A természetben a víz háromféle állapotban található:

szilárd állapot (hó, jégeső, jég);
folyékony állapot (víz, köd, harmat és eső);
gáz halmazállapotú (gőz).

Kora gyermekkoruktól kezdve, még az iskolában is tanulmányozzák a víz különböző fizikai állapotait: köd, csapadék, jégeső, hó, jég stb. Van olyan, amelyet az iskolában részletesen tanulmányoznak. Minden nap találkoznak velünk az életben, és befolyásolják életünket. – ez a víz bizonyos hőmérsékletű és nyomású állapota, amelyet egy bizonyos intervallumon belül jellemeznek.

A víz állapotának alapfogalmait tisztázni kell, hogy a köd állapota és a felhős állapot nem gázképződésre utal. Kondenzáció során jelennek meg. Ez a víz egyedülálló tulajdonsága, amely három különböző halmazállapotú lehet. A víz három állapota létfontosságú a bolygó számára, ezek alkotják a hidrológiai körforgást és biztosítják a víz keringését a természetben. Az iskolában különféle kísérleteket mutatnak be a párolgás és. A természet bármely szegletében a víz az élet forrásának számít. Van egy negyedik állapot, amely nem kevésbé fontos - a Deryagin víz (orosz változat), vagy ahogy jelenleg szokás nevezni - a nanocső víz (amerikai változat).

Szilárd halmazállapotú víz

Forma és térfogata megmarad. Alacsony hőmérsékleten az anyag megfagy és szilárd anyaggá alakul. Ha a nyomás magas, akkor magasabb megszilárdulási hőmérséklet szükséges. A szilárd anyag lehet kristályos vagy amorf. A kristályban az atom helyzete szigorúan rendezett. A kristályok alakja természetes és poliéderhez hasonlít. Egy amorf testben a pontok kaotikusan helyezkednek el, és csak rövid hatótávolságú rendet tartanak fenn bennük.

A víz folyékony állapota

Folyékony állapotban a víz megtartja térfogatát, de alakja nem marad meg. Ez alatt azt értjük, hogy a folyadék a térfogatnak csak egy részét foglalja el, és a teljes felületen át tud áramlani. Amikor az iskolában a folyékony állapot kérdéseivel foglalkozik, meg kell értenie, hogy ez egy köztes állapot a szilárd közeg és a gáznemű közeg között. A folyadékokat tiszta és keverék állapotokra osztják. Egyes keverékek nagyon fontosak az élethez, például a vér vagy a tengervíz. A folyadékok oldószerként működhetnek.

Gáz állapot

A forma és a térfogat nem marad meg. Más módon a gáznemű állapotot, amelyet az iskolában tanulnak, vízgőznek nevezik. A kísérletek egyértelműen azt mutatják, hogy a gőz láthatatlan, levegőben oldódik, és relatív páratartalmat mutat. Az oldhatóság függ a hőmérséklettől és a nyomástól. A telített gőz és a harmatpont a maximális koncentráció mutatói. A gőz és a köd az aggregáció különböző állapotai.

Az aggregáció negyedik állapota a plazma

A plazma tanulmányozását és a modern kísérleteket egy kicsit később kezdték fontolóra venni. A plazma teljesen vagy részben ionizált gáz, magas hőmérsékleten egyensúlyi állapotban fordul elő. Földi körülmények között gázkisülés képződik. A plazma tulajdonságai határozzák meg gázhalmazállapotát, csakhogy mindebben óriási szerepe van az elektrodinamikának. Az aggregált állapotok közül a plazma a leggyakoribb az Univerzumban. A csillagok és a bolygóközi tér tanulmányozása kimutatta, hogy az anyagok plazmaállapotban vannak.

Hogyan változnak az aggregációs állapotok?

Az egyik állapotból a másikba való átmenet folyamatának megváltoztatása:

- folyékony - gőz (párolgás és forralás);

- gőz - folyékony (kondenzáció);

- folyékony - jég (kristályosítás);

- jég - folyékony (olvadó);

- jég - gőz (szublimáció);

- gőz - jég, fagyképződés (desublimáció).

A vizet érdekes természetes föld ásványnak nevezik. Ezek a kérdések összetettek és folyamatos tanulmányozást igényelnek. Az iskolai fizikai állapotot az elvégzett kísérletek igazolják, és ha kérdések merülnek fel, a kísérletek egyértelműen lehetővé teszik az órán tanított anyag megértését. Párolgáskor a folyadék átalakul, a folyamat nulla foktól indulhat. A hőmérséklet emelkedésével nő. Ennek intenzitását 100 fokon végzett forralási kísérletek igazolják. A párolgás kérdéseire a tavak, folyók felszínéről, sőt a szárazföldről történő párolgás is választ kap. Lehűléskor fordított átalakulási folyamat megy végbe, amikor egy gázból folyadék keletkezik. Ezt a folyamatot kondenzációnak nevezik, amikor a levegőben lévő vízgőzből kis felhőcseppek keletkeznek.

Feltűnő példa a higanyhőmérő, amelyben a higany -39 fokos hőmérsékleten folyékony állapotban van, a higany szilárd halmazállapotúvá válik. Lehetőség van a szilárd test állapotának megváltoztatására, de ez további erőfeszítéseket igényel, például egy köröm hajlításánál. Az iskolások gyakran kérdéseket tesznek fel azzal kapcsolatban, hogy a szilárd test hogyan formálódik. Ezt gyárakban és speciális műhelyekben végzik speciális berendezésekkel. Abszolút bármilyen anyag létezhet három halmazállapotban, beleértve a vizet is, ez a fizikai feltételektől függ. Amikor a víz egyik állapotból a másikba kerül, megváltozik a molekula elrendezése és mozgása, de a molekula összetétele nem változik. A kísérleti feladatok segítenek az ilyen érdekes állapotok megfigyelésében.

Bevezetés

1. Az anyag halmazállapota gáz

2. Az anyag halmazállapota folyékony

3. Halmazállapot – szilárd

4. Az anyag negyedik halmazállapota a plazma

Következtetés

Felhasznált irodalom jegyzéke

Bevezetés

Mint tudják, a természetben számos anyag három halmazállapotban létezhet: szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú.

Az anyag részecskéi közötti kölcsönhatás szilárd állapotban a legkifejezettebb. A molekulák közötti távolság megközelítőleg megegyezik a saját méretükkel. Ez elég erős kölcsönhatáshoz vezet, ami gyakorlatilag lehetetlenné teszi a részecskék mozgását: egy bizonyos egyensúlyi helyzet körül oszcillálnak. Megőrzik alakjukat és térfogatukat.

A folyadékok tulajdonságait szerkezetük is magyarázza. A folyadékokban lévő anyagrészecskék kevésbé intenzíven lépnek kölcsönhatásba, mint a szilárd anyagokban, ezért hirtelen megváltoztathatják helyzetüket - a folyadékok nem tartják meg alakjukat - folyékonyak.

A gáz olyan molekulák halmaza, amelyek egymástól függetlenül, minden irányban véletlenszerűen mozognak. A gázoknak nincs saját alakjuk, elfoglalják a számukra biztosított teljes térfogatot és könnyen összenyomhatók.

Van egy másik halmazállapot is - a plazma.

Ennek a munkának az a célja, hogy megvizsgálja a meglévő halmazállapotokat, azonosítsa azok előnyeit és hátrányait.

Ehhez a következő összesített állapotokat kell végrehajtani és figyelembe venni:

2. folyadékok

3.szilárd

3. Halmazállapot – szilárd

Szilárd, az anyag aggregációjának négy állapotának egyike, amely különbözik a többi aggregációs állapottól (folyadékok, gázok, plazma) az egyensúlyi helyzetek körül kis rezgéseket végző atomok alakstabilitása és hőmozgásának természete. A mellkas kristályos állapotával együtt van egy amorf állapot is, beleértve az üveges állapotot is. A kristályokat az atomok elrendezésének nagy hatótávolságú rendje jellemzi. Az amorf testekben nincs nagy hatótávolságú rend.

MEGHATÁROZÁS

Anyag nagyszámú részecske (atomok, molekulák vagy ionok) gyűjteménye.

Az anyagok összetett szerkezetűek. Az anyag részecskéi kölcsönhatásba lépnek egymással. Az anyagban lévő részecskék kölcsönhatásának természete határozza meg az aggregációs állapotát.

Az aggregált állapotok típusai

A következő aggregációs állapotokat különböztetjük meg: szilárd, folyékony, gáz, plazma.

Szilárd állapotban a részecskék rendszerint szabályos geometriai szerkezetté egyesülnek. A részecskék kötési energiája nagyobb, mint hőrezgéseik energiája.

Ha a testhőmérsékletet emeljük, a részecskék hőrezgésének energiája nő. Egy bizonyos hőmérsékleten a hőrezgések energiája nagyobb lesz, mint a kötések energiája. Ezen a hőmérsékleten a részecskék közötti kötések megszakadnak és újra kialakulnak. Ebben az esetben a részecskék különböző típusú mozgásokat végeznek (oszcilláció, forgás, mozgások egymáshoz képest stb.). Ugyanakkor továbbra is kapcsolatban állnak egymással. A helyes geometriai szerkezet megszakadt. Az anyag folyékony halmazállapotú.

A hőmérséklet további emelkedésével a hőingadozások felerősödnek, a részecskék közötti kötések még gyengébbekké válnak, és gyakorlatilag hiányoznak. Az anyag gáz halmazállapotú. Az anyag legegyszerűbb modellje egy ideális gáz, amelyben úgy gondolják, hogy a részecskék bármilyen irányban szabadon mozognak, csak az ütközés pillanatában lépnek kölcsönhatásba egymással, és teljesülnek a rugalmas ütközés törvényei.

Megállapíthatjuk, hogy a hőmérséklet emelkedésével egy anyag rendezett szerkezetből rendezetlen állapotba kerül.

A plazma egy gáznemű anyag, amely semleges részecskék, ionok és elektronok keverékéből áll.

Hőmérséklet és nyomás különböző halmazállapotokban

Az anyagok különböző aggregációs állapotait a hőmérséklet és a nyomás határozza meg. Az alacsony nyomás és a magas hőmérséklet gázoknak felel meg. Alacsony hőmérsékleten az anyag általában szilárd halmazállapotú. A közbenső hőmérsékletek folyékony halmazállapotú anyagokra vonatkoznak. Egy anyag aggregált állapotának jellemzésére gyakran alkalmaznak fázisdiagramot. Ez egy diagram, amely az aggregáció állapotának nyomástól és hőmérséklettől való függését mutatja.

A gázok fő jellemzője tágulási képességük és összenyomhatóságuk. A gázoknak nincs formájuk a tartály alakjában. A gáz térfogata határozza meg a tartály térfogatát. A gázok bármilyen arányban keverhetők egymással.

A folyadékoknak nincs alakjuk, de térfogatuk van. A folyadékok nem tömörülnek jól, csak nagy nyomáson.

A szilárd anyagoknak van alakja és térfogata. Szilárd állapotban lehetnek fémes, ionos és kovalens kötéssel rendelkező vegyületek.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat

Rajzolja fel valamilyen absztrakt anyag állapotainak fázisdiagramját! Magyarázza meg a jelentését.

Megoldás

Készítsünk rajzot.

Az állapotdiagram az 1. ábrán látható. Három régióból áll, amelyek megfelelnek az anyag kristályos (szilárd) halmazállapotának, folyékony és gáz halmazállapotnak. Ezeket a területeket görbék választják el egymástól, amelyek a kölcsönösen inverz folyamatok határait jelzik:

01 - olvadás - kristályosítás;

02 - forrás - kondenzáció;

03 - szublimáció - deszublimáció.

Az összes görbe metszéspontja (O) hármaspont. Ezen a ponton egy anyag három halmazállapotban létezhet. Ha az anyag hőmérséklete a kritikus hőmérséklet () felett van (2. pont), akkor a részecskék kinetikus energiája nagyobb, mint a kölcsönhatásuk potenciális energiája ilyen hőmérsékleten az anyag bármilyen nyomáson gázzá válik. A fázisdiagramból jól látható, hogy ha a nyomás nagyobb, mint , akkor a hőmérséklet emelkedésével a szilárd anyag megolvad. Az olvadás után a nyomás növekedése a forráspont növekedéséhez vezet. Ha a nyomás kisebb, mint , akkor a szilárd anyag hőmérsékletének emelkedése közvetlenül gáz halmazállapotba való átmenethez (szublimációhoz) vezet (G pont).

2. PÉLDA

Gyakorlat

Magyarázza el, mi különbözteti meg az aggregáció egyik állapotát a másiktól?

Megoldás

Különböző aggregációs állapotokban az atomok (molekulák) eltérő elrendezésűek. Így a kristályrácsok atomjai (molekulái vagy ionjai) rendezetten helyezkednek el, és kis rezgéseket képesek végrehajtani az egyensúlyi helyzetek körül. A gázmolekulák rendezetlen állapotban vannak, és jelentős távolságokra mozoghatnak. Ezenkívül a különböző aggregációs állapotú anyagok belső energiája (azonos anyagtömegeknél) különböző hőmérsékleteken eltérő. Az egyik halmozódási állapotból a másikba való átmenet folyamatait a belső energia változása kíséri. Átmenet: szilárd - folyékony - gáz, a belső energia növekedését jelenti, mivel a molekulák mozgásának kinetikai energiája nő.

Bármely anyag molekulákból áll, és fizikai tulajdonságai attól függnek, hogy a molekulák hogyan vannak elrendezve, és hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással. A hétköznapi életben az anyag három halmazállapotát figyeljük meg: szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú.

Például a víz lehet szilárd (jég), folyékony (víz) és gáz halmazállapotú (gőz).

Gáz addig bővül, amíg el nem tölti a hozzá rendelt teljes kötetet. Ha egy gázt molekuláris szinten tekintünk, akkor véletlenszerűen rohanó és egymással és az edény falával ütköző molekulákat fogunk látni, amelyek azonban gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Ha növeli vagy csökkenti az edény térfogatát, a molekulák egyenletesen eloszlanak az új térfogatban.

Ellentétben a gázzal, adott hőmérsékleten meghatározott térfogatot foglal el, ugyanakkor megtöltött edény formáját is ölti - de csak a felszíne alatt. Molekuláris szinten a folyadékot legkönnyebben gömb alakú molekuláknak fogjuk fel, amelyek bár szorosan érintkeznek egymással, szabadon gördülhetnek egymás körül, mint kerek gyöngyök egy tégelyben. Öntsön folyadékot egy edénybe - és a molekulák gyorsan szétterülnek, és kitöltik az edény térfogatának alsó részét, ennek eredményeként a folyadék felveszi alakját, de nem terjed el az edény teljes térfogatában.

Szilárd saját alakja van, és nem terjed szét a tartály térfogatábanés nem veszi fel a formáját. Mikroszkopikus szinten az atomok kémiai kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, egymáshoz viszonyított helyzetük rögzített. Ugyanakkor merev rendezett szerkezeteket - kristályrácsokat - és rendezetlen rendetlenséget - amorf testeket is alkothatnak (pontosan ez a polimerek szerkezete, amelyek úgy néznek ki, mint egy tálban összekuszált és ragadós tészta).

A fentiekben három klasszikus aggregatív halmazállapotot ismertettünk. Van azonban egy negyedik állapot is, amelyet a fizikusok általában aggregátumnak minősítenek. Ez egy plazma állapot. A plazma jellemzője az elektronok részleges vagy teljes eltávolítása atomi pályájukról, miközben maguk a szabad elektronok az anyag belsejében maradnak.

Az aggregált halmazállapotok változásait saját szemünkkel figyelhetjük meg a természetben. A víz a tározók felszínéről elpárolog, és felhők képződnek. Így alakul a folyadék gázzá. Télen a tározókban lévő víz megfagy, szilárd halmazállapotúvá válik, tavasszal pedig újra megolvad, és visszafolyik. Mi történik az anyag molekuláival, amikor egyik állapotból a másikba lépnek át? Változnak? A jégmolekulák például különböznek a gőzmolekuláktól? A válasz egyértelmű: nem. A molekulák teljesen ugyanazok maradnak. Változik a mozgási energiájuk, és ennek megfelelően az anyag tulajdonságai.

A gőzmolekulák energiája elég nagy ahhoz, hogy különböző irányokba szétrepüljenek, és lehűtve a gőz folyadékká kondenzálódik, és a molekuláknak még van annyi energiájuk, hogy szinte szabadon mozogjanak, de nem elég ahhoz, hogy elszakadjanak más molekulák vonzásától. és elrepül. A további hűtéssel a víz megfagy, szilárd anyaggá válik, és a molekulák energiája már arra sem elegendő, hogy szabadon mozogjanak a testben. Egy hely körül vibrálnak, más molekulák vonzó ereje által tartva.

Állami	Tulajdonságok
Gáznemű	1. Az a képesség, hogy felvegye egy edény térfogatát és alakját. 2. Összenyomhatóság. 3. Gyors diffúzió (molekulák kaotikus mozgása). 4. E kinetika.
	> E potenciál 1. Az a képesség, hogy felvegye az edény azon részének alakját, amelyet az anyag elfoglal. 2. Az edény feltöltésének elmulasztása. 3. Alacsony összenyomhatóság. 4. Lassú diffúzió. 5. Folyékonyság.
	6. E kinetika. = E potenciál 1. A jellegzetes forma és térfogat megtartásának képessége. 2. Alacsony összenyomhatóság (nyomás alatt). 3. Nagyon lassú diffúzió a részecskék oszcilláló mozgása miatt.< Е потенц.

4. Nincs forgalom.

5. E kinetika. Egy anyag aggregációs állapotát a molekulák között ható erők, a részecskék távolsága és mozgásuk természete határozzák meg. IN keményállapotában a részecskék egy bizonyos pozíciót foglalnak el egymáshoz képest. Alacsony összenyomhatósága és mechanikai szilárdsága, mivel a molekuláknak nincs mozgásszabadsága, csak rezgésük van. A szilárd anyagot alkotó molekulákat, atomokat vagy ionokat nevezzük szerkezeti egységek. A szilárd anyagok fel vannak osztva ).

amorf és kristályos

(27. táblázat

33. táblázat

Amorf és kristályos anyagok összehasonlító jellemzői

Anyag

Jellegzetes

Amorf

1. A részecskék elrendezésének rövid hatótávolságú sorrendje.

4. Termodinamikai instabilitás (nagy belső energiatartalék).

4. Lassú diffúzió.

Példák: borostyán, üveg, szerves polimerek stb.

Kristályos

1. A részecskék elrendezésének nagy hatótávolságú sorrendje.

2. Fizikai tulajdonságok anizotrópiája.

3. Fajlagos olvadáspont.

4. Termodinamikai stabilitás (alacsony belső energiatartalék).

5. Vannak szimmetriaelemek.

Példák: fémek, ötvözetek, szilárd sók, szén (gyémánt, grafit) stb.

A kristályos anyagok szigorúan meghatározott hőmérsékleten (Tm) megolvadnak, az amorf anyagoknak nincs egyértelműen meghatározott olvadáspontja; hevítéskor meglágyulnak (lágyulási intervallum jellemzi), és folyékony vagy viszkózus állapotba kerülnek. Az amorf anyagok belső szerkezetét a molekulák véletlenszerű elrendezése jellemzi . Az anyag kristályos állapota feltételezi a kristályt alkotó részecskék helyes térbeli elrendeződését és a képződést. kristályos (térbeli)rácsok. A kristályos testek fő jellemzője az anizotrópia - a tulajdonságok (hő- és elektromos vezetőképesség, mechanikai szilárdság, oldódási sebesség stb.) különböző irányú eltérései, míg az amorf testek izotróp .

Szilárdkristályok- háromdimenziós képződmények, amelyeket ugyanazon szerkezeti elem (egységsejt) minden irányban szigorú megismételhetősége jellemez. Egységcella- a kristály legkisebb térfogatát jelöli paralelepipedon formájában, a kristályban végtelen számú alkalommal ismétlődik.

A kristályrács alapvető paraméterei:

A kristályrács energiája (E cr. , kJ/mol) – Ez az az energia, amely a gáz halmazállapotú, egymástól olyan távolságra elválasztott mikrorészecskékből (atomok, molekulák, ionok) 1 mól kristály képződése során szabadul fel, amely kizárja kölcsönhatásukat.

rácsállandó ( d , [ A 0 ]) – a legkisebb távolság két részecske középpontja között egy kémiai kötéssel összekapcsolt kristályban.

Koordinációs szám (c.n.) – a központi részecskét a térben körülvevő részecskék száma, amelyek kémiai kötéssel kapcsolódnak hozzá.

Azokat a pontokat, ahol a kristályrészecskék találhatók, ún kristályrács csomópontok

A kristályformák sokfélesége ellenére osztályozhatók. Bevezették a kristályformák rendszerezését A.V. Gadolin(1867), szimmetriájukon alapul. A kristályok geometriai alakjának megfelelően a következő rendszerek (rendszerek) lehetségesek: köbös, tetragonális, ortorombikus, monoklin, triklinikus, hatszögletű és romboéderes (18. ábra).

Ugyanazon anyagnak különböző kristályformái lehetnek, amelyek belső szerkezetükben, így fizikai és kémiai tulajdonságaikban is különböznek. Ezt a jelenséget az ún polimorfizmus . Izomorfizmus – két különböző természetű anyag azonos szerkezetű kristályokat képez. Az ilyen anyagok helyettesíthetik egymást a kristályrácsban, kevert kristályokat képezve.

Rizs. 18. Alapvető kristályrendszerek.

A kristályrács csomópontjain található részecskék típusától és a közöttük lévő kötések típusától függően a kristályok négy típusba sorolhatók: ionos, atomi, molekuláris és fémes(rizs . 19).