Co je souhrnný stav? Souhrnný stav hmoty

Otázky o tom, jaký je souhrnný stav, jaké vlastnosti a vlastnosti mají pevné látky, kapaliny a plyny, jsou zvažovány v několika školeních. Existují tři klasické stavy hmoty s jejich charakteristickými rysy struktury. Jejich porozumění je důležitým okamžikem pro pochopení věd o Zemi, živých organismů, výrobních aktivit. Tyto otázky jsou studovány ve fyzice, chemii, geografii, geologii, fyzikální chemii a dalších vědních oborech. Látky, které jsou za určitých podmínek v jednom ze tří základních typů stavu, se mohou měnit s rostoucí nebo klesající teplotou a tlakem. Zvažme možné přechody z jednoho agregačního stavu do druhého, jak jsou prováděny v přírodě, technologii a každodenním životě.

Co je souhrnný stav?

Latinské slovo "aggrego" v ruštině znamená "připojit se". Vědecký výraz se týká stavu stejného těla, podstaty. Existence pevných těles, plynů a kapalin při určitých teplotních hodnotách a různých tlacích je charakteristická pro všechny skořápky Země. Kromě tří základních souhrnných stavů je také čtvrtá. Při zvýšené teplotě a konstantním tlaku se plyn stává plazmatem. Abyste lépe pochopili, jaký je souhrnný stav, musíte si zapamatovat ty nejmenší částice, které tvoří látky a těla.

Výše uvedený diagram ukazuje: a-gas-b-liquid-c-solid. V těchto číslech označují kruhy strukturní prvky látek. Toto je konvenční označení, ve skutečnosti atomy, molekuly, ionty nejsou pevné koule. Atomy se skládají z kladně nabitého jádra, kolem něhož se negativně nabité elektrony pohybují vysokou rychlostí. Znalost mikroskopické struktury hmoty pomáhá lépe porozumět rozdílům, které existují mezi různými agregovanými formami.

Reprezentace o mikrokosmu: od starověkého Řecka až do 17. století

První informace o částicích, z nichž jsou složeny fyzické těla, se objevily ve starověkém Řecku. Myslitelé Democritus a Epicurus představili takový koncept atomu. Domnívali se, že nejmenší nedělitelné částice různých látek mají tvar definovaný rozměr, který je schopen pohybu a vzájemné interakci. Atomismus se pro svou dobu stal nejpokročilejším učením starověkého Řecka. Ale jeho vývoj se zastavil ve středověku. Od té doby se vědci honili inkvizice římsko-katolické církve. Proto, až do nového času, neexistovala žádná srozumitelná koncepce toho, co je souhrnný stav hmoty. Teprve poté, co vědci v XVII století Robert Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, Lavoisier formuloval atomové-molekulární teorii, neztratili jejich význam i dnes.

Atomy, molekuly, ionty - mikroskopické částice struktury hmoty

Významný průlom v chápání mikrosvěta nastala ve dvacátém století, kdy byl vynalezen elektronický mikroskop. Vezmeme-li v úvahu objevy, které vědci provedli dříve, bylo možné přeložit harmonický obraz mikrosvěta. Teorie popisující stav a chování nejmenších částic hmoty jsou poměrně složité, patří k terénu kvantová fyzika. Pro pochopení vlastností různých agregátních stavů hmoty stačí znát jména a rysy hlavních strukturních částic, které tvoří různé látky.

1. Atomy jsou chemicky nedělitelné částice. Zachoval se v chemických reakcích, ale zničil v jaderné. Kovy a mnoho dalších látek atomové struktury mají za běžných podmínek pevný agregátní stav.
2. Molekuly jsou částice, které jsou zničeny a vytvářeny v chemických reakcích. Molekulární struktura má kyslík, vodu, oxid uhličitý, síru. Celkový stav kyslíku, dusíku, oxidu siřičitého, uhlíku, kyslíku za normálních podmínek je plynný.
3. Ionty - nabité částice, které se převedou na atomy a molekuly, které jsou připojeny nebo ztrácí elektrony - mikroskopické záporně nabité částice. Iontová struktura má mnoho solí, například kuchařství, železo a měďnatý vitriol.

Existují látky, jejichž částice jsou umístěny určitým způsobem v prostoru. Uspořádaná vzájemná poloha atomů, iontů, molekul se nazývá krystalová mřížka. Obvykle jsou ionty a atomové krystalové mřížky charakteristické pro pevné látky, molekulární mřížky pro kapaliny a plyny. Diamant se vyznačuje vysokou tvrdostí. Jeho atomová krystalová mřížka je tvořena atomy uhlíku. Ale měkký grafit se také skládá z atomů tohoto chemického prvku. Pouze jsou odlišně umístěni ve vesmíru. Obvyklý souhrnný stav síry je pevný, ale při vysokých teplotách se látka stává kapalnou a amorfní hmotou.

Látky v pevném agregátním stavu

Pevná tělesa za normálních podmínek udržují objem a tvar. Například zrno písku, zrnko cukru, sůl, kus kamení nebo kovu. Pokud zahřejete cukr, začne se látka roztavit a přemění se na viskózní hnědou kapalinu. Zastavte vytápění - znovu získáme pevnou látku. Jedním z hlavních podmínek pro přechod pevného tělesa do kapaliny je tedy jeho zahřívání nebo zvýšení vnitřní energie částic hmoty. Pevný stav soli, který se používá pro výživu, může být také změněn. Ale pro roztavení soli potřebujete vyšší teplotu než při zahřátí cukru. Faktem je, že cukr je tvořen molekuly a stolní sůl je vyrobena z nabitých iontů, které jsou navzájem více přitahovány. Pevné látky v kapalné formě si nezachovávají svůj tvar, protože krystalické mřížky jsou zničeny.

Kapalném stavu tavením soli je v důsledku prasknutí komunikace mezi iontů v krystalech. Nabíjené částice, které mohou přenášet elektrické náboje, jsou uvolněny. Taveniny solí vedou elektřinu, jsou to vodiče. V chemickém, hutní a strojírenské Průmyslová pevné látky se převede na kapalinu z jednoho z nových sloučenin, nebo k dosažení různých tvarů. Slitiny kovů byly široce používány. Existuje několik způsobů, jak je získat, spojené se změnami v souhrnném stavu pevných surovin.

Kapalina je jedním ze základních agregátních stavů

Pokud nalijete 50 ml vody do baňky s kulatým dnem, zjistíte, že látka má okamžitou formu chemické nádoby. Ale jakmile vylijeme vodu z baňky, kapalina se okamžitě rozprostírá přes povrch stolu. Objem vody zůstane stejný - 50 ml a jeho tvar se změní. Tyto vlastnosti jsou charakteristické pro tekutou formu existence hmoty. Kvapaliny jsou mnoho organických látek: alkoholy, rostlinné oleje, kyseliny.

Mléko je emulze, tedy kapalina, ve které jsou umístěny kapičky tuku. Užitnou tekutou fosilitou je olej. Extrahují to z vrtů pomocí vrtných souprav na zemi a v oceánu. Mořská voda je také surovinou pro průmysl. Její rozdíl od sladké vody řek a jezer je obsah rozpuštěných látek, především solí. Při odpařování z povrchu nádrží přecházejí pouze molekuly Hl do stavu par₂Oh, rozpuštěné látky zůstávají. Na této vlastnosti jsou založeny metody získávání užitečných látek z mořské vody a způsoby jejich čištění.

Po úplném odstranění solí se získá destilovaná voda. Varí při 100 ° C, mrazí se při 0 ° C. Slaniny se vaří a změní se na led v jiných teplotách. Například voda v arktickém oceánu zamrzne při teplotě povrchu 2 ° C.

Celkový stav rtuti za normálních podmínek je kapalný. Tento stříbrně šedý kov je obvykle vyplněn lékařskými teploměry. Při zahřátí stoupá sloupec rtuti na stupnici, látka se rozšiřuje. Proč tedy venkovní teploměry tónovaný červeným nátěrem alkoholu, ne ortuť? To je vysvětleno vlastnostmi tekutého kovu. Při 30-stupňovém mrazu se celkový stav rtuti mění, látka se stává pevnou.

Pokud se lékařský teploměr zhroucil a rtuť se vylila, pak je nebezpečné shromažďovat stříbrné koule. Škodlivý pro inhalaci výparů rtuti, tato látka je velmi toxická. Děti by měly v takových případech hledat pomoc od rodičů a dospělých.

Plynný stav

Plyny nejsou schopny zachovat ani jejich objem, ani jejich podobu. Balení naplňte kyslíkem (chemický vzorec je O₂₎. Jakmile otevřeme nádobu, molekuly látky se začnou mísit se vzduchem v místnosti. To je způsobeno Brownian pohybem. Starověký řecký vědec Democritus věřil, že částice hmoty jsou v neustálém pohybu. V pevných tělech za normálních podmínek atomy, molekuly, ionty nemají schopnost opustit krystalovou mřížku, uvolnit se od vazeb s jinými částicemi. To je možné pouze tehdy, když se zvenčí dodává velké množství energie.

V kapalinách je vzdálenost mezi částicemi o něco větší než u pevných látek, potřebují méně energie k rozbití intermolekulárních vazeb. Stav kyslíku v kapalném agregátu je například pozorován pouze při poklesu teploty plynu minus -183 ° C. Kdy minus-223 ° C O₂ tvoří solidní materiál. Jak teplota stoupá nad tyto hodnoty, kyslík se převádí na plyn. V této formě je to za běžných podmínek. V průmyslových podnicích existují speciální zařízení pro oddělování vzduchu od atmosféry a získávání dusíku a kyslíku z něj. Za prvé, vzduch je ochlazován a zkapalněn a postupně se zvyšuje teplota. Dusík a kyslík jsou v různých podmínkách přeměněny na plyny.

Atmosféra Země obsahuje 21% objemových kyslíku a 78% dusíku. V kapalné formě se tyto látky nevyskytují v plynové plášti planety. Kapalný kyslík má světle modrou barvu, naplní se vysokotlakovými válci pro použití v lékařských zařízeních. V průmyslu a stavebnictví jsou pro mnoho procesů nezbytné zkapalněné plyny. Kyslík je potřebný pro svařování a řezání kovů v plynu, v chemii pro oxidační reakce anorganických a organických látek. Pokud otevřete ventil kyslíkového válce, tlak klesne, kapalina se změní na plyn.

Zkapalněný propan, methan a butan se běžně používají v energetice, dopravě, průmyslu a domácnostech. Tyto látky jsou získávány ze zemního plynu nebo z krakování (štěpení) ropy. Uhlíkové kapalné a plynné směsi hrají důležitou roli v ekonomice mnoha zemí. Ale zásoby ropy a zemního plynu jsou silně vyčerpány. Podle vědců tato surovina bude trvat 100-120 let. Alternativním zdrojem energie je proudění vzduchu (vítr). Používané pro provoz elektráren jsou rychle proudící řeky, přílivy na březích moří a oceánů.

Kyslík, stejně jako jiné plyny, může být ve čtvrtém agregátním stavu, což představuje plazmu. Neobyčejný přechod od pevného k plynnému stavu je charakteristickým rysem krystalického jódu. Podstata tmavě purpurové barvy podléhá sublimaci - změní se na plyn a projde tekutým stavem.

Jak probíhají přechody z jedné agregované formy hmoty na druhou?

Změny v souhrnném stavu látek nesouvisejí s chemickými přeměnami, jedná se o fyzické jevy. Když teplota stoupá, mnoho tuhých látek se taví, změní se na kapaliny. Další zvýšení teploty může vést k odpaření, to znamená k plynnému stavu látky. V přírodě a ekonomice jsou tyto přechody typické pro jednu z hlavních látek na Zemi. Led, kapalina, pára jsou stavy vody za různých vnějších podmínek. Sloučenina je stejná, její vzorec je H₂A. Při teplotě 0 ° C a pod touto hodnotou voda krystalizuje, to znamená, že se změní na led. Když teplota stoupá, krystaly, které vznikají, jsou zničeny - led se roztaví, opět se získá kapalná voda. Když je ohříváno, vodní páry. Odpařování - přeměna vody na plyn - jde dokonce i při nízkých teplotách. Například zmrazené kaluže postupně zmizí, protože se voda odpařuje. I v mrazivém počasí mokré prádlo vyschne, ale tento proces je delší než v horkém dni.

Všechny tyto přechody vody z jednoho státu do druhého mají velký význam pro povahu Země. Atmosférické jevy, klima a počasí jsou spojeny s odpařováním vody z povrchu Světového oceánu, přenosem vlhkosti ve formě mraků a mlhy na zemi, srážkami (déšť, sníh, krupobití). Tyto jevy jsou základem světového vodního cyklu v přírodě.

Jak se mění agregátní stavy síry?

Za normálních podmínek je síra jasným lesklým krystalem nebo světle žlutým práškem, tj. Je to pevná látka. Celkový stav síry se mění při zahřívání. Za prvé, když teplota stoupne na 190 ° C, žlutá látka se roztaví a stává se mobilní tekutinou.

Pokud rychle vylijete tekutou síru do studené vody, dostanete hnědou amorfní hmotu. Při dalším zahřátí sírové taveniny se stává stále více viskózní, tmavší. Při teplotách nad 300 ° C se agregátní stav síry opět mění, látka získává tekuté vlastnosti, stává se mobilní. Tyto přechody vznikají v důsledku schopnosti atomů prvku tvořit řetězce různých délek.

Proč mohou být látky v různých fyzikálních stavech?

Agregátní stav síry - jednoduchá látka - pevná látka za normálních podmínek. Oxid siřičitý je plyn, kyselina sírová je olejová kapalina těžší než voda. Na rozdíl od kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné není těkavá, molekuly se z jejího povrchu neodpařují. Jaký agregativní stav má plastová síra, která se získává zahřátím krystalů?

V amorfní formě má látka kapalnou strukturu s mírnou tekutostí. Ale plastová síra současně si zachovává svůj tvar (jako pevná látka). Existují kapalné krystaly s řadou charakteristických vlastností pevných látek. Stav hmoty v různých podmínkách tedy závisí na jeho povaze, teplotě, tlaku a dalších vnějších podmínkách.

Jaké jsou vlastnosti struktury pevných látek?

Dosavadní rozdíly mezi základními agregovanými stavy hmoty jsou vysvětleny interakcí mezi atomy, ionty a molekulami. Například proč vede pevný agregovaný stav látky k schopnosti těl udržet objem a tvar? V krystalové mřížce kovu nebo soli jsou navzájem přitahovány strukturní částice. V kovu pozitivně nabité ionty interagují s takzvaným "elektronovým plynem" - shlukem volných elektronů v kovovém kusu. Krystaly solí vznikají kvůli přitažlivosti na rozdíl od nabitých částic - iontů. Vzdálenost mezi výše uvedenými konstrukčními jednotkami pevných látek je mnohem menší než rozměry samotných částic. V tomto případě působí elektrostatická přitažlivost, přináší sílu a odpudivost není dostatečně silná.

Abychom zničili pevný agregovaný stav látky, musíme vynaložit úsilí. Kovy, soli, atomové krystaly se taví při velmi vysokých teplotách. Železo se například stává kapalným při teplotě vyšší než 1538 ° C. Žárovzdorný materiál je wolfram, z něhož jsou vyrobeny vlákna pro elektrické žárovky. Existují slitiny, které se stávají kapalnými při teplotách nad 3000 ° C. Mnoho skály a minerály na Zemi jsou v pevném stavu. Získejte tuto surovinu pomocí technologií v dolech a lomech.

Chcete-li oddělit i jeden iont od krystalu, je nutné vynaložit velké množství energie. Ale stačí rozpustit sůl ve vodě, aby se krystalová mřížka rozpadla! Tento jev je způsoben úžasnými vlastnostmi vody jako polárního rozpouštědla. Molekuly H₂O spolupracovat s ionty soli, ničící chemickou vazbu mezi nimi. Rozpuštění tedy není jednoduché míchání různých látek, ale fyzikálně chemická interakce mezi nimi.

Jak interagují molekuly kapalin?

Voda může být kapalina, pevná látka a plyn (pára). To je jeho hlavní souhrnný stav za běžných podmínek. Molekuly vody se skládají z jednoho atomu kyslíku, ke kterému jsou vázány dva atomy vodíku. V molekule dochází k polarizaci chemické vazby, částečně negativní náboj se objevuje na atomech kyslíku. Vodík se v molekule stává pozitivním pólem, přitahovaným kyslíkovým atomem jiné molekuly. To je slabá interakce byl nazván "vodíkovou vazbou".

Stav agregátu kapaliny charakterizuje vzdálenosti mezi strukturními částicemi, srovnatelné s jejich velikostí. Přitažlivost existuje, ale je slabá, takže voda si nezachovává tvar. Odpařování dochází v důsledku destrukce vazeb, ke kterým dochází na povrchu kapaliny, a to i při pokojové teplotě.

Existují intermolekulární interakce v plynech?

Plynný stav látky se liší od kapaliny a tuhého materiálu v řadě parametrů. Mezi částice strukturního plynu jsou velké mezery, mnohem větší než velikost molekul. Současně síly přitažlivosti vůbec nefungují. Stav plynných agregátů je charakteristický pro látky přítomné ve vzduchu: dusík, kyslík, oxid uhličitý. Na obrázku níže je první kostka naplněna plynem, druhá kapalina a třetí kapalina.

Mnoho tekutin je těkavá, molekuly hmoty se uvolňují z povrchu. Například, pokud přivedete vatovou bavlnu namočenou v čpavku do otvoru v otevřené láhvi s kyselinou chlorovodíkovou, objeví se bílý kouř. Přímo ve vzduchu dochází k chemické reakci mezi kyselinou chlorovodíkovou a amoniakem, získá se chlorid amonný. V jakém druhu agregátu je tato látka? Jeho částice tvořící bílý kouř jsou nejmenšími pevnými krystaly soli. Tyto zkušenosti by měly být prováděny pod kapucí, látky jsou toxické.

Závěr

Celkový stav plynu studoval mnoho vynikajících fyziků a chemiků: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Cliperon, Mendeleev, Le Chatelier. Vědci formulovali zákony, které vysvětlují chování plynných látek v chemických reakcích, protože vnější podmínky se mění. Otevřené vzory nebyly zapsány pouze do školních a univerzitních učebnic fyziky a chemie. Mnoho chemických průmyslových odvětví je založeno na znalostech o chování a vlastnostech látek v různých agregátních stavech.