Privlačenje i odbijanje čestica ih određuje međusobnog dogovora u materiji. A svojstva tvari značajno zavise od rasporeda čestica. Dakle, gledajući prozirni, vrlo tvrdi dijamant (dijamant) i meki crni grafit (od njega se prave olovke), ne shvaćamo da se obje tvari sastoje od potpuno istih atoma ugljika. Samo što su ti atomi drugačije raspoređeni u grafitu nego u dijamantu.

Interakcija čestica supstance dovodi do činjenice da ona može biti u tri stanja: teško, tečnost I gasoviti. Na primjer, led, voda, para. Svaka supstanca može biti u tri stanja, ali za to su potrebni određeni uslovi: pritisak, temperatura. Na primjer, kiseonik u vazduhu je gas, ali kada se ohladi ispod -193 °C pretvara se u tečnost, a na -219 °C kiseonik je čvrsta supstanca. Gvožđe pri normalnom pritisku i sobnoj temperaturi je u solidnom stanju. Na temperaturama iznad 1539 °C gvožđe postaje tečno, a na temperaturama iznad 3050 °C postaje gasovito. Tečna živa koja se koristi u medicinski termometri, postaje čvrst kada se ohladi na temperature ispod -39 °C. Na temperaturama iznad 357 °C, živa se pretvara u paru (gas).

Pretvaranjem metalnog srebra u gas, ono se raspršuje na staklo kako bi se stvorile „ogledala“ stakla.

Koja svojstva imaju supstance u različitim stanjima?

Počnimo s plinovima, u kojima ponašanje molekula podsjeća na kretanje pčela u roju. Međutim, pčele u roju samostalno mijenjaju smjer kretanja i praktički se ne sudaraju jedna s drugom. Istovremeno, za molekule u gasu takvi sudari su ne samo neizbježni, već se događaju gotovo kontinuirano. Kao rezultat sudara, mijenjaju se smjerovi i brzine molekula.

Rezultat takvog kretanja i nedostatka interakcije između čestica tokom kretanja je to gas ne zadržava ni zapreminu ni oblik, ali zauzima cijeli volumen koji mu je dostavljen. Svako od vas će sljedeće izjave smatrati čistim apsurdom: „Vazduh zauzima polovinu zapremine prostorije“ i „Upumpao sam vazduh u dve trećine zapremine gumene lopte“. Vazduh, kao i svaki gas, zauzima celu zapreminu prostorije i celokupnu zapreminu lopte.

Koja svojstva imaju tečnosti? Hajde da sprovedemo eksperiment.

Sipati vodu iz jedne čaše u čašu drugog oblika. Oblik tečnosti se promenio, Ali zapremina je ostala ista. Molekuli se nisu raspršili po cijelom volumenu, kao što bi bio slučaj s gasom. To znači da međusobna privlačnost tekućih molekula postoji, ali ona ne drži kruto susjedne molekule. Oni vibriraju i skaču s jednog mjesta na drugo, što objašnjava fluidnost tečnosti.

Najjača interakcija je između čestica u čvrstom stanju. Ne dozvoljava česticama da se rasprše. Čestice vrše samo haotične oscilatorne pokrete oko određenih pozicija. Zbog toga čvrste materije zadržavaju i volumen i oblik. Gumena lopta će zadržati svoj oblik i volumen bez obzira na to gdje je postavljena: u tegli, na stolu, itd.

Gas (gasovito stanje) Gas je stanje agregacije tvar koju karakteriziraju vrlo slabe veze između njenih sastavnih čestica (molekula, atoma ili jona), kao i njihova velika pokretljivost.

Karakteristike gasova Lako kompresovani. Oni nemaju svoj oblik ili zapreminu, svi gasovi se međusobno mešaju u bilo kom odnosu.

Avogadrov broj Vrijednost NA = 6, 022...× 1023 naziva se Avogadrov broj. Ovo je univerzalna konstanta za najmanje čestice bilo koje supstance.

Posljedica Avogadrovog zakona 1 mol bilo kojeg plina na n. u. (760 mm Hg i 00 C) zauzima zapreminu od 22,4 litara. Vm = 22,4 l/mol – molarni volumen gasova

Najvažnije mešavine prirodnog gasa Sastav vazduha: φ(N 2) = 78%; φ(O 2) = 21%; φ(CO 2) = 0. 03 Prirodni plin je mješavina ugljovodonika.

Proizvodnja vodonika. U industriji: Krekiranje i reformisanje ugljovodonika tokom prerade nafte: C 2 H 6 (t = 10000 C) → 2 C + 3 H 2 Od prirodni gas. CH 4 + O 2 + 2 H 2 O → 2 CO 2 +6 H 2 O

Vodonik H 2 U laboratoriji: Utjecaj razrijeđenih kiselina na metale. Za izvođenje ove reakcije najčešće se koriste cink i razrijeđena sumporna kiselina: Zn + 2 HCl → Zn. Cl 2 + H 2 Interakcija kalcijuma sa vodom: Ca + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + H 2 Hidroliza hidrida: Ca. H 2 + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + 2 H 2 Uticaj alkalija na cink ili aluminijum: Zn + 2 Na. OH + 2 H 2 O Na 2 + H 2

Svojstva vodonika Najlakši gas, 14,5 puta je lakši od vazduha. Vodonika ima najviše visoka toplotna provodljivost među gasovitim materijama. Njegova toplotna provodljivost je približno sedam puta veća od toplotne provodljivosti vazduha. Molekul vodonika je dvoatomski - H 2. Kada normalnim uslovima je gas bez boje, mirisa i ukusa.

Kiseonik U industriji: Iz vazduha. Main industrijski dobijanje kiseonika je kriogena rektifikacija. U laboratoriji: Od kalijum permanganata (kalijum permanganata): 2 KMn. O 4 = K 2 Mn. O 4 + Mn. O 2 + O 2 ; 2 H 2 O 2 = 2 H 2 O + O 2.

Svojstva kiseonika U normalnim uslovima kiseonik je gas bez boje, ukusa i mirisa. 1 litar ima masu od 1,429 g. Nešto je teži od zraka. Slabo rastvorljiv u vodi i alkoholu; rastvorljiv u rastopljenom srebru. Paramagnetski je.

Ugljenmonoksid (IV) U laboratoriji: Od krede, krečnjaka ili mermera: Na 2 CO 3 + 2 HCl = 2 Na. Cl + CO 2 +H 2 O Ca. CO 3 + HCl = Ca. Cl 2 + CO 2 + H 2 O U prirodi: Fotosinteza u biljkama: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O

Ugljen (IV) monoksid Ugljen (IV) monoksid ( ugljen-dioksid) je bezbojni plin bez mirisa, blago kiselkastog okusa. Teži od vazduha, rastvorljiv u vodi, pri jakom hlađenju kristališe u obliku bele snežne mase – „suvog leda“. At atmosferski pritisak ne topi se, već isparava, temperatura sublimacije je -78 °C.

Amonijak (n.a.) je bezbojni plin oštrog karakterističnog mirisa (mirisa amonijak). Amonijak je skoro dvostruko lakši od vazduha, a rastvorljivost NH 3 u vodi je izuzetno visoka. U laboratoriji se amonijak dobija: interakcijom alkalija sa amonijumovim solima: NH 4 Cl + Na. OH = Na. Cl + H 2 O + NH 3 U industriji: Interakcija vodonika i dušika: 3 H + N = 2 NH

Etilen U laboratoriji: Dehidracija etil alkohol U industriji: Krekiranje naftnih derivata: C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4 etan eten

Etilen je bezbojni gas slabog slatkastog mirisa i relativno velika gustoća. Etilen gori blistavim plamenom; stvara eksplozivnu smjesu sa zrakom i kisikom. Etilen je praktično nerastvorljiv u vodi.

Dobijanje, sakupljanje i prepoznavanje gasova Naziv gasa (formula) Vodik (H 2) Kiseonik (O 2) Ugljen dioksid (CO 2) Amonijak (NH 3) Etilen (C 2 H 4) Fizičke Laboratorijska metoda svojstva način prikupljanja dobijanje Metoda Značenje gasovite supstance prepoznate

Problemi Problem br. 1. 13,5 grama cinka (Zn) reaguje sa hlorovodonične kiseline(HCl). Volumenski udio prinosa vodonika (H 2) je 85%. Izračunajte zapreminu vodonika koji je oslobođen? Problem br. 2. Dostupno gasna mešavina, maseni udjeli gasa u kojima su jednaki (%): metan – 65, vodonik – 35. Odredi zapreminske frakcije gasova u ovoj mešavini.

Zadatak br. 1 1) Napišimo jednačinu reakcije za interakciju cinka (Zn) sa hlorovodoničnom kiselinom (HCl): Zn + 2 HCl = Zn. Cl 2 + H 2 2) n (Zn) = 13,5 / 65 = 0,2 (mol). 3) 1 mol Zn istiskuje 1 mol vodonika (H2), a 0,2 mola Zn istiskuje x mol vodonika (H2). Dobijamo: V teor. (H 2) = 0,2 ∙ 22,4 = 4,48 (l). 4) Izračunajmo praktičnu zapreminu vodonika koristeći formulu: V praktično. (H 2) = 85 ⋅ 4,48 / 100 = 3,81 (l).

Zadatak br. 2 Postoji gasna mešavina u kojoj su maseni udeli gasa jednaki (%): metan - 65, vodonik - 35. Odredite zapreminske udele gasova u ovoj smeši.

Svijet oko nas je mnoštvo objekata i oblika. Ali svu raznolikost našeg svijeta možemo podijeliti u tri grupe: tijela, tvari i čestice. Kako ih razlikovati i šta karakteriše svaki od ovih pojmova biće reči u lekciji o okolnom svetu u 3. razredu.

Tijela

Sa tačke gledišta nauke, svaki predmet je telo. Sve što vas okružuje, kod kuće, u učionici, na ulici, su tijela. Na primjer, šolja, sto, telefon, kamen, stolica, lopta.

Prema porijeklu tijela mogu postojati:

• prirodno– stvoreno od prirode;
• vještački– stvorio čovjek;
• živ;
• neživi.

Rice. 1. Raznolikost tijela

Telo karakteriše:

• veličina;
• oblik;
• boja
• masa;
• temperatura.

Kada se bilo koje tijelo podijeli, ono se pretvara u nova stavka. Na primjer, ručka je tijelo, ali ako je rastavite, dobijete nekoliko dijelova.

Supstance

Supstanca je ono od čega je telo napravljeno. Predmet se može sastojati od nekoliko supstanci. Na primjer, vrč je napravljen od gline, šal je pleten od vune, kašika je napravljena od metala.

TOP 4 člankakoji čitaju uz ovo

Rice. 2. Supstance

Supstance dolaze u tri stanja:

• teško- one koje se mogu dodirivati;
• tečnost– na primjer, voda;
• gasoviti- zrak.

Jedan od neverovatna svojstva Neka tijela su sposobnost prelaska iz jednog stanja u drugo pod uticajem određenih faktora. Na primjer, voda na temperaturama ispod nule poprima čvrsti oblik leda, a na 100 stepeni Celzijusa počinje da ključa i prelazi u gasoviti oblik - paru.

Za razliku od tijela, supstance se ne mijenjaju tokom diobe. Ako se komad šećera podijeli na još nekoliko dijelova, onda će svaki od njih i dalje biti šećer. Ili sipajte vodu u šolje, ona će ostati voda i neće postati nova supstanca.

Čestice

Supstance se sastoje od još manjih jedinica. Toliko su male da se ne mogu vidjeti bez mikroskopa. Zovu se čestice.

Čestice zadržavaju svojstva materije. Kao eksperiment, možete razmutiti komad šećera u vodi. Ovo će tečnost učiniti slatkom, ali nećemo videti supstancu, jer su čestice šećera pomešane sa česticama vode.

Između čestica postoji slobodan prostor. Stanje tvari ovisit će o tome koliko su gusto elementi sadržani u njoj. U čvrstim supstancama gotovo da nema razmaka između čestica, u tekućim tvarima postoji određena udaljenost između elemenata, a u plinovitim tvarima čestice se kreću slobodno jer je među njima velika udaljenost.

Rice. 3. Čestice u različitim tijelima

Šta smo naučili?

Tema “Tijela, tvari, čestice” o svijetu oko nas je veoma zanimljiva tema za diskusiju. Mnogi eksperimenti se mogu izvesti kako bi se proučavala njihova svojstva. Tijela su složeni objekti koji se sastoje od jedne ili više supstanci. Zauzvrat, u bilo kojem materijalu postoji zbirka najmanjih nedjeljivih elemenata - čestica.

Danas je poznato postojanje više od 3 miliona različitih supstanci. I ova brojka raste svake godine, jer sintetički hemičari i drugi naučnici neprestano provode eksperimente kako bi dobili nova jedinjenja koja imaju neka korisna svojstva.

Neke supstance su prirodni stanovnici, nastali prirodnim putem. Druga polovina je umjetna i sintetička. Međutim, i u prvom i u drugom slučaju značajan dio čine plinovite tvari, čije ćemo primjere i karakteristike razmotriti u ovom članku.

Agregatna stanja supstanci

Od 17. veka, opšte je prihvaćeno da su sva poznata jedinjenja sposobna da postoje u tri agregatna stanja: čvrste, tečne i gasovite supstance. Međutim, pažljiva istraživanja posljednjih decenija u oblastima astronomije, fizike, hemije, svemirske biologije i drugih nauka dokazala su da postoji još jedan oblik. Ovo je plazma.

šta je ona? Ovo je djelimično ili potpuno, a ispostavilo se da u Univerzumu postoji ogromna većina takvih supstanci. Dakle, u stanju plazme se nalazi sljedeće:

• međuzvjezdana materija;
• kosmička materija;
• gornji slojevi atmosfere;
• magline;
• sastav mnogih planeta;
• zvijezde.

Stoga danas kažu da postoje čvrste materije, tečnosti, gasovi i plazma. Inače, svaki plin se može umjetno prevesti u ovo stanje ako se podvrgne ionizaciji, odnosno prisili da se pretvori u ione.

Plinovite tvari: primjeri

Postoji mnogo primjera supstanci koje se razmatraju. Na kraju krajeva, gasovi su poznati još od 17. veka, kada je van Helmont, prirodnjak, prvi dobio ugljen-dioksid i počeo da proučava njegova svojstva. Inače, on je i dao ime ovoj grupi jedinjenja, jer su, po njegovom mišljenju, gasovi nešto neuređeno, haotično, povezano sa duhovima i nešto nevidljivo, ali opipljivo. Ovo ime se ukorijenilo u Rusiji.

Moguće je klasificirati sve plinovite tvari, tada će biti lakše dati primjere. Uostalom, teško je pokriti svu raznolikost.

Po sastavu se razlikuju:

• jednostavno,
• kompleksnih molekula.

Prva grupa uključuje one koji se sastoje od identičnih atoma u bilo kojoj količini. Primer: kiseonik - O 2, ozon - O 3, vodonik - H 2, hlor - CL 2, fluor - F 2, azot - N 2 i drugi.

• vodonik sulfid - H 2 S;
• hlorovodonik - HCL;
• metan - CH 4;
• sumpor dioksid - SO 2;
• smeđi gas - NO 2;
• freon - CF 2 CL 2;
• amonijak - NH 3 i drugi.

Klasifikacija prema prirodi tvari

Također možete klasificirati vrste plinovitih tvari prema njihovoj pripadnosti organskom i neorganskom svijetu. Odnosno, po prirodi atoma koji ga čine. Organski gasovi su:

• prvih pet predstavnika (metan, etan, propan, butan, pentan). Opća formula C n H 2n+2 ;
• etilen - C 2 H 4;
• acetilen ili etilen - C 2 H 2;
• metilamin - CH 3 NH 2 i drugi.

Druga klasifikacija koja se može primijeniti na jedinjenja u pitanju je podjela na osnovu čestica koje sadrže. Nisu sve plinovite tvari napravljene od atoma. Primjeri struktura u kojima su prisutni ioni, molekuli, fotoni, elektroni, Brownove čestice i plazma također se odnose na spojeve u ovom agregacijskom stanju.

Svojstva gasova

Karakteristike supstanci u razmatranom stanju razlikuju se od karakteristika čvrstih ili tečnih jedinjenja. Stvar je u tome što su svojstva gasovitih materija posebna. Njihove čestice su lako i brzo pokretne, tvar u cjelini je izotropna, odnosno svojstva nisu određena smjerom kretanja struktura uključenih u sastav.

Možemo identifikovati najvažnije fizička svojstva gasovite supstance, što će ih razlikovati od svih drugih oblika postojanja materije.

1. To su veze koje se ne mogu vidjeti, kontrolirati ili osjetiti običnim ljudskim sredstvima. Da bi razumjeli svojstva i identificirali određeni plin, oslanjaju se na četiri parametra koji ih sve opisuju: tlak, temperatura, količina tvari (mol), zapremina.
2. Za razliku od tekućina, plinovi su sposobni zauzeti cijeli prostor bez traga, ograničen samo veličinom posude ili prostorije.
3. Svi plinovi se lako miješaju jedan s drugim, a ova jedinjenja nemaju međuprostor.
4. Postoje lakši i teži predstavnici, pa je pod uticajem gravitacije i vremena moguće uočiti njihovo razdvajanje.
5. Difuzija je jedno od najvažnijih svojstava ovih spojeva. Sposobnost prodiranja u druge tvari i njihovo zasićenje iznutra, pri čemu se unutar svoje strukture izvode potpuno neuređeni pokreti.
6. Pravi gasovi struja ne može provoditi, ali ako govorimo o rijetkim i ioniziranim tvarima, tada se provodljivost naglo povećava.
7. Toplotni kapacitet i toplotna provodljivost gasova je nizak i varira među različitim vrstama.
8. Viskoznost se povećava sa povećanjem pritiska i temperature.
9. Postoje dvije opcije za međufazni prijelaz: isparavanje - tekućina se pretvara u paru, sublimacija - čvrsta tvar, zaobilazeći tečnu, postaje plinovita.

Posebnost para od pravih gasova je da se prvi, pod određenim uslovima, mogu pretvoriti u tečnu ili čvrstu fazu, dok drugi nisu. Takođe treba napomenuti da su jedinjenja u pitanju sposobna da odole deformacijama i da budu fluidna.

Takva svojstva gasovitih supstanci omogućavaju im da se u najširoj upotrebi raznim oblastima nauke i tehnologije, industrije i nacionalne ekonomije. Osim toga, specifične karakteristike su strogo individualne za svakog predstavnika. Razmatrali smo samo karakteristike zajedničke svim stvarnim strukturama.

Kompresibilnost

At različite temperature, a također pod utjecajem tlaka, plinovi se mogu komprimirati, povećavajući svoju koncentraciju i smanjujući zauzetu zapreminu. Na povišenim temperaturama se šire, na niskim se skupljaju.

Promjene se javljaju i pod pritiskom. Gustoća gasovitih supstanci se povećava i, kada se postigne kritična tačka, koja je različita za svakog predstavnika, može doći do prelaska u drugo agregaciono stanje.

Glavni naučnici koji su doprinijeli razvoju proučavanja plinova

Ima mnogo takvih ljudi, jer je proučavanje gasova radno intenzivan i istorijski dug proces. Hajde da se fokusiramo na najviše poznate ličnosti koji je uspio doći do najznačajnijih otkrića.

1. otkrio je 1811. Nije bitno koji gasovi, glavno je kada isti uslovi Jedan volumen sadrži jednak broj njih u smislu broja molekula. Postoji izračunata vrednost nazvana po imenu naučnika. To je jednako 6,03 * 10 23 molekula za 1 mol bilo kojeg plina.
2. Fermi je stvorio teoriju idealnog kvantnog gasa.
3. Gay-Lussac, Boyle-Marriott - imena naučnika koji su kreirali osnovne kinetičke jednačine za proračune.
4. Robert Boyle.
5. John Dalton.
6. Jacques Charles i mnogi drugi naučnici.

Struktura gasovitih materija

Najviše glavna karakteristika u konstrukciji kristalne rešetke razmatranih supstanci, to je da u njenim čvorovima postoje ili atomi ili molekuli koji su međusobno slabo povezani kovalentne veze. Van der Waalsove sile su prisutne i kada su u pitanju joni, elektroni i drugi kvantni sistemi.

Stoga su glavne vrste strukture plinskih rešetki:

• atomski;
• molekularni.

Veze iznutra se lako kidaju, pa te veze nemaju stalan oblik, već ispunjavaju čitav prostorni volumen. Ovo takođe objašnjava nedostatak električne provodljivosti i slabu toplotnu provodljivost. Ali plinovi imaju dobru toplinsku izolaciju, jer zahvaljujući difuziji mogu prodrijeti u čvrste tvari i zauzeti slobodne klasterske prostore unutar njih. U isto vrijeme, zrak se ne propušta, toplina se zadržava. Ovo je osnova za kombinovanu upotrebu gasova i čvrstih materija u građevinske svrhe.

Jednostavne supstance među gasovima

Gore smo već govorili o tome koji gasovi po strukturi i strukturi pripadaju ovoj kategoriji. To su oni koji se sastoje od identičnih atoma. Može se navesti mnogo primjera, jer je značajan dio nemetala od svih periodni sistem u normalnim uslovima postoji upravo u ovom agregatnom stanju. Na primjer:

• bijeli fosfor - jedan od ovog elementa;
• nitrogen;
• kiseonik;
• fluor;
• klor;
• helijum;
• neon;
• argon;
• kripton;
• xenon.

Molekuli ovih plinova mogu biti jednoatomni (plemeniti plinovi) ili poliatomski (ozon - O 3). Vrsta veze je kovalentna nepolarna, u većini slučajeva je prilično slaba, ali ne u svim. Kristalna rešetka je molekularnog tipa, što omogućava ovim supstancama da lako prelaze iz jednog agregacijskog stanja u drugo. Na primjer, jod u normalnim uvjetima je tamnoljubičasti kristali s metalnim sjajem. Međutim, kada se zagriju, sublimiraju se u oblake svijetlo ljubičastog plina - I 2.

Usput, bilo koja tvar, uključujući metale, može postojati u plinovitom stanju pod određenim uvjetima.

Složena jedinjenja gasovite prirode

Takvih gasova je, naravno, većina. Razne kombinacije atomi u molekulima, ujedinjeni kovalentnim vezama i van der Waalsovim interakcijama, omogućavaju formiranje stotina različitih predstavnika razmatranog agregacijskog stanja.

Primjeri naime složene supstance među gasovima mogu biti sva jedinjenja koja se sastoje od dva ili više različitih elemenata. Ovo može uključivati:

• propan;
• butan;
• acetilen;
• amonijak;
• silan;
• fosfin;
• metan;
• ugljični disulfid;
• sumpor dioksid;
• smeđi gas;
• freon;
• etilen i drugi.

Kristalna rešetka molekularnog tipa. Mnogi predstavnici se lako otapaju u vodi, stvarajući odgovarajuće kiseline. Večina Ovakva jedinjenja su važan deo hemijskih sinteza koje se provode u industriji.

Metan i njegovi homolozi

Ponekad opšti koncept„gas“ se odnosi na prirodni mineral, koji je čitava mješavina plinovitih proizvoda pretežno organske prirode. Sadrži supstance kao što su:

• metan;
• etan;
• propan;
• butan;
• etilen;
• acetilen;
• pentan i neki drugi.

U industriji su veoma bitni, jer je to smjesa propan-butan domaći gas, na kojoj ljudi kuvaju hranu, koja se koristi kao izvor energije i toplote.

Mnogi od njih se koriste za sintezu alkohola, aldehida, kiselina i drugih organska materija. Godišnja potrošnja prirodnog gasa iznosi trilione kubnih metara i to je sasvim opravdano.

Kiseonik i ugljični dioksid

Koje se plinovite tvari mogu nazvati najraširenijim i poznatim čak i učenicima prvog razreda? Odgovor je očigledan - kisik i ugljični dioksid. Na kraju krajeva, oni su direktni učesnici u razmjeni gasova koja se događa u svim živim bićima na planeti.

Poznato je da je život moguć zahvaljujući kiseoniku, jer samo neke vrste mogu postojati bez njega. anaerobne bakterije. A ugljen dioksid jeste potreban proizvod"hrana" za sve biljke koje ga apsorbuju kako bi sprovele proces fotosinteze.

WITH hemijska tačka vid kisika i ugljičnog dioksida - važne supstance za izvođenje sinteze jedinjenja. Prvi je jak oksidant, drugi je češće redukcijski agens.

Halogeni

Ovo je grupa jedinjenja u kojoj su atomi čestice gasovite supstance, međusobno povezane u parovima kovalentnom nepolarnom vezom. Međutim, nisu svi halogeni gasovi. Brom je tečnost u uobičajenim uslovima, a jod je lako sublimirana čvrsta supstanca. Fluor i hlor su otrovne tvari koje su opasne po zdravlje živih bića, koje su jaki oksidanti i vrlo se široko koriste u sintezama.

Gasovito stanje materije

Polimeri su prirodnog (biljna i životinjska tkiva) i vještačkog (plastika, celuloza, fiberglas, itd.) porijekla.

Baš kao u slučaju običnih molekula, sistem makromolekula. formiranje polimera teži najvjerojatnijem stanju - stabilnoj ravnoteži koja odgovara minimumu slobodna energija. Stoga bi u principu i polimeri trebali imati strukturu kristalne rešetke. Međutim, zbog obima i složenosti makromolekula, samo u nekoliko slučajeva bilo je moguće dobiti savršene makromolekularne kristale. U većini slučajeva, polimeri se sastoje od kristalnih i amorfnih područja.

Tečno stanje karakterizira činjenica da potencijalna energija privlačenja molekula neznatno premašuje njihovu kinetičku energiju u apsolutnoj vrijednosti. Sila privlačenja između molekula u tečnosti osigurava da se molekuli drže u zapremini tečnosti. U isto vrijeme, molekuli u tekućini nisu međusobno povezani stacionarnim stabilnim vezama, kao u kristalima. Oni gusto ispunjavaju prostor koji zauzima tekućina, tako da su tekućine praktički nestišljive i imaju prilično veliku gustoću. Grupe molekula mogu promijeniti svoj relativni položaj, čime se osigurava fluidnost tečnosti. Svojstvo tečnosti da se odupire strujanju naziva se viskozitet. Tečnosti karakteriše difuzija i Brownovo kretanje, ali u mnogo manjoj meri od gasova.

Zapremina koju zauzima tekućina ograničena je površinom. Budući da za dati volumen sfera ima najmanju površinu, tečnost u slobodnom stanju (na primjer, u bestežinskom stanju) poprima oblik kugle.

Tečnosti imaju neku strukturu, koja je, međutim, mnogo manje izražena od čvrste materije. Najvažnije svojstvo tečnosti je izotropnost svojstava. Jednostavan idealni model fluida još nije stvoren.

Između tečnosti i kristala postoji srednje stanje koje se naziva tečno kristalno. Odlika tekućih kristala sa molekularne tačke gledišta je izduženi, vretenasti oblik njihovih molekula, što dovodi do anizotropije njihovih svojstava.

Postoje dvije vrste tečnih kristala - nematici i smektici. Smektike karakterizira prisustvo paralelnih slojeva molekula koji se međusobno razlikuju po redoslijedu strukture. Kod nematika, red se osigurava orijentacijom molekula. Anizotropija svojstava tečnih kristala određuje njihova važna optička svojstva. Tečni kristali mogu, na primjer, biti prozirni u jednom smjeru i neprozirni u drugom. Važno je da se orijentacija molekula tekućih kristala i njihovih slojeva može lako kontrolirati vanjskim utjecajima (na primjer, temperatura, električna i magnetska polja).

Gasovito stanje materije nastaje kada

kinetička energija toplotnog kretanja molekula premašuje potencijalna energija njihove veze. Molekuli imaju tendenciju da se udalje jedan od drugog. Gas nema strukturu, zauzima čitavu zapreminu koja mu se daje i lako se kompresuje; Difuzija se lako dešava u gasovima.

Svojstva supstanci u gasovitom stanju objašnjavaju se kinetičkom teorijom gasa. Njegovi glavni postulati su sljedeći:

Svi plinovi se sastoje od molekula;

Veličine molekula su zanemarljive u odnosu na udaljenosti između njih;

Molekuli su stalno u stanju haotičnog (Brownovskog) kretanja;

Između sudara, molekuli se zadržavaju konstantna brzina pokreti; putanje između sudara su pravi segmenti;

Sudar između molekula i molekula sa zidovima posude su idealno elastični, tj. ukupna kinetička energija sudarajućih molekula ostaje nepromijenjena.

Razmotrimo pojednostavljeni model gasa koji se povinuje gornjim postulatima. Takav gas se naziva idealnim gasom. Neka se idealni gas sastoji od N identičnih molekula, od kojih svaki ima masu m, nalazi se u kubičnoj posudi s dužinom ruba l(Sl. 5.14). Molekuli se kreću haotično; njihova prosečna brzina<v>. Da pojednostavimo, podijelimo sve molekule u tri jednake grupe i pretpostavimo da se kreću samo u smjerovima okomitim na dvije suprotne stijenke posude (slika 5.15).

Rice. 5.14.

Svaki molekul gasa se kreće brzinom<v> na apsolutno elastični sudar sa zidom posude, promijenit će smjer kretanja u suprotan bez promjene brzine. Molecular Momentum<R> = m<v> postaje jednako - m<v>. Promjena momenta u svakom sudaru je očigledno . Sila koja djeluje tokom ovog sudara je jednaka F= -2m<v>/Δ t. Potpuna promjena zamaha pri sudaru sa zidovima svih N/3 molekula jednako . Definirajmo vremenski interval Δ t, tokom kojeg će doći do svih N/3 sudara: D t = 2//< v >. Tada je prosječna vrijednost sile koja djeluje na bilo koji zid

Pritisak R definirajte plin na zidu kao omjer sila<F> do područja zida l 2:

Gdje V = l 3 – zapremina posude.

Dakle, pritisak gasa je obrnuto proporcionalan njegovoj zapremini (podsjetimo da su ovaj zakon empirijski utvrdili Boyle i Marriott).

Prepišimo izraz (5.4) u obliku

Evo prosječne kinetičke energije molekula plina. proporcionalna je apsolutnoj temperaturi T:

Gdje k– Boltzmannova konstanta.

Zamjenom (5.6) u (5.5) dobijamo

Zgodno je ići od broja molekula N na broj mladeža n gas, podsjećamo da ( N A je Avogadrov broj), a zatim

Gdje R = kN A - je univerzalna plinska konstanta.

Izraz (5.8) je jednadžba stanja klasičnog idealnog plina za n molova. Ova jednačina, napisana za proizvoljnu masu m gas

Gdje M - molarna masa gas, naziva se Clapeyron-Mendeleev jednačina (vidi (5.3)).

Realni gasovi se pridržavaju ove jednačine u ograničenoj meri. Činjenica je da jednačine (5.8) i (5.9) ne uzimaju u obzir međumolekularnu interakciju u realnim gasovima – van der Waalsove sile.

Fazni prelazi. Supstanca, ovisno o uvjetima u kojima se nalazi, može promijeniti svoje agregacijsko stanje, ili, kako kažu, prelaziti iz jedne faze u drugu. Ovaj prelaz se naziva fazni prelaz.

Kao što je gore navedeno, najvažniji faktor, koji određuje stanje supstance je njena temperatura T, koji karakteriše prosečnu kinetičku energiju toplotnog kretanja molekula i pritiska R. Stoga se stanja materije i fazni prijelazi analiziraju pomoću dijagrama stanja, gdje su vrijednosti iscrtane duž osi T I R, a svaka tačka na koordinatnoj ravni određuje stanje date supstance koje odgovara ovim parametrima. Analizirajmo tipičan dijagram (slika 5.16). Curves OA, AB, AK odvojena stanja materije. Kad dosta niske temperature Gotovo sve tvari su u čvrstom kristalnom stanju.

Dijagram ističe dvije karakteristične točke: A I TO. Dot A zove se trostruka tačka; na odgovarajućim temperaturama ( T t) i pritisak ( R r) sadrži gas, tečnost i gas u ravnoteži u isto vreme solidan.

Dot TO ukazuje na kritično stanje. U ovom trenutku (u T cr and R cr) razlika između tečnosti i gasa nestaje, tj. potonji imaju ista fizička svojstva.

Curve OA je kriva sublimacije (sublimacije); pri odgovarajućem pritisku i temperaturi, dolazi do prelaza gas-čvrsto stanje (čvrsto-gas), zaobilazeći tečno stanje.

Pod pritiskom R T< R < R Prijelaz iz plinovitog u čvrsto stanje (i obrnuto) može se dogoditi samo kroz tečnu fazu.

Curve AK odgovara isparavanju (kondenzaciji). Pri odgovarajućem pritisku i temperaturi dolazi do prelaza „tečnost – gas“ (i obrnuto).

Curve AB je prelazna kriva tečnost-čvrsta materija (topljenje i kristalizacija). Ova kriva nema kraja, jer se tečno stanje uvijek razlikuje po strukturi od kristalnog stanja.

Za ilustraciju, predstavljamo oblik površina stanja materije u varijablama p, v, t(Sl. 5.17), gdje je V- zapremina supstance

Slova G, F, T označavaju područja površina čije tačke odgovaraju plinovitom, tekućem ili čvrstom stanju i područja površine T-G, Zh-T, T-Zh - dvofazna stanja. Očigledno, ako projektiramo linije sučelja između faza na koordinatnu ravan RT, dobićemo fazni dijagram (vidi sliku 5.16).

Kvantna tečnost - helijum. Na uobičajenim temperaturama u makroskopskim tijelima, zbog izraženog haotičnog toplinskog kretanja, kvantni efekti su neprimjetni. Međutim, sa smanjenjem temperature, ovi efekti mogu doći do izražaja i manifestirati se makroskopski. Na primjer, kristale karakterizira prisustvo toplinskih vibracija jona smještenih na čvorovima kristalne rešetke. Kako temperatura pada, amplituda oscilacija se smanjuje, ali čak i kada se približavaju apsolutnoj nuli, oscilacije, suprotno klasičnim idejama, ne prestaju.

Objašnjenje ovog efekta slijedi iz relacije nesigurnosti. Smanjenje amplitude oscilacija znači smanjenje područja lokalizacije čestice, odnosno nesigurnost njenih koordinata. Prema odnosu nesigurnosti, to dovodi do povećanja nesigurnosti momenta. Dakle, "zaustavljanje" čestice je zabranjeno zakonima kvantne mehanike.

Ovaj čisto kvantni efekat se manifestuje u postojanju materije koja ostaje u njoj tečno stanječak i na temperaturama blizu apsolutne nule. Takva "kvantna" tečnost je helijum. Energija oscilacija nulte tačke je dovoljna da uništi kristalna rešetka. Međutim, pri pritisku od oko 2,5 MPa, tečni helijum i dalje kristališe.

Plazma. Dodavanje značajne energije atomima (molekulama) gasa izvana dovodi do jonizacije, odnosno raspadanja atoma na jone i slobodne elektrone. Ovo stanje materije naziva se plazma.

Ionizacija se javlja, na primjer, kada se plin jako zagrije, što dovodi do značajnog povećanja kinetička energija atoma, tokom električnog pražnjenja u gasu (udarna jonizacija naelektrisanim česticama), kada je gas izložen elektromagnetnom zračenju (autojonizacija). Plazma dobijena na ultravisokim temperaturama naziva se visokotemperaturnom.

Budući da se joni i elektroni u plazmi nose nekompenzirano električnih naboja, njihov međusobni uticaj je značajan. Između nabijenih čestica plazme ne postoji parna interakcija (kao u plinu), već kolektivna interakcija. Zbog toga se plazma ponaša kao neka vrsta elastičnog medija u kojem se lako pobuđuju i šire različite oscilacije i valovi.

Plazma aktivno stupa u interakciju s električnim i magnetskim poljima. Plazma je najčešće stanje materije u Univerzumu. Zvijezde se sastoje od visokotemperaturne plazme, hladne magline - od plazme niske temperature. U Zemljinoj jonosferi postoji slabo jonizovana plazma niske temperature.

Reference za Poglavlje 5

1. Akhiezer A. I., Rekalo Ya. P. Elementarne čestice. - M.: Nauka, 1986.

2. Azshlov A. Svijet ugljika. - M.: Hemija, 1978.

3. Bronshtein M.P. Atomi i elektroni. - M.: Nauka, 1980.

4. Benilovsky V.D. Ovi neverovatni tečni kristali. - M: Prosvetljenje, 1987.

5. Vlasov N.A. Antimaterija. - M.: Atomizdat, 1966.

6. Christie R., Pitti A. Struktura materije: uvod u modernu fiziku. - M.: Nauka, 1969.

7. Krejci V. Svijet očima moderne fizike. - M.: Mkr, 1984.

8. Nambu E. Kvarkovi. - M.: Mir, 1984.

9. Okun L. B. α, β, γ, …,: elementarni uvod u fiziku elementarnih čestica. - M.: Nauka, 1985.

10. Petrov Yu. I. Fizika malih čestica. - M.: Nauka, 1982.

11. I, Purmal A.P. et al. Kako se supstance pretvaraju. - M.: Nauka, 1984.

12. Rosenthal I.M. Elementarne čestice i struktura svemira. - M.: Nauka, 1984.

13. Smorodinsky Ya. A. Elementarne čestice. - M.: Znanje, 1968.