Súhrnný stav látky je určený jej charakterom. Súhrnné stavy hmoty. Vlastnosti tekutého stavu agregácie. Koncept ideálnej tekutiny. Pracovné kvapaliny a plyny: klasifikácia, normy. Fyzikálne vlastnosti pracovných kvapalín a plynov

Súhrnné stavy hmoty (z lat. aggrego - prikladám, spájam) - sú to stavy tej istej látky, prechody medzi ktorými zodpovedajú prudkým zmenám voľnej energie, entropie, hustoty a iných fyzikálnych parametrov látky.

Plyn (francúzsky gaz, odvodené z gréckeho chaos – chaos) je stav agregácie látky, v ktorom sú interakčné sily jej častíc, vypĺňajúce celý im poskytnutý objem, zanedbateľné. V plynoch sú medzimolekulové vzdialenosti veľké a molekuly sa pohybujú takmer voľne.

• Plyny možno považovať za výrazne prehriate alebo nenasýtené pary.
• Nad povrchom každej kvapaliny je para v dôsledku vyparovania. Keď sa tlak pary zvýši na určitú hranicu, nazývanú tlak nasýtených pár, odparovanie kvapaliny sa zastaví, pretože tlak pary a kvapaliny sa zhoduje.
• Zníženie objemu nasýtenej pary spôsobuje skôr kondenzáciu časti pary ako zvýšenie tlaku. Preto tlak pár nemôže byť vyšší ako tlak nasýtených pár. Stav nasýtenia je charakterizovaný hmotnosťou nasýtenia obsiahnutou v 1 m hmotnosti nasýtenej pary, ktorá závisí od teploty. Nasýtená para sa môže stať nenasýteným, ak sa zväčší jeho objem alebo sa zvýši teplota. Ak je teplota pary oveľa vyššia ako bod varu zodpovedajúci danému tlaku, para sa nazýva prehriata.

Plazma je čiastočne alebo úplne ionizovaný plyn, v ktorom sú hustoty kladných a záporných nábojov takmer rovnaké. Slnko, hviezdy, oblaky medzihviezdnej hmoty pozostávajú z plynov - neutrálnych alebo ionizovaných (plazma). Na rozdiel od iných stavov agregácie je plazma plynom nabitých častíc (iónov, elektrónov), ktoré medzi sebou elektricky interagujú na veľké vzdialenosti, ale v usporiadaní častíc nemajú ani krátke, ani ďalekonosné usporiadanie.

Kvapalina - je to stav agregácie látky, prechod medzi tuhou a plynnou látkou.

1. Kvapaliny majú niektoré znaky tuhej látky (zachováva si svoj objem, tvorí povrch, má určitú pevnosť v ťahu) a plynu (má tvar nádoby, v ktorej sa nachádza).
2. Tepelný pohyb molekúl (atómov) kvapaliny je kombináciou malých vibrácií okolo rovnovážnych polôh a častých skokov z jednej rovnovážnej polohy do druhej.
3. Vo vnútri malých objemov súčasne dochádza k pomalým pohybom molekúl a ich vibráciám, časté skoky molekúl narúšajú ďalekonosný poriadok v usporiadaní častíc a určujú tekutosť kvapalín a malé vibrácie okolo rovnovážnych polôh určujú existenciu krátkych -poradie rozsahu v kvapalinách.

Kvapaliny a tuhé látky, na rozdiel od plynov, možno považovať za vysoko kondenzované médiá. V nich sú molekuly (atómy) umiestnené oveľa bližšie k sebe a interakčné sily sú o niekoľko rádov väčšie ako v plynoch. Kvapaliny a pevné látky majú preto výrazne obmedzené možnosti expanzie, zjavne nemôžu zaberať ľubovoľný objem a pri konštantnom tlaku a teplote si zachovávajú svoj objem, bez ohľadu na to, v akom objeme sú umiestnené. Prechody zo štrukturálne usporiadanejšieho stavu agregácie do menej usporiadaného stavu môžu prebiehať aj nepretržite. V tomto ohľade je vhodné namiesto pojmu stav agregácie použiť viac široký pojem- pojem fázy.

Fáza je súbor všetkých častí systému, ktoré majú rovnaké chemické zloženie a byť v rovnakom stave. Je to odôvodnené súčasnou existenciou termodynamicky rovnovážnych fáz vo viacfázovom systéme: kvapalina s jej nasýtenou parou; voda a ľad pri teplote topenia; dve nemiešateľné kvapaliny (zmes vody s trietylamínom), líšiace sa koncentráciou; existencia amorfných pevných látok, ktoré si zachovávajú štruktúru kvapaliny (amorfný stav).

Amorfný pevný stav hmoty je typom podchladenej kvapaliny a od bežných kvapalín sa líši výrazne vyššou viskozitou a číselnými hodnotami kinetických charakteristík.

Kryštalický pevný stav hmoty je stav agregácie, ktorý je charakterizovaný veľkými interakčnými silami medzi časticami hmoty (atómy, molekuly, ióny). Častice pevné látky oscilovať okolo priemerných rovnovážnych polôh nazývaných uzly kryštálovej mriežky; charakterizuje sa štruktúra týchto látok vysoký stupeň poradie (poradie s dlhým a krátkym dosahom) - poradie v usporiadaní (poradie koordinácie), v orientácii (orientačné poradie) štruktúrnych častíc alebo poradie vo fyzikálnych vlastnostiach (napríklad v orientácii magnetických momentov alebo elektrického dipólu). momenty). Oblasť existencie normálnej kvapalnej fázy pre čisté kvapaliny, kvapalné a kvapalné kryštály je obmedzená od nízkych teplôt fázovými prechodmi, respektíve do pevného (kryštalizácia), supratekutého a kvapalno-anizotropného stavu.

Znakom hydraulických a pneumatických pohonov je, že na vytváranie síl, krútiacich momentov a pohybov v strojoch využívajú tieto typy pohonov energiu kvapaliny, vzduchu alebo iného plynu.

Kvapalina použitá v hydraulickom pohone je tzv pracovná kvapalina (WF).

Pre pochopenie vlastností použitia kvapalín a plynov v pohonoch je potrebné pripomenúť si niektoré základné informácie o agregovaných stavoch hmoty, známe z kurzu fyziky.

Podľa moderných názorov sa pod agregované stavy hmoty (z lat. aggrego - pripájam, viažem) rozumejú stavy tej istej látky, prechody medzi ktorými zodpovedajú prudkým zmenám voľnej energie, entropie, hustoty a iných fyzikálnych parametrov tejto látky. .

Vo fyzike je zvykom rozlišovať štyri súhrnné stavy hmoty: pevné, kvapalné, plynné a plazmové.

PEVNÉ SKUPENSTVO(kryštalický pevný stav hmoty) je stav agregácie, ktorý je charakterizovaný veľkými interakčnými silami medzi časticami hmoty (atómy, molekuly, ióny). Častice pevných látok oscilujú okolo priemerných rovnovážnych polôh, nazývaných mriežkové uzly; štruktúra týchto látok sa vyznačuje vysokým stupňom usporiadania (rád na dlhé a krátke vzdialenosti) - usporiadaním (poradím koordinácie), v orientácii (orientačným poradím) štruktúrnych častíc alebo usporiadaním fyzikálnych vlastností.

KVAPALNÝ STAV- je to stav agregácie látky, prechod medzi tuhou a plynnou látkou. Kvapaliny majú niektoré znaky tuhej látky (zachováva si svoj objem, tvorí povrch, má určitú pevnosť v ťahu) a plynu (má tvar nádoby, v ktorej sa nachádza). Tepelný pohyb molekúl (atómov) kvapaliny je kombináciou malých vibrácií okolo rovnovážnych polôh a častých skokov z jednej rovnovážnej polohy do druhej. Súčasne v malých objemoch dochádza k pomalým pohybom molekúl a ich vibráciám. Časté skoky molekúl narúšajú usporiadanie na veľké vzdialenosti v usporiadaní častíc a určujú tekutosť kvapalín a malé vibrácie okolo rovnovážnych polôh určujú existenciu usporiadania na krátke vzdialenosti v kvapalinách.

Kvapaliny a tuhé látky, na rozdiel od plynov, možno považovať za vysoko kondenzované médiá. V nich sú molekuly (atómy) umiestnené oveľa bližšie k sebe a interakčné sily sú o niekoľko rádov väčšie ako v plynoch. Kvapaliny a pevné látky majú teda výrazne obmedzené možnosti expanzie, zjavne nemôžu zaberať ľubovoľný objem a pri konštantnom tlaku a teplote si zachovávajú svoj objem, bez ohľadu na to, v akom objeme sú umiestnené.

PLYNNÝ STAV(z franc. gaz, ktoré zasa pochádzalo z gréckeho chaos - chaos) je stav agregácie látky, v ktorom sú sily vzájomného pôsobenia jej častíc, vypĺňajúce celý im poskytnutý objem, zanedbateľné. V plynoch sú medzimolekulové vzdialenosti veľké a molekuly sa pohybujú takmer voľne.

Plyny možno považovať za výrazne prehriate alebo málo nasýtené pary kvapalín. Nad povrchom každej kvapaliny je para v dôsledku vyparovania. Keď sa tlak pary zvýši na určitú hranicu nazývanú tlak nasýtených pár, odparovanie kvapaliny sa zastaví, pretože tlak pary a kvapaliny sa zhoduje. Zníženie objemu nasýtenej pary spôsobuje skôr kondenzáciu časti pary ako zvýšenie tlaku. Preto tlak pár nemôže byť vyšší ako tlak nasýtených pár. Stav nasýtenia je charakterizovaný hmotnosťou nasýtenia obsiahnutou v 1 m3 hmoty nasýtenej pary, ktorá závisí od teploty. Nasýtená para sa môže stať nenasýtenou, ak sa zväčší jej objem alebo sa zvýši jej teplota. Ak je teplota pary oveľa vyššia ako bod varu zodpovedajúci danému tlaku, para sa nazýva prehriata.

PLAZMA je čiastočne alebo úplne ionizovaný plyn, v ktorom sú hustoty kladných a záporných nábojov takmer rovnaké. Slnko, hviezdy, oblaky medzihviezdnej hmoty pozostávajú z plynov - neutrálnych alebo ionizovaných (plazma). Na rozdiel od iných stavov agregácie je plazma plynom nabitých častíc (iónov, elektrónov), ktoré medzi sebou elektricky interagujú na veľké vzdialenosti, ale v usporiadaní častíc nemajú ani krátke, ani ďalekonosné usporiadanie.

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného, ​​kvapaliny sú schopné udržiavať objem, ale nie sú schopné samostatne udržiavať tvar. Prvá vlastnosť približuje kvapalinu k pevnej látke, druhá k plynu. Obe tieto vlastnosti nie sú absolútne. Všetky kvapaliny sú stlačiteľné, aj keď oveľa menej ako plyny. Všetky kvapaliny odolávajú zmene tvaru, posunutiu jednej časti objemu vzhľadom na druhú, hoci menej ako pevné látky.

Stav agregácie látky je určený silami pôsobiacimi medzi molekulami, vzdialenosťou medzi časticami a povahou ich pohybu.

IN ťažké stav, častice zaujímajú voči sebe určitú polohu. Má nízku stlačiteľnosť a mechanickú pevnosť, keďže molekuly nemajú voľnosť pohybu, ale iba vibrácie. Molekuly, atómy alebo ióny, ktoré tvoria pevnú látku, sa nazývajú štruktúrne jednotky. Pevné látky sa delia na amorfné a kryštalické(Tabuľka 27 ).

Tabuľka 33

Porovnávacie charakteristiky amorfných a kryštalických látok

Kryštalické látky sa topia pri presne definovanej teplote (Tm), amorfné látky nemajú presne stanovenú teplotu topenia; pri zahrievaní mäknú (charakterizované intervalom mäknutia) a prechádzajú do tekutého alebo viskózneho stavu. Vnútorná štruktúra amorfných látok sa vyznačuje náhodným usporiadaním molekúl . Kryštalický stav látky predpokladá správne usporiadanie v priestore častíc, ktoré tvoria kryštál, a vznik kryštalický (priestorové)rošty. Hlavnou črtou kryštalických telies je ich anizotropia - nepodobnosť vlastností (tepelná a elektrická vodivosť, mechanická pevnosť, rýchlosť rozpúšťania atď.) v rôznych smeroch, zatiaľ čo amorfné telesá izotropný .

Pevnékryštály- trojrozmerné útvary vyznačujúce sa prísnou opakovateľnosťou rovnakého konštrukčného prvku (jednotkovej bunky) vo všetkých smeroch. Jednotková bunka- predstavuje najmenší objem kryštálu vo forme rovnobežnostena, ktorý sa v kryštáli opakuje nekonečne veľakrát.

Základné parametre kryštálovej mriežky:

Energia kryštálovej mriežky (E cr. , kJ/mol) – Ide o energiu, ktorá sa uvoľní pri vzniku 1 molu kryštálu z mikročastíc (atómov, molekúl, iónov), ktoré sú v plynnom stave a sú od seba oddelené na vzdialenosť, ktorá vylučuje ich interakciu.

Mriežková konštanta ( d , [ A 0 ]) – najmenšia vzdialenosť medzi stredom dvoch častíc v kryštáli spojených chemickou väzbou.

Koordinačné číslo (c.n.) – počet častíc obklopujúcich centrálnu časticu v priestore, spojených s ňou chemickou väzbou.

Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálov, sa nazývajú uzly kryštálovej mriežky

Napriek rôznym tvarom kryštálov ich možno klasifikovať. Zaviedla sa systematizácia kryštálových foriem A.V. Gadolin(1867), vychádza zo znakov ich symetrie. V súlade s geometrickým tvarom kryštálov sú možné tieto sústavy (systémy): kubický, tetragonálny, ortorombický, monoklinický, triklinický, šesťuholníkový a romboedrický (obr. 18).

Tá istá látka môže mať rôzne kryštalické formy, ktoré sa líšia vnútorná štruktúra, a teda z hľadiska fyzikálno-chemických vlastností. Tento jav sa nazýva polymorfizmus . Izomorfizmus – dve látky rôznej povahy tvoria kryštály rovnakej štruktúry. Takéto látky sa môžu v kryštálovej mriežke navzájom nahradiť a vytvárať zmiešané kryštály.

Ryža. 18. Základné kryštálové sústavy.

V závislosti od typu častíc umiestnených v uzloch kryštálovej mriežky a typu väzieb medzi nimi sú kryštály štyroch typov: iónové, atómové, molekulárne a kovové(ryža . 19).

Ryža. 19. Typy kryštálov

Charakteristiky kryštálových mriežok sú uvedené v tabuľke. 34.

Otázky o tom, aký je stav agregácie, aké vlastnosti a vlastnosti majú pevné, kvapalné a plynné látky, sa riešia v niekoľkých školenia. Existujú tri klasické stavy hmoty s vlastnými charakteristickými štrukturálnymi vlastnosťami. Ich pochopenie je dôležitý bod v chápaní vied o Zemi, živých organizmoch a výrobných činnostiach. Tieto otázky študuje fyzika, chémia, geografia, geológia, fyzikálna chémia a iných vedných odborov. Látky, ktoré sú za určitých podmienok v jednom z troch základných typov skupenstva, sa môžu meniť so zvýšením alebo znížením teploty a tlaku. Uvažujme o možných prechodoch z jedného stavu agregácie do druhého, ako sa vyskytujú v prírode, technike a každodennom živote.

Čo je to stav agregácie?

Slovo latinského pôvodu „aggrego“ preložené do ruštiny znamená „pripojiť sa“. Vedecký výraz označuje stav toho istého tela, látky. Existencia pod istou hodnoty teploty a rozdielne tlaky pevných látok, plynov a kvapalín sú charakteristické pre všetky škrupiny Zeme. Okrem troch základných stavov agregácie existuje aj štvrtý. O zvýšená teplota a konštantnom tlaku sa plyn mení na plazmu. Aby sme lepšie pochopili, čo je stav agregácie, je potrebné zapamätať si najmenšie častice, ktoré tvoria látky a telá.

Vyššie uvedený diagram ukazuje: a - plyn; b - kvapalina; c je pevné teleso. Na takýchto obrázkoch kruhy označujú štrukturálne prvky látok. Toto symbol v skutočnosti atómy, molekuly, ióny nie sú pevné gule. Atómy pozostávajú z kladne nabitého jadra, okolo ktorého sa negatívne nabité elektróny pohybujú vysokou rýchlosťou. Poznatky o mikroskopickej štruktúre hmoty pomáhajú lepšie pochopiť rozdiely, ktoré existujú medzi rôznymi agregátnymi formami.

Predstavy o mikrosvete: od starovekého Grécka po 17. storočie

Prvé informácie o časticiach, ktoré tvoria fyzické telá, objavil sa v Staroveké Grécko. Myslitelia Democritus a Epicurus zaviedli taký koncept ako atóm. Verili, že tieto najmenšie nedeliteľné častice rôznych látok majú tvar, určité veľkosti a sú schopné vzájomného pohybu a interakcie. Atomizmus sa stal na svoju dobu najpokročilejším učením starovekého Grécka. Jeho rozvoj sa však v stredoveku spomalil. Odvtedy boli vedci prenasledovaní rímskou inkvizíciou katolícky kostol. Preto až do modernej doby neexistovala jasná predstava o tom, aký je stav hmoty. Až po 17. storočí vedci R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier sformulovali zásady atómovo-molekulárna teória, ktoré dodnes nestratili svoj význam.

Atómy, molekuly, ióny - mikroskopické častice štruktúry hmoty

Významný prelom v chápaní mikrosveta nastal v 20. storočí, keď bol vynájdený elektrónový mikroskop. Ak vezmeme do úvahy objavy, ktoré vedci urobili skôr, bolo možné zostaviť súvislý obraz mikrosveta. Teórie, ktoré popisujú stav a správanie najmenších častíc hmoty, sú pomerne zložité, týkajú sa oblasti Na pochopenie charakteristík rôznych agregovaných stavov hmoty stačí poznať názvy a charakteristiky hlavných štruktúrnych častíc, ktoré sa tvoria; rôzne látky.

1. Atómy sú chemicky nedeliteľné častice. Uložené v chemické reakcie, ale sú zničené v jadrových. Kovy a mnohé ďalšie látky atómovej štruktúry majú za normálnych podmienok pevný stav agregácie.
2. Molekuly sú častice, ktoré sa rozkladajú a tvoria pri chemických reakciách. kyslík, voda, oxid uhličitý, síra. Fyzikálny stav kyslíka, dusíka, oxidu siričitého, uhlíka, kyslíka za normálnych podmienok je plynný.
3. Ióny sú nabité častice, ktorými sa atómy a molekuly stávajú, keď získavajú alebo strácajú elektróny – mikroskopické záporne nabité častice. Mnohé soli majú iónovú štruktúru, napríklad kuchynská soľ, síran železitý a síran meďnatý.

Existujú látky, ktorých častice sa určitým spôsobom nachádzajú v priestore. Usporiadaná vzájomná poloha atómov, iónov a molekúl sa nazýva kryštálová mriežka. Typicky sú iónové a atómové kryštálové mriežky charakteristické pre pevné látky, molekulárne - pre kvapaliny a plyny. Diamant sa vyznačuje vysokou tvrdosťou. Jeho atómový krištáľová bunka tvorené atómami uhlíka. Mäkký grafit však pozostáva aj z atómov tohto chemický prvok. Len sa v priestore nachádzajú inak. Obvyklý stav agregácie síry je pevný, ale keď vysoké teploty látka sa mení na kvapalinu a amorfnú hmotu.

Látky v pevnom stave agregácie

Pevné látky si za normálnych podmienok zachovávajú svoj objem a tvar. Napríklad zrnko piesku, zrnko cukru, soľ, kúsok kameňa alebo kovu. Ak zahrejete cukor, látka sa začne topiť a zmení sa na viskóznu hnedú kvapalinu. Prestaneme ohrievať a opäť dostaneme tuhú hmotu. To znamená, že jednou z hlavných podmienok prechodu tuhej látky na kvapalinu je jej zahrievanie alebo zvýšenie vnútornej energie častíc látky. Pevné skupenstvo agregácie soli, ktorá sa používa na potraviny, sa dá tiež zmeniť. Ale na roztopenie kuchynskej soli je potrebná vyššia teplota ako pri zahrievaní cukru. Faktom je, že cukor pozostáva z molekúl a stolová soľ pozostáva z nabitých iónov, ktoré sú navzájom silnejšie priťahované. Pevné látky v kvapalnej forme si nezachovajú svoj tvar, pretože kryštálové mriežky sú zničené.

Kvapalný agregovaný stav soli pri tavení sa vysvetľuje porušením väzieb medzi iónmi v kryštáloch. Uvoľňujú sa nabité častice, ktoré môžu niesť elektrické náboje. Roztavené soli vedú elektrický prúd a sú vodičmi. V chemickom, hutníckom a strojárskom priemysle sa pevné látky premieňajú na kvapaliny, aby sa z nich získali nové zlúčeniny alebo sa im poskytli rôzne tvary. Kovové zliatiny sa rozšírili. Spôsobov ich získania je viacero spojených so zmenami stavu agregácie pevných surovín.

Kvapalina je jedným zo základných stavov agregácie

Ak do banky s okrúhlym dnom nalejete 50 ml vody, všimnete si, že látka okamžite nadobudne tvar chemickej nádoby. Ale akonáhle vylejeme vodu z banky, tekutina sa okamžite rozleje po povrchu stola. Objem vody zostane rovnaký – 50 ml, ale zmení sa jej tvar. Uvedené vlastnosti sú typické pre tekutá forma existencia hmoty. Mnohé organické látky sú kvapaliny: alkoholy, rastlinné oleje, kyseliny.

Mlieko je emulzia, t.j. tekutina obsahujúca kvapôčky tuku. Užitočným tekutým zdrojom je ropa. Získava sa z vrtov pomocou vrtných súprav na súši a v oceáne. Morská voda je tiež surovinou pre priemysel. Jeho rozdiel od sladkej vody riek a jazier spočíva v obsahu rozpustených látok, hlavne solí. Pri odparovaní z hladiny nádrží prechádzajú do parného stavu iba molekuly H 2 O, zostávajú rozpustené látky. Metódy na získanie sú založené na tejto vlastnosti užitočné látky z morskej vody a spôsoby jej čistenia.

Po úplnom odstránení solí sa získa destilovaná voda. Vrie pri 100 °C a mrzne pri 0 °C. Solanky sa varia a pri iných teplotách sa menia na ľad. Napríklad voda v Severnom ľadovom oceáne zamŕza pri povrchovej teplote 2 °C.

Fyzikálny stav ortuti za normálnych podmienok je kvapalný. Tento striebristo-šedý kov sa bežne používa na plnenie lekárskych teplomerov. Pri zahrievaní stúpa ortuťový stĺpec na stupnici a látka sa rozširuje. Prečo sa používa alkohol zafarbený červenou farbou a nie ortuť? Vysvetľujú to vlastnosti tekutého kovu. Pri 30-stupňových mrazoch sa mení stav agregácie ortuti, látka tuhne.

Ak sa lekársky teplomer rozbije a ortuť sa vyleje, zbieranie strieborných guličiek rukami je nebezpečné. Je škodlivé vdychovať výpary ortuti, táto látka je veľmi toxická. V takýchto prípadoch sa deti musia obrátiť o pomoc na svojich rodičov a dospelých.

Plynné skupenstvo

Plyny si nedokážu udržať svoj objem ani tvar. Naplňte banku až po vrch kyslíkom (jeho chemický vzorec O 2). Hneď ako otvoríme banku, začnú sa molekuly látky miešať so vzduchom v miestnosti. K tomu dochádza v dôsledku Brownovho pohybu. Dokonca aj staroveký grécky vedec Democritus veril, že častice hmoty sú v neustálom pohybe. V pevných látkach za normálnych podmienok atómy, molekuly a ióny nemajú možnosť opustiť kryštálovú mriežku alebo sa oslobodiť od väzieb s inými časticami. To je možné len vtedy, keď sa veľké množstvo energie dodáva zvonku.

V kvapalinách je vzdialenosť medzi časticami o niečo väčšia ako v pevných látkach, ktoré vyžadujú menej energie na prerušenie medzimolekulových väzieb. Napríklad kvapalný stav kyslíka sa pozoruje iba vtedy, keď teplota plynu klesne na -183 °C. Pri teplote -223 °C tvoria molekuly O 2 pevnú látku. Keď teplota stúpne nad tieto hodnoty, kyslík sa mení na plyn. Práve v tejto forme sa nachádza za normálnych podmienok. Zapnuté priemyselné podniky Existujú špeciálne zariadenia na oddeľovanie atmosférického vzduchu a získavanie dusíka a kyslíka z neho. Najprv sa vzduch ochladí a skvapalní a potom sa teplota postupne zvyšuje. Dusík a kyslík sa premenia na plyny, keď rozdielne podmienky.

Atmosféra Zeme obsahuje 21 % kyslíka a 78 % objemu dusíka. Tieto látky sa v plynnom obale planéty nenachádzajú v kvapalnej forme. Kvapalný kyslík má svetlomodrú farbu a je vysoký krvný tlak plniace fľaše na použitie v zdravotníckych zariadeniach. V priemysle a stavebníctve sú skvapalnené plyny potrebné na vykonávanie mnohých procesov. Kyslík je potrebný na zváranie plynom a rezanie kovov, v chémii - na oxidačné reakcie anorganických a organickej hmoty. Ak otvoríte ventil kyslíkovej fľaše, tlak sa zníži a kvapalina sa zmení na plyn.

Skvapalnený propán, metán a bután majú široké využitie v energetike, doprave, priemysle a domácnostiach. Tieto látky sa získavajú z zemný plyn alebo pri krakovaní (štiepení) ropných surovín. Zmesi uhlíka, kvapaliny a plynu hrajú dôležitú úlohu v ekonomikách mnohých krajín. Zásoby ropy a zemného plynu sú však značne vyčerpané. Podľa vedcov táto surovina vydrží 100-120 rokov. Alternatívny zdroj energie – prúdenie vzduchu (vietor). Na prevádzku elektrární sa využívajú rýchlo tečúce rieky a príliv a odliv na brehoch morí a oceánov.

Kyslík, podobne ako iné plyny, môže byť v štvrtom stave agregácie, čo predstavuje plazmu. Neobvyklý prechod z pevného do plynného skupenstva - charakteristický kryštalický jód. Tmavofialová látka podlieha sublimácii – mení sa na plyn, pričom obchádza kvapalné skupenstvo.

Ako sa robia prechody z jednej agregovanej formy hmoty do druhej?

Zmeny v agregovanom stave látok nie sú spojené s chemickými premenami fyzikálnych javov. Ako teplota stúpa, veľa pevných látok sa topí a mení sa na kvapaliny. Ďalšie zvýšenie teploty môže viesť k vyparovaniu, teda k plynnému stavu látky. V prírode a hospodárstve sú takéto prechody charakteristické pre jednu z hlavných látok na Zemi. Ľad, kvapalina, para sú stavy vody za rôznych vonkajších podmienok. Zlúčenina je rovnaká, jej vzorec je H 2 O. Pri teplote 0 ° C a pod touto hodnotou voda kryštalizuje, to znamená, že sa mení na ľad. Keď teplota stúpa, výsledné kryštály sa zničia - ľad sa topí a opäť sa získa tekutá voda. Pri jeho zahriatí vzniká vyparovanie – premena vody na plyn – nastáva aj pri nízke teploty. Napríklad zamrznuté mláky postupne miznú, pretože sa voda vyparuje. Aj v mrazivom počasí mokrá bielizeň schne, no tento proces trvá dlhšie ako v horúcom dni.

Všetky uvedené prechody vody z jedného stavu do druhého majú veľkú hodnotu pre prírodu Zeme. Atmosférické javy, klíma a počasie sú spojené s vyparovaním vody z hladiny Svetového oceánu, prenosom vlhkosti v podobe mrakov a hmly na súš a so zrážkami (dážď, sneh, krupobitie). Tieto javy tvoria základ svetového kolobehu vody v prírode.

Ako sa menia agregované stavy síry?

Za normálnych podmienok sú síra žiarivo lesklé kryštály alebo svetložltý prášok, t.j. je to pevná látka. Fyzikálny stav síry sa pri zahrievaní mení. Po prvé, keď teplota stúpne na 190 °C, žltá látka sa roztopí a zmení sa na pohyblivú kvapalinu.

Ak rýchlo nalejete tekutú síru do studená voda potom sa získa hnedá amorfná hmota. Pri ďalšom zahrievaní taveniny síry sa stáva čoraz viskóznejšou a tmavne. Pri teplotách nad 300 °C sa opäť mení stav agregácie síry, látka nadobúda vlastnosti kvapaliny a stáva sa mobilnou. Tieto prechody vznikajú v dôsledku schopnosti atómov prvku vytvárať reťazce rôznych dĺžok.

Prečo môžu byť látky v rôznych fyzikálnych stavoch?

Stav agregácie síry, jednoduchej látky, je za bežných podmienok tuhá látka. Oxid siričitý je plyn, kyselina sírová je olejovitá kvapalina ťažšia ako voda. Na rozdiel od kyseliny chlorovodíkovej a dusičnej nie je prchavý, molekuly sa z jeho povrchu neodparujú. Aký stav agregácie má plastická síra, ktorá sa získava zahrievaním kryštálov?

Vo svojej amorfnej forme má látka štruktúru kvapaliny s nevýznamnou tekutosťou. Plastová síra si však súčasne zachováva svoj tvar (ako pevná látka). Existujú tekuté kryštály, ktoré majú množstvo charakteristických vlastností pevných látok. Stav látky za rôznych podmienok teda závisí od jej povahy, teploty, tlaku a iných vonkajších podmienok.

Aké vlastnosti existujú v štruktúre pevných látok?

Existujúce rozdiely medzi základnými agregovanými stavmi hmoty sa vysvetľujú interakciou medzi atómami, iónmi a molekulami. Prečo napríklad pevné skupenstvo hmoty vedie k schopnosti telies udržať si objem a tvar? V kryštálovej mriežke kovu alebo soli sa štruktúrne častice navzájom priťahujú. V kovoch kladne nabité ióny interagujú s tým, čo sa nazýva „elektrónový plyn“, súbor voľných elektrónov v kuse kovu. Kryštály soli vznikajú v dôsledku priťahovania opačne nabitých častíc - iónov. Vzdialenosť medzi vyššie uvedenými štruktúrnymi jednotkami pevných látok je oveľa menšia ako veľkosť samotných častíc. V tomto prípade pôsobí elektrostatická príťažlivosť, dodáva silu, ale odpudzovanie nie je dostatočne silné.

Na zničenie pevného stavu agregácie látky je potrebné vynaložiť úsilie. Kovy, soli a atómové kryštály sa topia pri veľmi vysokých teplotách. Napríklad železo sa stáva tekutým pri teplotách nad 1538 °C. Volfrám je žiaruvzdorný a používa sa na výrobu žiaroviek pre žiarovky. Existujú zliatiny, ktoré sa stávajú tekutými pri teplotách nad 3000 °C. Mnohé na Zemi sú v pevnom stave. Tieto suroviny sa ťažia technológiou v baniach a lomoch.

Na oddelenie čo i len jedného iónu z kryštálu je potrebné minúť veľké množstvo energie. Ale stačí rozpustiť soľ vo vode, aby sa kryštálová mriežka rozpadla! Tento jav sa vysvetľuje úžasnými vlastnosťami vody ako polárneho rozpúšťadla. Molekuly H 2 O interagujú s iónmi solí, čím sa ničí chemická väzba medzi nimi. Rozpúšťanie teda nie je jednoduché zmiešanie rôznych látok, ale fyzikálno-chemická interakcia medzi nimi.

Ako interagujú molekuly kvapaliny?

Voda môže byť kvapalina, pevná látka a plyn (para). Toto sú jeho základné stavy agregácie za normálnych podmienok. Molekuly vody pozostávajú z jedného atómu kyslíka, na ktorý sú naviazané dva atómy vodíka. Dochádza k polarizácii chemickej väzby v molekule a na atómoch kyslíka sa objavuje čiastočný záporný náboj. Vodík sa stáva kladným pólom v molekule, priťahovaný atómom kyslíka inej molekuly. Toto sa nazýva „vodíková väzba“.

Kvapalný stav agregácie je charakterizovaný vzdialenosťami medzi štruktúrnymi časticami porovnateľnými s ich veľkosťou. Príťažlivosť existuje, ale je slabá, takže voda si neudrží svoj tvar. K odparovaniu dochádza v dôsledku deštrukcie väzieb, ktoré sa vyskytujú na povrchu kvapaliny aj pri izbovej teplote.

Existujú medzimolekulové interakcie v plynoch?

Plynné skupenstvo látky sa líši od kvapalného a tuhého v mnohých parametroch. Medzi štruktúrnymi časticami plynov sú veľké medzery, oveľa väčšie ako veľkosti molekúl. V tomto prípade príťažlivé sily vôbec nepôsobia. Plynný stav agregácie je charakteristický pre látky prítomné vo vzduchu: dusík, kyslík, oxid uhličitý. Na obrázku nižšie je prvá kocka naplnená plynom, druhá kvapalinou a tretia pevnou látkou.

Mnoho kvapalín je prchavých; molekuly látky sa odtrhnú od ich povrchu a dostanú sa do vzduchu. Napríklad, ak otvorenie otvorenej fľaše s kyselina chlorovodíková prineste si namočený vatový tampón amoniak, potom sa objaví biely dym. Priamo vo vzduchu prebieha chemická reakcia medzi kyselinou chlorovodíkovou a amoniakom, pričom vzniká chlorid amónny. V akom stave agregácie je táto látka? Jeho častice, ktoré tvoria biely dym, sú drobné pevné kryštály soli. Tento experiment sa musí vykonať pod kapotou; látky sú toxické.

Záver

Stav agregácie plynu študovali mnohí vynikajúci fyzici a chemici: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendeleev, Le Chatelier. Vedci sformulovali zákony, ktoré vysvetľujú správanie sa plynných látok pri chemických reakciách pri zmene vonkajších podmienok. Otvorené vzory neboli zahrnuté len v školských a univerzitných učebniciach fyziky a chémie. veľa chemická výroba sú založené na poznatkoch o správaní a vlastnostiach látok v rôznych stavoch agregácie.

: [v 30 zväzkoch] / kap. vyd. A. M. Prochorov; 1969-1978, diel 1).

Návrat