Ce este un stat agregat? Starea agregată a materiei

Întrebările despre ce este o stare agregată, ce caracteristici și proprietăți sunt posedate de solide, lichide și gaze sunt considerate în mai multe cursuri de formare. Există trei stări clasice ale materiei, cu trăsăturile lor caracteristice ale structurii. Înțelegerea lor este un moment important în înțelegerea științelor Pământului, a organismelor vii, a activităților de producție. Aceste aspecte sunt studiate în fizică, chimie, geografie, geologie, chimie fizică și alte discipline științifice. Substanțele care se află în anumite condiții într-unul din cele trei tipuri de bază de bază se pot schimba odată cu creșterea sau scăderea temperaturii și a presiunii. Să luăm în considerare posibilele tranziții de la o stare agregată la alta, așa cum se fac în natură, tehnologie și viața de zi cu zi.

Ce este un stat agregat?

Cuvântul latin "aggrego" în rusă înseamnă "alăturați-vă". Termenul științific se referă la starea aceluiași corp, substanță. Existența unor corpuri solide, a gazelor și a lichidelor la anumite valori de temperatură și presiuni diferite este caracteristică tuturor cochiliilor Pământului. În plus față de cele trei state de bază agregate, există și al patrulea. La temperaturi ridicate și presiune constantă, gazul devine plasmă. Pentru a înțelege mai bine ce este o stare agregată, trebuie să vă amintiți cele mai mici particule care alcătuiesc substanțe și corpuri.

Diagrama de mai sus arată: a-gas-b-lichid-c-solid. În aceste cifre, cercurile denotă elementele structurale ale substanțelor. Aceasta este o denumire convențională, de fapt atomi, molecule, ioni nu sunt bile solide. Atomii constau dintr-un nucleu încărcat pozitiv în jurul căruia electronii încărcați negativ se deplasează la viteză mare. Cunoașterea structurii microscopice a materiei ajută la o mai bună înțelegere a diferențelor care există între diferitele forme agregate.

Reprezentări despre microcosmos: de la Grecia antică până în secolul al XVII-lea

Primele informații despre particulele, ale căror corpuri fizice sunt compuse, au apărut în Grecia antică. Gânditorii Democritus și Epicurus au introdus un astfel de concept ca un atom. Ei au crezut că cele mai mici particule indivizibile de substanțe diferite au o formă dimensiune, capabile de mișcare și interacțiune definită unul cu altul. Atomismul a devenit cel mai avansat pentru timpul său învățăturile Greciei antice. Dar dezvoltarea sa sa oprit în Evul Mediu. De atunci cercetătorii au fost persecutați de Inchiziția Bisericii Romano-Catolice. Prin urmare, până în noul timp nu exista un concept inteligibil despre ceea ce este o stare agregată de materie. Abia după ce oamenii de știință din secolul al XVII-lea, Robert Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, Lavoisier a formulat teoria atomo-moleculară, nu și-au pierdut relevanța lor astăzi.

Atomi, molecule, ioni - particule microscopice ale structurii materiei

Un progres semnificativ în înțelegerea microworld-ului a avut loc în secolul al XX-lea, când a fost inventat un microscop electronic. Având în vedere descoperirile făcute mai devreme de oamenii de știință, a fost posibilă împăcarea unei imagini armonioase a microcosmosului. Teoriile care descriu starea și comportamentul celor mai mici particule de materie sunt destul de complexe, ele aparțin domeniului fizica cuantică. Pentru a înțelege caracteristicile diferitelor stări agregate ale materiei, este suficient să se cunoască numele și caracteristicile principalelor particule structurale care formează diferite substanțe.

1. Atomii sunt particule chimice indivizibile. Pastrate in reactii chimice, dar distruse in nucleare. Metalele și multe alte substanțe ale structurii atomice au o stare agregată solidă în condiții obișnuite.
2. Moleculele sunt particule care sunt distruse și formate în reacții chimice. Structura moleculară are oxigen, apă, dioxid de carbon, sulf. Starea agregată de oxigen, azot, dioxid de sulf, carbon, oxigen în condiții normale este gazoasă.
3. Ioni sunt încărcate particule în care atomii și moleculele sunt transformate atunci când electronii sunt atașați sau pierduți - particule încărcate negativ microscopic. Structura ionică are multe săruri, de exemplu, bucate, fier și vitriol de cupru.

Există substanțe ale căror particule sunt amplasate într-un anumit mod în spațiu. Poziția reciprocă ordonată a atomilor, a ionilor, a moleculelor se numește o latură de cristal. De obicei, laturile ionice și cristaline atomice sunt caracteristice solidelor, laturilor moleculare pentru lichide și gaze. Diamond se distinge prin înaltă duritate. Grilele sale de cristal atomic sunt formate din atomi de carbon. Dar grafitul moale constă, de asemenea, din atomi ai acestui element chimic. Numai ele sunt amplasate diferit în spațiu. Starea agregată obișnuită a sulfului este solidă, dar la temperaturi ridicate substanța devine lichid și o masă amorfă.

Substanțe în stare solidă agregată

Solidul în condiții normale păstrează volumul și forma. De exemplu, un bob de nisip, un bob de zahăr, o sare, o bucată de piatră sau de metal. Dacă încălziți zahărul, substanța începe să se topească, transformându-se într-un lichid maro vâscos. Opriți încălzirea - din nou obținem o substanță solidă. Prin urmare, una dintre condițiile principale pentru trecerea unui corp solid într-un lichid este încălzirea lui sau o creștere a energiei interne a particulelor de materie. Starea solidă a sării care este utilizată pentru hrană poate fi, de asemenea, schimbată. Dar pentru a topi sarea, aveți nevoie de o temperatură mai mare decât cu încălzirea zahărului. Faptul este că zahărul este alcătuit din molecule, iar sarea de masă este realizată din ioni încărcați, care sunt mai mult atrase unul de celălalt. Substanțele solide în formă lichidă nu își păstrează forma, deoarece laturile cristaline sunt distruse.

Starea agregată lichidă a sării în timpul topirii se explică prin întreruperea legăturii dintre ionii din cristale. Particulele încărcate care pot transporta încărcături electrice sunt eliberate. Topiturile de săruri conduc electricitatea, sunt dirijori. În industria chimică, metalurgică și industrială, substanțele solide sunt transformate în substanțe lichide pentru a produce compuși noi sau a le da forme diferite. Aliajele de metale au fost utilizate pe scară largă. Există mai multe modalități de a le obține, asociate cu schimbări în starea agregată de materii prime solide.

Lichidul este unul dintre stările de bază agregate

Dacă vărsați 50 ml de apă într-un balon cu fund rotund, puteți observa că substanța are imediat forma unei vase chimice. Dar imediat ce turnăm apă din vas, lichidul se întinde imediat pe suprafața mesei. Volumul de apă va rămâne același - 50 ml, iar forma sa se va schimba. Aceste trăsături caracteristice formei lichide a existenței materiei. Lichidele sunt multe substanțe organice: alcooli, uleiuri vegetale, acizi.

Laptele este o emulsie, adică un lichid în care se află picături de grăsime. O fosilă lichidă folositoare este uleiul. Ei îl extrag din puțuri cu ajutorul platformelor de foraj pe uscat și în ocean. Apa de mare este, de asemenea, o materie primă pentru industrie. Diferența față de apa proaspătă a râurilor și lacurilor este conținutul de substanțe dizolvate, în principal sărurile. Când se evaporă de la suprafața rezervoarelor, numai moleculele H trec la starea de vapori₂Rezistenții rămân. Pe această metodă de proprietate se găsesc metode de obținere a substanțelor utile din apa maritimă și modalitățile de purificare a acesteia.

După îndepărtarea completă a sărurilor, se obține apă distilată. Se fierbe la 100 ° C, se îngheață la 0 ° C. Brine se fierbe și se transformă în gheață la alte temperaturi. De exemplu, apa din Oceanul Arctic îngheață la o temperatură a suprafeței de 2 ° C.

Starea agregată de mercur în condiții normale este lichidă. Acest metal gri-argintiu este de obicei umplut cu termometre medicale. Când este încălzit, coloana de mercur crește pe o scară, substanța este extinsă. De ce, atunci, în termometre în aer liber colorat cu alcool roșu vopsea, nu mercur? Acest lucru se explică prin proprietățile metalului lichid. La îngheț de 30 de grade, starea agregată de mercur se schimbă, substanța devine solidă.

Dacă termometrul medical sa prăbușit și mercurul sa vărsat, atunci este periculos să colectezi bile de argint. Nociv pentru a inhala vapori de mercur, această substanță este foarte toxic. Copiii în astfel de cazuri ar trebui să caute ajutor de la părinți și adulți.

Starea gazoasă

Gazele nu sunt capabile să-și păstreze nici volumul, nici forma. Umpleți flaconul cu oxigenul în partea de sus (formula chimică este O₂₎. De îndată ce deschidem balonul, moleculele substanței vor începe să se amestece cu aerul din încăpere. Acest lucru se datorează mișcării Brownian. Cercetătorul grec vechi Democritus a crezut că particulele materiei sunt în mișcare constantă. În corpurile solide, în condiții normale, atomii, moleculele, ionii nu au capacitatea de a părăsi zăbrelele cristaline, de a se elibera de legături cu alte particule. Acest lucru este posibil numai atunci când cantități mari de energie sunt furnizate din exterior.

În lichide, distanța dintre particule este puțin mai mare decât în ​​solide, au nevoie de mai puțină energie pentru a rupe legăturile intermoleculare. De exemplu, starea de oxigen în stare lichidă se observă numai atunci când temperatura gazului scade minus -183 ° C. la minus -223 ° C al lui O₂ formează un solid. Pe măsură ce temperatura crește peste aceste valori, oxigenul este transformat în gaz. În această formă se află în condiții obișnuite. În întreprinderile industriale există instalații speciale pentru separarea aerului din atmosferă și obținerea de azot și oxigen din acesta. În primul rând, aerul este răcit și lichefiat, iar apoi temperatura crește treptat. Azotul și oxigenul sunt transformate în gaze în condiții diferite.

Atmosfera Pământului conține 21% în volum de oxigen și 78% din azot. Sub formă lichidă, aceste substanțe nu apar în cochilia de gaz a planetei. Oxigenul lichid are o culoare albastru deschis, este umplut cu cilindri la presiune ridicată pentru utilizare în instituțiile medicale. În industrie și construcții, gazele lichefiate sunt necesare pentru multe procese. Oxigenul este necesar pentru sudarea și tăierea metalelor în gaze, în chimie pentru reacțiile de oxidare ale substanțelor anorganice și organice. Dacă deschideți supapa cilindrului de oxigen, presiunea scade, lichidul se transformă în gaz.

Propanul lichefiat, metanul și butanul sunt utilizate pe scară largă în activitățile energetice, transport, industrie și gospodărie. Aceste substanțe sunt obținute din gaze naturale sau din crăparea (divizarea) țițeiului. Carbonul lichid și amestecurile gazoase joacă un rol important în economia multor țări. Dar rezervele de petrol și de gaze naturale sunt grav epuizate. Potrivit oamenilor de știință, această materie primă va dura 100-120 de ani. O sursă alternativă de energie este fluxul de aer (vânt). Utilizate pentru operarea centralelor electrice sunt fluvii rapide, valuri pe malurile mărilor și oceanelor.

Oxigenul, ca și alte gaze, poate fi în a patra stare agregată, reprezentând o plasmă. O tranziție neobișnuită de la starea solidă la cea gazoasă este o caracteristică caracteristică a iodului cristalin. Substanța unei culori violete închise este supusă sublimării - se transformă în gaz, trecând în stare lichidă.

Cum se efectuează tranzițiile dintr-o formă agregată de materie în alta?

Modificările în starea agregată de substanțe nu sunt legate de transformările chimice, acestea sunt fenomene fizice. Când temperatura crește, multe substanțe solide se topesc, devin lichide. O creștere suplimentară a temperaturii poate duce la evaporarea, adică la starea gazoasă a substanței. În natură și economie, astfel de tranziții sunt caracteristice pentru una dintre substanțele principale de pe Pământ. Gheața, lichidul, aburul sunt stările de apă în diferite condiții externe. Compusul este același, formula lui este H₂A. La o temperatură de 0 ° C și sub această valoare, apa cristalizează, adică se transformă în gheață. Atunci când crește temperatura, cristalele care apar sunt distruse - gheața se topește, se obține din nou apă lichidă. Când este încălzit, vapori de apă. Evaporarea - transformarea apei într-un gaz - merge chiar și la temperaturi scăzute. De exemplu, bălțile înghețate dispar treptat, deoarece apa se evaporă. Chiar și în vremea înghețată, rufele umede se usucă, dar acest proces este mai lung decât într-o zi fierbinte.

Toate aceste tranziții de apă de la o stare la alta sunt de o mare importanță pentru natura Pământului. Condiții atmosferice, climatice și meteorologice legate de evaporarea apei de la suprafața oceanului, transferul de umiditate sub formă de nori și ceață pe uscat, precipitații (ploaie, zăpadă, grindină). Aceste fenomene constituie baza ciclului apelor mondiale în natură.

Cum se schimbă starea agregată de sulf?

În condiții normale, sulful este un cristal strălucitor strălucitor sau o pulbere galben deschis, adică este o substanță solidă. Starea agregată de sulf se modifică prin încălzire. În primul rând, când temperatura este ridicată la 190 ° C, substanța galbenă se topește, devenind un fluid mobil.

Dacă vărsați rapid sulful lichid în apă rece, obțineți o masă amorfă brună. Cu încălzirea în continuare a topiturii de sulf, devine din ce în ce mai vâscoasă, întunecată. La temperaturi de peste 300 ° C, starea agregată de sulf se modifică din nou, substanța dobândește proprietăți de fluid, devine mobilă. Aceste tranziții apar datorită abilității atomilor elementului de a forma lanțuri de lungimi diferite.

De ce substanțele pot fi în diferite stări fizice?

Starea agregată de sulf - o substanță simplă - solidă în condiții normale. Dioxidul de sulf este gaz, acidul sulfuric este un lichid uleios mai greu decât apa. Spre deosebire de acizii clorhidric și azotic, nu este volatil, moleculele nu se evaporă de pe suprafața sa. Ce stare de agregare are sulful plastic, care se obține prin încălzirea cristalelor?

În formă amorfă, substanța are o structură lichidă, cu o ușoară fluiditate. Dar sulful din plastic păstrează în același timp forma sa (ca substanță solidă). Există cristale lichide cu un număr de proprietăți caracteristice ale substanțelor solide. Astfel, starea materiei în condiții diferite depinde de natura, temperatura, presiunea și alte condiții externe.

Care sunt caracteristicile structurii solide?

Diferențele existente între stările agregate de bază ale materiei se explică prin interacțiunea dintre atomi, ioni și molecule. De exemplu, de ce starea agregată solidă a unei substanțe conduce la capacitatea organismelor de a-și menține volumul și forma? În rețeaua cristalină a unui metal sau a unei sare, particulele structurale sunt atrase unul de celălalt. În metale, ionii încărcați pozitiv interacționează cu așa-numitul "gaz de electroni" - un grup de electroni liberi într-o bucată de metal. Cristalele de săruri apar datorită atracției unor particule încărcate - ioni. Distanța dintre unitățile structurale de solide de mai sus este mult mai mică decât dimensiunile particulelor. În acest caz, atracția electrostatică acționează, conferă rezistență și repulsia nu este suficient de puternică.

Pentru a distruge starea agregată solidă a substanței, trebuie să facem eforturi. Metalele, sărurile, cristalele atomice se topesc la temperaturi foarte ridicate. De exemplu, fierul devine lichid la o temperatură de peste 1538 ° C. Refractar este tungsten, din care filamente sunt fabricate pentru becuri electrice. Există aliaje care devin lichide la temperaturi de peste 3000 ° C. multe roci și minerale pe Pământ sunt într-o stare solidă. Obțineți această materie primă cu ajutorul tehnologiei în mine și cariere.

Pentru a detașa chiar și un ion de cristal, este necesar să cheltuiți o cantitate mare de energie. Dar este suficient să dizolvați sarea în apă, astfel încât zăbrelele de cristal să se rupă! Acest fenomen se datorează proprietăților uimitoare ale apei ca solvent polar. Moleculele H₂O interacționează cu ioni de sare, distrugând legătura chimică dintre ele. Astfel, dizolvarea nu este o simplă amestecare a diferitelor substanțe, ci o interacțiune fizico-chimică între ele.

Cum interacționează moleculele de lichide?

Apa poate fi un lichid, un solid și gaz (abur). Aceasta este principala sa stare agregată în condiții obișnuite. Moleculele de apă constau dintr-un atom de oxigen, la care sunt legați doi atomi de hidrogen. Există o polarizare a legăturii chimice în moleculă, apare o încărcare negativă parțială asupra atomilor de oxigen. Hidrogenul devine un pol pozitiv în moleculă, atras de atomul de oxigen al unei alte molecule. Asta este interacțiune slabă a fost numit "legătura cu hidrogen".

Starea agregatului lichid caracterizează distanțele dintre particulele structurale, comparabile cu dimensiunile lor. Atragerea există, dar este slabă, astfel încât apa nu reține forma. Vaporizarea are loc datorită distrugerii legăturilor care se produce pe suprafața lichidului chiar și la temperatura camerei.

Există interacțiuni intermoleculare în gaze?

Starea gazoasă a substanței diferă de lichid și solid într-un număr de parametri. Între particulele de gaze structurale există lacune mari, mult mai mari decât dimensiunea moleculelor. În același timp, forțele de atracție nu funcționează deloc. Starea agregată gazoasă este caracteristică substanțelor prezente în aer: azot, oxigen, dioxid de carbon. În figura de mai jos, primul cub este umplut cu gaz, un al doilea lichid, iar al treilea cu un solid.

Multe lichide sunt volatile, moleculele de materie ajung de pe suprafețele lor. De exemplu, dacă aduceți o vată de bumbac înmuiată în amoniac într-o gaură într-o sticlă deschisă cu acid clorhidric, apare fum alb. Direct în aer se produce o reacție chimică între acid clorhidric și amoniac, se obține clorură de amoniu. În ce fel de agregat este această substanță? Particulele sale, formând fum alb, sunt cele mai mici cristale solide de sare. Această experiență trebuie efectuată sub capotă, substanțele fiind toxice.

concluzie

Fizică de gaze de stat studiat de mulți fizicieni și chimiști remarcabile: numărul lui Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clapeyron, Mendeleev, Le Chatelier. Oamenii de știință au formulat legi care explică comportamentul substanțelor gazoase în reacțiile chimice, deoarece condițiile externe se schimbă. Modelele deschise nu au intrat doar în manualele școlare și universitare de fizică și chimie. Multe industrii chimice se bazează pe cunoașterea comportamentului și a proprietăților substanțelor în diferite stări agregate.