Magneziul, zincul, gheața, cuarțul se cristalizează în sistem hexagonal.

Cristalele naturale, precum și cristalele obținute artificial, rareori corespund exact formelor teoretice.

De obicei, atunci când o substanță topită se solidifică, cristalele cresc împreună și, prin urmare, forma fiecăruia dintre ele nu este tocmai corectă.

Cu toate acestea, oricât de neuniform se dezvoltă cristalul, oricât de distorsionată este forma lui, unghiurile la care se întâlnesc fețele de cristal ale aceleiași substanțe rămân constante.

Anizotropie Caracteristicile corpurilor cristaline nu se limitează la forma cristalelor. Deși substanța dintr-un cristal este complet omogenă, multe dintre proprietățile sale fizice - rezistență, conductivitate termică, relație cu lumina etc. - nu sunt întotdeauna aceleași în direcții diferite în interiorul cristalului. Această caracteristică importantă a substanțelor cristaline se numește.

anizotropie

Structura internă a cristalelor. Grile de cristal.

Forma exterioară a unui cristal reflectă structura sa internă și este determinată de aranjarea corectă a particulelor care alcătuiesc cristalul - molecule, atomi sau ioni. Acest aranjament poate fi reprezentat ca rețea cristalină – un cadru spațial format din linii drepte care se intersectează. În punctele de intersecție a liniilor - noduri de zăbrele

– centrele particulelor se află. În funcție de natura particulelor situate la nodurile rețelei cristaline și de ce forțe de interacțiune predomină între ele într-un anumit cristal, se disting următoarele tipuri::

rețele cristaline,

1. moleculară,

2. atomicŞi

3. ionic.

4. metal

Rețele cristaline atomice Atomii sunt localizați în locurile rețelelor atomice . Sunt conectați unul cu celălalt.

legătură covalentă Există relativ puține substanțe cu rețele atomice. Ei aparțin diamant, siliciu

și unii compuși anorganici. Aceste substanțe se caracterizează prin duritate ridicată, sunt refractare și insolubile în aproape orice solvent..

legătură covalentă Atomii sunt localizați în locurile rețelelor atomice Rețele cristaline moleculare.

Moleculele sunt situate la nodurile rețelelor moleculare forte intermoleculare Există o mulțime de substanțe cu o rețea moleculară. Ei aparțin nemetale, cu excepția carbonului și a siliciului, toate compuși organici.

Forțele interacțiunii intermoleculare sunt mult mai slabe decât forțele legăturilor covalente, prin urmare cristalele moleculare au duritate scăzută, sunt fuzibile și volatile.

Ionii încărcați pozitiv și negativ sunt localizați la locurile rețelelor ionice, alternând. Ele sunt legate între ele prin forțe.

atracție electrostatică Compușii cu legături ionice care formează rețele ionice includ.

majoritatea sărurilor și câțiva oxizi Prin putere rețele ionice

inferioare celor atomice, dar superioare celor moleculare.

Rețele de cristal metalice

La nodurile rețelelor metalice se află atomi de metal, între care electroni comuni acestor atomi se mișcă liber.

Prezența electronilor liberi în rețelele cristaline ale metalelor poate explica numeroasele lor proprietăți: plasticitate, maleabilitate, luciu metalic, conductivitate electrică și termică ridicată. . Sunt conectați unul cu celălalt Există substanțe în cristalele cărora două tipuri de interacțiuni între particule joacă un rol semnificativ. Deci, în grafit, atomii de carbon sunt legați între ei în aceleași direcții, iar în altele - metal. Prin urmare, rețeaua de grafit poate fi considerată ca.

atomic , și cum metal În mulți compuși anorganici, de ex. BeO, ZnS, CuCl , legătura dintre particulele situate la nodurile rețelei este parțial ionic , și parțialŞi covalent.

. Prin urmare, rețelele unor astfel de compuși pot fi considerate ca intermediare între

ionic

atomic

Stare amorfa a materiei Proprietățile substanțelor amorfe.

Printre solide se numără cele în a căror fractură nu pot fi detectate semne de cristale. De exemplu, dacă despărțiți o bucată de sticlă obișnuită, fractura acesteia va fi netedă și, spre deosebire de fracturile cristalelor, este limitată nu de suprafețe plane, ci de suprafețe ovale.Şi O imagine similară se observă la despicarea bucăților de rășină, lipici și alte substanțe. Această stare a materiei se numește amorf

Diferența dintre cristalin amorf se intareste treptat.

Din cauza lipsei unui punct de topire specific, corpurile amorfe au o abilitate diferită: multe dintre ele sunt fluide precum lichidele, adică sub acțiunea prelungită a forțelor relativ mici, își schimbă treptat forma. De exemplu, o bucată de rășină așezată pe o suprafață plană într-o cameră caldă se întinde timp de câteva săptămâni, luând forma unui disc.

Structura substanțelor amorfe

Printre solide se numără cele în a căror fractură nu pot fi detectate semne de cristale. cristalin şi amorf starea materiei este următoarea.

Dispunerea ordonată a particulelor într-un cristal, reflectat de celula unitară, se păstrează pe suprafețe mari ale cristalelor, iar în cazul cristalelor bine formate - în totalitatea lor.

În corpurile amorfe, ordinea în aranjarea particulelor este observată numai în zone foarte mici.

În plus, într-un număr de corpuri amorfe, chiar și această ordonare locală este doar aproximativă.

• Această diferență poate fi enunțată pe scurt după cum urmează:,
• structura cristalină se caracterizează printr-o ordine de lungă durată.

structura corpurilor amorfe – aproape

Exemple de substanțe amorfe. Substanțele amorfe stabile includ sticlă (artificiale și vulcanice), naturale și artificiale rășini, adezivi, parafină, ceară

etc.

Trecerea de la starea amorfă la starea cristalină. Unele substanțe pot fi atât în ​​stare cristalină, cât și amorfă. Dioxid de siliciu SiO2 găsite în natură sub formă de bine formate cristale de cuarț , precum și în stare amorfă ().

silex mineral În același timp starea cristalină este întotdeauna mai stabilă

. Prin urmare, o tranziție spontană de la o substanță cristalină la una amorfă este imposibilă, dar transformarea inversă - o tranziție spontană de la o stare amorfă la una cristalină - este posibilă și uneori observată. Un exemplu de astfel de transformare este

devitrificare– cristalizarea spontană a sticlei la temperaturi ridicate, însoțită de distrugerea acesteia.

Stare amorfă Multe substanțe sunt obținute cu o viteză mare de solidificare (răcire) a topiturii lichide.În metale și aliaje

stare amorfă (se formează, de regulă, dacă topitura este răcită într-un timp de ordinul fracțiilor până la zeci de milisecunde.) are, de asemenea, o viteză scăzută de cristalizare. Prin urmare, produsele turnate din acesta sunt amorfe.

Cuarțul natural, care a durat sute și mii de ani să se cristalizeze în timpul răcirii scoarței terestre sau a straturilor profunde de vulcani, are o structură groso-cristalină, spre deosebire de sticla vulcanică, care a înghețat la suprafață și, prin urmare, este amorfă.

Lichide

Stare lichidă Lichidul este o stare intermediară între un solid și un gaz. este intermediar între gazos și cristalin. Conform unor proprietăți ale lichidului, acestea sunt aproape de gazele , după alții – să.

solide Apropie lichidele de gaze, în primul rând,Şi izotropie fluiditate

. Acesta din urmă determină capacitatea unui lichid de a-și schimba cu ușurință forma. Cu toate acesteaŞi densitate mare compresibilitate scăzută , după alții – să.

lichidele le apropie de

Capacitatea lichidelor de a-și schimba cu ușurință forma indică absența unor forțe puternice de interacțiune intermoleculară în ele.

În același timp, compresibilitatea scăzută a lichidelor, care determină capacitatea de a menține un volum constant la o anumită temperatură, indică prezența unor forțe de interacțiune între particule, deși nu rigide, dar totuși semnificative.

Relația dintre energia potențială și cea cinetică.

Fiecare stare de agregare este caracterizată de propria sa relație între energiile potențiale și cinetice ale particulelor de materie.În solide, energia potențială medie a particulelor este mai mare decât energia lor cinetică medie.

Prin urmare, în solide, particulele ocupă anumite poziții unele față de altele și oscilează doar în raport cu aceste poziții. Pentru gaze raportul de energie este inversat

, ca urmare a căreia moleculele de gaz sunt mereu într-o stare de mișcare haotică și practic nu există forțe de coeziune între molecule, astfel încât gazul ocupă întotdeauna întregul volum care îi este furnizat.În cazul lichidelor, energiile cinetice și potențiale ale particulelor sunt aproximativ aceleași

, adică particulele sunt conectate între ele, dar nu rigid. Prin urmare, lichidele sunt fluide, dar au un volum constant la o anumită temperatură.

Structurile lichidelor și ale corpurilor amorfe sunt similare. Ca urmare a aplicării metodelor de analiză structurală la lichide, s-a stabilit că structura lichidele sunt ca corpurile amorfe .În majoritatea lichidelor există

ordine de închidere

La temperaturi scăzute, depășind ușor punctul de topire al unei substanțe date, gradul de ordine în aranjarea particulelor dintr-un anumit lichid este ridicat.

Pe măsură ce temperatura crește, scade și Pe măsură ce se încălzește, proprietățile unui lichid devin din ce în ce mai asemănătoare cu cele ale unui gaz..

Când se atinge temperatura critică, diferența dintre lichid și gaz dispare.

Datorită asemănării structurii interne a lichidelor și a corpurilor amorfe, acestea din urmă sunt adesea considerate lichide cu vâscozitate foarte mare, iar numai substanțele în stare cristalină sunt considerate solide. Asemuire corpuri amorfe