Gaya tarik-menarik dan tolak-menolak partikel menentukannya pengaturan bersama dalam materi. Dan sifat-sifat zat sangat bergantung pada susunan partikelnya. Jadi, melihat berlian (berlian) yang transparan dan sangat keras serta grafit hitam lembut (ujung pensil dibuat darinya), kita tidak menyadari bahwa kedua zat tersebut terdiri dari atom karbon yang persis sama. Hanya saja atom-atom tersebut tersusun berbeda pada grafit dibandingkan pada berlian.

Interaksi partikel-partikel suatu zat mengarah pada fakta bahwa ia dapat berada dalam tiga keadaan: keras, cairan Dan berbentuk gas. Misalnya es, air, uap. Zat apa pun dapat berada dalam tiga keadaan, tetapi hal ini memerlukan kondisi tertentu: tekanan, suhu. Misalnya, oksigen di udara berbentuk gas, tetapi jika didinginkan di bawah -193 °C ia berubah menjadi cair, dan pada -219 °C oksigen berbentuk padat. Setrika pada tekanan normal dan suhu kamar berada dalam keadaan padat. Pada suhu di atas 1539 °C, besi menjadi cair, dan pada suhu di atas 3050 °C menjadi gas. Merkuri cair digunakan dalam termometer medis, menjadi padat ketika didinginkan hingga suhu di bawah -39 °C. Pada suhu di atas 357 °C, merkuri berubah menjadi uap (gas).

Dengan mengubah perak metalik menjadi gas, ia disemprotkan ke kaca untuk membuat kaca “cermin”.

Sifat apa yang dimiliki suatu zat di berbagai keadaan?

Mari kita mulai dengan gas, yang perilaku molekulnya menyerupai pergerakan lebah dalam kawanan. Namun, lebah dalam kawanannya secara mandiri mengubah arah gerakannya dan praktis tidak saling bertabrakan. Pada saat yang sama, bagi molekul-molekul dalam gas, tumbukan seperti itu tidak hanya tidak dapat dihindari, tetapi juga terjadi hampir terus-menerus. Akibat tumbukan, arah dan kecepatan molekul berubah.

Akibat dari pergerakan tersebut dan kurangnya interaksi antar partikel selama pergerakan adalah sebagai berikut gas tidak mempertahankan volume maupun bentuk, tetapi menempati seluruh volume yang disediakan untuknya. Anda masing-masing akan menganggap pernyataan berikut sebagai pernyataan yang sangat tidak masuk akal: “Udara menempati setengah volume ruangan” dan “Saya memompa udara ke dalam dua pertiga volume bola karet.” Udara, seperti gas lainnya, menempati seluruh volume ruangan dan seluruh volume bola.

Sifat apa saja yang dimiliki zat cair? Mari kita melakukan percobaan.

Tuangkan air dari satu gelas kimia ke dalam gelas kimia yang bentuknya lain. Bentuk zat cair telah berubah, Tetapi volumenya tetap sama. Molekul-molekulnya tidak tersebar ke seluruh volume, seperti halnya gas. Ini berarti bahwa ada gaya tarik-menarik timbal balik antara molekul-molekul cair, tetapi tidak secara kaku menahan molekul-molekul tetangganya. Mereka bergetar dan melompat dari satu tempat ke tempat lain, yang menjelaskan fluiditas cairan.

Interaksi terkuat terjadi antar partikel dalam zat padat. Itu tidak memungkinkan partikel untuk menyebar. Partikel hanya melakukan gerakan osilasi kacau di sekitar posisi tertentu. Itu sebabnya padatan mempertahankan volume dan bentuk. Bola karet akan mempertahankan bentuk dan volumenya di mana pun ia ditempatkan: di dalam toples, di atas meja, dll.

Gas (keadaan gas) Gas adalah keadaan agregasi suatu zat yang dicirikan oleh ikatan yang sangat lemah antara partikel-partikel penyusunnya (molekul, atom atau ion), serta mobilitasnya yang tinggi.

Ciri-ciri gas Mudah dikompresi. Gas-gas tersebut tidak memiliki bentuk atau volumenya sendiri, dan setiap gas bercampur satu sama lain dalam perbandingan berapa pun.

Bilangan Avogadro Nilai NA = 6, 022...× 1023 disebut bilangan Avogadro. Ini adalah konstanta universal untuk partikel terkecil suatu zat.

Akibat wajar dari hukum Avogadro 1 mol gas apa pun di n. kamu. (760 mm Hg dan 00 C) menempati volume 22,4 liter. Vm = 22,4 l/mol – volume molar gas

Campuran gas alam terpenting Komposisi udara: φ(N 2) = 78%; φ(O 2) = 21%; φ(CO 2) = 0. 03 Gas alam merupakan campuran hidrokarbon.

Produksi hidrogen. Dalam industri: Pemecahan dan reformasi hidrokarbon selama penyulingan minyak: C 2 H 6 (t = 10000 C) → 2 C + 3 H 2 Dari gas alam. CH 4 + O 2 + 2 H 2 O → 2 CO 2 +6 H 2 O

Hidrogen H 2 Di laboratorium: Pengaruh asam encer pada logam. Untuk melakukan reaksi ini, seng dan asam sulfat encer paling sering digunakan: Zn + 2 HCl → Zn. Cl 2 + H 2 Interaksi kalsium dengan air: Ca + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + H 2 Hidrolisis hidrida: Ca. H 2 + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + 2 H 2 Pengaruh basa pada seng atau aluminium: Zn + 2 Na. OH + 2 H 2 O Na 2 + H 2

Sifat hidrogen Gas paling ringan, 14,5 kali lebih ringan dari udara. Hidrogen memiliki paling banyak konduktivitas termal yang tinggi di antara zat gas. Konduktivitas termalnya kira-kira tujuh kali lebih tinggi daripada konduktivitas termal udara. Molekul hidrogen bersifat diatomik - H 2. Kapan kondisi normal adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa.

Oksigen Dalam industri: Dari udara. Utama secara industri memperoleh oksigen adalah rektifikasi kriogenik. Di laboratorium : Dari kalium permanganat (kalium permanganat): 2 KMn. O 4 = K 2 Mn. HAI 4 + Mn. HAI 2 + HAI 2 ; 2 H 2 O 2 = 2 H 2 O + O 2.

Sifat-sifat oksigen Dalam kondisi normal, oksigen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa atau berbau. 1 liternya mempunyai massa 1,429 g, sedikit lebih berat dari udara. Sedikit larut dalam air dan alkohol; larut dalam perak cair. Bersifat paramagnetik.

Karbon monoksida (IV) Di laboratorium: Dari kapur, batu kapur atau marmer: 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 Sifat: Fotosintesis pada tumbuhan: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O

Karbon (IV) monoksida Karbon (IV) monoksida ( karbon dioksida) adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau dengan rasa sedikit asam. Lebih berat dari udara, larut dalam air, ketika didinginkan dengan kuat, ia mengkristal dalam bentuk massa putih seperti salju - "es kering". Pada tekanan atmosfir tidak meleleh, tetapi menguap, suhu sublimasi -78°C.

Amonia (n.a.) adalah gas tidak berwarna dengan bau khas yang menyengat (bau amonia). Amonia hampir dua kali lebih ringan dari udara, dan kelarutan NH3 dalam air sangat tinggi. Di laboratorium, amonia diperoleh: Melalui interaksi basa dengan garam amonium: NH 4 Cl + Na. OH = Na. Cl + H 2 O + NH 3 Dalam industri: Interaksi hidrogen dan nitrogen: 3 H + N = 2 NH

Etilen Di laboratorium: Dehidrasi etil alkohol Dalam industri: Pemecahan produk minyak bumi: C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4 etana etena

Etilena adalah gas tidak berwarna dengan bau agak manis dan relatif kepadatan tinggi. Etilen terbakar dengan nyala api yang bercahaya; membentuk campuran yang mudah meledak dengan udara dan oksigen. Etilen praktis tidak larut dalam air.

Memperoleh, mengumpulkan dan mengenali gas Nama gas (rumus) Hidrogen (H 2) Oksigen (O 2) Karbon dioksida (CO 2) Amonia (NH 3) Etilen (C 2 H 4) Fisika Metode Laboratorium sifat-sifat metode pengumpulan memperoleh Metode Arti zat gas yang dikenali

Soal Soal No. 1. 13,5 gram seng (Zn) bereaksi dengan asam hidroklorik(HCl). Fraksi volume hasil hidrogen (H 2) adalah 85%. Hitunglah volume hidrogen yang dilepaskan? Soal No. 2. Tersedia campuran gas, fraksi massa gas yang sama (%): metana – 65, hidrogen – 35. Tentukan pecahan volume gas dalam campuran ini.

Soal No.1 1) Mari kita tulis persamaan reaksi interaksi seng (Zn) dengan asam klorida (HCl): Zn + 2 HCl = Zn. Cl 2 + H 2 2) n (Zn) = 13,5 / 65 = 0,2 (mol). 3) 1 mol Zn menggantikan 1 mol hidrogen (H2), dan 0,2 mol Zn menggantikan x mol hidrogen (H2). Kita mendapatkan: teori V. (H 2) = 0,2 ∙ 22,4 = 4,48 (l). 4) Mari kita hitung volume praktis hidrogen dengan menggunakan rumus: V praktis. (H 2) = 85 ⋅ 4,48 / 100 = 3,81 (l).

Soal No.2 Ada campuran gas, fraksi massa gasnya sama (%): metana - 65, hidrogen - 35. Tentukan fraksi volume gas dalam campuran ini.

Dunia di sekitar kita adalah berbagai macam benda dan bentuk. Namun seluruh keanekaragaman dunia kita dapat dibagi menjadi tiga kelompok: benda, zat, dan partikel. Bagaimana membedakannya dan apa yang menjadi ciri masing-masing konsep tersebut akan dibahas pada pembelajaran dunia sekitar di kelas 3 SD.

Tubuh

Dari sudut pandang ilmu pengetahuan, benda apa pun adalah benda. Segala sesuatu yang ada di sekitar Anda, di rumah, di ruang kelas, di jalan, adalah tubuh. Misalnya mug, meja, telepon, batu, kursi, bola.

Menurut asal muasalnya, tubuh dapat dibedakan menjadi:

• alami– diciptakan oleh alam;
• palsu– diciptakan oleh manusia;
• hidup;
• yg tdk hidup.

Beras. 1. Keanekaragaman tubuh

Ciri-ciri tubuh adalah:

• ukuran;
• membentuk;
• warna
• massa;
• suhu.

Ketika suatu benda membelah, ia berubah menjadi barang baru. Misalnya pegangan adalah sebuah badan, tetapi jika dibongkar maka akan diperoleh beberapa bagian.

Zat

Substansi adalah bahan pembuat tubuh. Suatu benda dapat terdiri dari beberapa zat. Misalnya kendi dari tanah liat, selendang dari rajutan wol, sendok dari logam.

4 artikel TERATASyang membaca bersama ini

Beras. 2. Zat

Zat ada dalam tiga keadaan:

• keras- yang bisa disentuh;
• cairan– misalnya, air;
• berbentuk gas- udara.

Satu dari properti yang luar biasa Beberapa organ memiliki kemampuan untuk berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain di bawah pengaruh faktor-faktor tertentu. Misalnya, air pada suhu di bawah nol berbentuk es padat, dan pada suhu 100 derajat Celcius mulai mendidih dan berubah menjadi gas - uap.

Berbeda dengan tubuh, zat tidak berubah selama pembelahan. Jika sepotong gula pasir dibagi menjadi beberapa bagian lagi, maka masing-masing bagian tersebut tetap menjadi gula. Atau tuangkan air ke dalam gelas, maka air akan tetap ada dan tidak menjadi zat baru.

Partikel

Zat terdiri dari unit-unit yang lebih kecil lagi. Mereka sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat tanpa mikroskop. Mereka disebut partikel.

Partikel mempertahankan sifat-sifat materi. Sebagai percobaan, Anda bisa mengaduk sepotong gula ke dalam air. Ini akan membuat cairan menjadi manis, tetapi kita tidak akan melihat substansinya, karena partikel gula bercampur dengan partikel air.

Di antara partikel-partikel itu ada ruang bebas. Keadaan suatu zat akan bergantung pada seberapa padat unsur-unsur yang terkandung di dalamnya. Pada zat padat hampir tidak ada ruang antar partikel, pada zat cair terdapat jarak antar unsur, dan pada zat gas partikel bergerak bebas karena jarak antar unsurnya jauh.

Beras. 3. Partikel dalam benda berbeda

Apa yang telah kita pelajari?

Topik “Benda, Zat, Partikel” di dunia sekitar kita sangatlah penting subjek yang menarik untuk diskusi. Banyak percobaan yang dapat dilakukan untuk mempelajari sifat-sifatnya. Benda adalah benda kompleks yang terdiri dari satu atau lebih zat. Pada gilirannya, dalam materi apa pun terdapat kumpulan elemen terkecil yang tidak dapat dibagi lagi - partikel.

Saat ini, keberadaan lebih dari 3 juta zat berbeda diketahui. Dan angka ini terus bertambah setiap tahun, karena ahli kimia sintetik dan ilmuwan lain terus-menerus melakukan eksperimen untuk mendapatkan senyawa baru yang memiliki beberapa sifat bermanfaat.

Beberapa zat merupakan penghuni alami, terbentuk secara alami. Separuh lainnya adalah buatan dan sintetis. Namun, baik dalam kasus pertama dan kedua, sebagian besar terdiri dari zat gas, contoh dan karakteristiknya akan kita bahas dalam artikel ini.

Keadaan agregat zat

Sejak abad ke-17, secara umum diterima bahwa semua senyawa yang diketahui mampu berada dalam tiga keadaan agregasi: zat padat, cair, dan gas. Namun, penelitian yang cermat dalam beberapa dekade terakhir di bidang astronomi, fisika, kimia, biologi luar angkasa, dan ilmu pengetahuan lainnya telah membuktikan bahwa ada bentuk lain. Ini adalah plasma.

Siapa dia? Ini sebagian atau seluruhnya, dan ternyata terdapat sebagian besar zat semacam itu di alam semesta. Jadi, dalam keadaan plasma ditemukan hal-hal berikut:

• materi antarbintang;
• materi kosmik;
• lapisan atas atmosfer;
• nebula;
• komposisi banyak planet;
• bintang.

Oleh karena itu, saat ini mereka mengatakan ada benda padat, cair, gas, dan plasma. Omong-omong, setiap gas dapat diubah secara artifisial ke keadaan ini jika gas tersebut mengalami ionisasi, yaitu dipaksa berubah menjadi ion.

Zat gas: contoh

Ada banyak sekali contoh zat yang dimaksud. Bagaimanapun, gas telah dikenal sejak abad ke-17, ketika van Helmont, seorang ilmuwan alam, pertama kali memperoleh karbon dioksida dan mulai mempelajari sifat-sifatnya. Ngomong-ngomong, dia juga memberi nama pada kelompok senyawa ini, karena menurutnya gas adalah sesuatu yang tidak teratur, kacau, berhubungan dengan roh dan sesuatu yang tidak terlihat, tetapi berwujud. Nama ini telah mengakar di Rusia.

Semua zat gas dapat diklasifikasi, maka akan lebih mudah untuk memberikan contoh. Memang sulit untuk mencakup seluruh keberagaman.

Menurut komposisinya, mereka dibedakan:

• sederhana,
• molekul kompleks.

Kelompok pertama mencakup kelompok yang terdiri dari atom-atom identik dalam jumlah berapa pun. Contoh : oksigen - O 2, ozon - O 3, hidrogen - H 2, klorin - CL 2, fluor - F 2, nitrogen - N 2 dan lain-lain.

• hidrogen sulfida - H 2 S;
• hidrogen klorida - HCL;
• metana - CH 4;
• belerang dioksida - SO 2;
• gas coklat - NO 2;
• freon - CF 2 CL 2;
• amonia - NH 3 dan lainnya.

Klasifikasi berdasarkan sifat zat

Anda juga dapat mengklasifikasikan jenis-jenis zat gas menurut kepunyaannya dalam dunia organik dan anorganik. Yaitu berdasarkan sifat atom-atom penyusunnya. Gas organik adalah:

• lima perwakilan pertama (metana, etana, propana, butana, pentana). Rumus umum C n H 2n+2 ;
• etilen - C 2 H 4;
• asetilena atau etilen - C 2 H 2;
• metilamin - CH 3 NH 2 dan lain-lain.

Klasifikasi lain yang dapat diterapkan pada senyawa yang dimaksud adalah pembagian berdasarkan partikel yang dikandungnya. Tidak semua zat gas terbuat dari atom. Contoh struktur yang mengandung ion, molekul, foton, elektron, partikel Brown, dan plasma juga mengacu pada senyawa dalam keadaan agregasi ini.

Sifat-sifat gas

Sifat-sifat zat dalam keadaan yang ditinjau berbeda dengan sifat-sifat senyawa padat atau cair. Soalnya sifat zat gas itu istimewa. Partikel-partikelnya mudah dan cepat bergerak, zat secara keseluruhan bersifat isotropik, yaitu sifat-sifatnya tidak ditentukan oleh arah pergerakan struktur-struktur yang termasuk dalam komposisinya.

Kita dapat mengidentifikasi yang paling penting properti fisik zat gas, yang akan membedakannya dari semua bentuk keberadaan materi lainnya.

1. Ini adalah hubungan yang tidak dapat dilihat, dikendalikan, atau dirasakan dengan cara manusia biasa. Untuk memahami sifat-sifat dan mengidentifikasi gas tertentu, mereka mengandalkan empat parameter yang menggambarkan semuanya: tekanan, suhu, jumlah zat (mol), volume.
2. Berbeda dengan zat cair, gas mampu menempati seluruh ruang tanpa bekas, hanya dibatasi oleh ukuran bejana atau ruangan.
3. Semua gas mudah bercampur satu sama lain, dan senyawa ini tidak memiliki antarmuka.
4. Ada perwakilan yang lebih ringan dan lebih berat, sehingga di bawah pengaruh gravitasi dan waktu, pemisahan mereka dapat dilihat.
5. Difusi adalah salah satu sifat terpenting dari senyawa ini. Kemampuan untuk menembus zat lain dan menjenuhkannya dari dalam, sambil melakukan gerakan yang tidak teratur sepenuhnya dalam strukturnya.
6. Gas nyata listrik tidak dapat menghantarkan arus, tetapi jika kita berbicara tentang zat yang dijernihkan dan terionisasi, maka konduktivitasnya meningkat tajam.
7. Kapasitas panas dan konduktivitas termal gas rendah dan bervariasi antar spesies.
8. Viskositas meningkat dengan meningkatnya tekanan dan suhu.
9. Ada dua opsi untuk transisi interfase: penguapan - cairan berubah menjadi uap, sublimasi - zat padat, melewati zat cair, menjadi gas.

Ciri khas uap dari gas sejati adalah bahwa uap, dalam kondisi tertentu, mampu berubah menjadi fase cair atau padat, sedangkan uap tidak. Perlu juga diperhatikan bahwa senyawa tersebut mampu menahan deformasi dan bersifat cair.

Sifat-sifat zat gas ini memungkinkannya untuk digunakan secara luas berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, industri dan ekonomi Nasional. Selain itu, karakteristik khusus bersifat individual untuk setiap perwakilan. Kami hanya mempertimbangkan fitur-fitur yang umum untuk semua struktur nyata.

Kompresibilitas

Pada suhu yang berbeda, dan juga di bawah pengaruh tekanan, gas dapat memampatkan, meningkatkan konsentrasinya dan mengurangi volume yang ditempati. Pada suhu tinggi mereka mengembang, pada suhu rendah mereka menyusut.

Perubahan juga terjadi di bawah tekanan. Kepadatan zat gas meningkat dan, ketika titik kritis tercapai, yang berbeda untuk setiap perwakilan, transisi ke keadaan agregasi lain dapat terjadi.

Ilmuwan utama yang berkontribusi pada pengembangan studi tentang gas

Ada banyak orang seperti itu, karena studi tentang gas merupakan proses yang memakan waktu dan memakan waktu lama. Mari kita fokus pada hal yang paling banyak kepribadian terkenal yang berhasil membuat penemuan paling signifikan.

1. membuat penemuan pada tahun 1811. Tidak peduli gas apa, yang utama adalah kapan kondisi yang sama Satu volume mengandung jumlah yang sama dalam hal jumlah molekul. Ada nilai terhitung yang dinamai menurut nama ilmuwan. Ini sama dengan 6,03 * 10 23 molekul untuk 1 mol gas apa pun.
2. Fermi - menciptakan teori gas kuantum ideal.
3. Gay-Lussac, Boyle-Marriott - nama ilmuwan yang menciptakan persamaan kinetik dasar untuk perhitungan.
4. Robert Boyle.
5. John Dalton.
6. Jacques Charles dan banyak ilmuwan lainnya.

Struktur zat gas

Yang paling Fitur utama dalam konstruksi kisi kristal zat yang dimaksud, di dalam simpulnya terdapat atom atau molekul yang terikat lemah satu sama lain. ikatan kovalen. Gaya Van der Waals juga terdapat pada ion, elektron, dan sistem kuantum lainnya.

Oleh karena itu, jenis utama struktur kisi gas adalah:

• atom;
• molekuler.

Sambungan-sambungan di dalamnya mudah putus, sehingga sambungan-sambungan tersebut tidak mempunyai bentuk yang tetap, melainkan memenuhi seluruh volume spasial. Hal ini juga menjelaskan kurangnya konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang buruk. Tetapi gas memiliki isolasi termal yang baik, karena melalui difusi, mereka mampu menembus padatan dan menempati ruang cluster bebas di dalamnya. Pada saat yang sama, udara tidak melewatinya, panas tertahan. Ini adalah dasar untuk penggunaan gabungan gas dan padatan untuk keperluan konstruksi.

Zat sederhana di antara gas

Kita telah membahas di atas gas mana yang termasuk dalam kategori ini berdasarkan struktur dan strukturnya. Ini adalah mereka yang terdiri dari atom yang identik. Banyak contoh yang dapat diberikan, karena sebagian besar dari semuanya adalah non-logam tabel periodik dalam kondisi normal ia berada dalam keadaan agregasi seperti ini. Misalnya:

• fosfor putih - salah satu elemen ini;
• nitrogen;
• oksigen;
• fluor;
• klorin;
• helium;
• neon;
• argon;
• kripton;
• xenon.

Molekul gas-gas ini dapat berupa monoatomik (gas mulia) atau poliatomik (ozon - O 3). Jenis ikatannya adalah kovalen nonpolar, dalam banyak kasus ikatannya cukup lemah, tetapi tidak semuanya. Kisi kristal adalah tipe molekuler, yang memungkinkan zat-zat ini dengan mudah berpindah dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya. Misalnya, yodium dalam kondisi normal berbentuk kristal ungu tua dengan kilau logam. Namun, ketika dipanaskan, mereka menyublim menjadi awan gas ungu cerah - I 2.

Omong-omong, zat apa pun, termasuk logam, bisa berada dalam bentuk gas dalam kondisi tertentu.

Senyawa kompleks yang bersifat gas

Tentu saja, gas-gas tersebut merupakan mayoritas. Berbagai kombinasi atom dalam molekul, disatukan oleh ikatan kovalen dan interaksi van der Waals, memungkinkan terbentuknya ratusan perwakilan berbeda dari keadaan agregasi yang dipertimbangkan.

Contohnya yaitu zat kompleks di antara gas dapat terdapat semua senyawa yang terdiri dari dua atau lebih unsur berbeda. Ini mungkin termasuk:

• propana;
• butana;
• asetilen;
• amonia;
• silan;
• fosfin;
• metana;
• karbon disulfida;
• sulfur dioksida;
• gas coklat;
• freon;
• etilen dan lain-lain.

Kisi kristal tipe molekuler. Banyak perwakilan mudah larut dalam air, membentuk asam yang sesuai. Kebanyakan Senyawa tersebut merupakan bagian penting dari sintesis kimia yang dilakukan di industri.

Metana dan homolognya

Kadang-kadang konsep umum“gas” mengacu pada mineral alami, yang merupakan keseluruhan campuran produk gas yang sebagian besar bersifat organik. Ini mengandung zat seperti:

• metana;
• etana;
• propana;
• butana;
• etilen;
• asetilen;
• pentana dan beberapa lainnya.

Dalam industri, bahan ini sangat penting karena merupakan campuran propana-butana gas domestik, tempat orang memasak makanan, yang digunakan sebagai sumber energi dan panas.

Banyak diantaranya digunakan untuk sintesis alkohol, aldehida, asam dan lain-lain bahan organik. Konsumsi gas alam setiap tahun mencapai triliunan meter kubik, dan hal ini cukup beralasan.

Oksigen dan karbon dioksida

Zat gas apa yang paling tersebar luas dan dikenal bahkan oleh siswa kelas satu? Jawabannya jelas - oksigen dan karbon dioksida. Bagaimanapun, mereka adalah peserta langsung dalam pertukaran gas yang terjadi pada semua makhluk hidup di planet ini.

Diketahui bahwa berkat oksigen kehidupan dapat terjadi, karena hanya beberapa spesies yang dapat hidup tanpanya. bakteri anaerob. Dan karbon dioksida adalah produk yang dibutuhkan“nutrisi” bagi seluruh tumbuhan yang menyerapnya guna melaksanakan proses fotosintesis.

DENGAN titik kimia penglihatan tentang oksigen dan karbon dioksida - zat penting untuk melakukan sintesis senyawa. Yang pertama adalah zat pengoksidasi kuat, yang kedua lebih sering merupakan zat pereduksi.

Halogen

Ini adalah sekelompok senyawa yang atom-atomnya merupakan partikel zat gas, dihubungkan berpasangan satu sama lain melalui ikatan kovalen non-polar. Namun, tidak semua halogen berbentuk gas. Brom dalam kondisi biasa berbentuk cair, dan yodium merupakan padatan yang mudah disublimasikan. Fluor dan klorin merupakan zat beracun yang berbahaya bagi kesehatan makhluk hidup, merupakan oksidator kuat dan digunakan secara luas dalam sintesis.

Keadaan materi berbentuk gas

Polimer berasal dari alam (jaringan tumbuhan dan hewan) dan buatan (plastik, selulosa, fiberglass, dll.).

Seperti halnya molekul biasa, sistem makromolekul. pembentukan polimer cenderung ke keadaan yang paling mungkin - kesetimbangan stabil yang sesuai dengan minimum energi bebas. Oleh karena itu, pada prinsipnya polimer juga harus memiliki struktur kisi kristal. Namun, karena banyaknya dan kompleksitas makromolekul, hanya dalam beberapa kasus kristal makromolekul sempurna dapat diperoleh. Dalam kebanyakan kasus, polimer terdiri dari daerah kristal dan amorf.

Keadaan cair dicirikan oleh fakta bahwa energi potensial tarik-menarik molekul sedikit melebihi energi kinetiknya dalam nilai absolut. Gaya tarik-menarik antar molekul dalam cairan memastikan bahwa molekul-molekul tersebut tertahan dalam volume cairan. Pada saat yang sama, molekul-molekul dalam cairan tidak terhubung satu sama lain melalui ikatan stabil yang stasioner, seperti pada kristal. Mereka dengan padat mengisi ruang yang ditempati oleh cairan, sehingga cairan praktis tidak dapat dimampatkan dan memiliki kepadatan yang cukup tinggi. Sekelompok molekul dapat mengubah posisi relatifnya, yang menjamin fluiditas cairan. Sifat zat cair untuk menahan aliran disebut viskositas. Cairan dicirikan oleh difusi dan gerak Brown, tetapi pada tingkat yang jauh lebih rendah dibandingkan gas.

Volume yang ditempati suatu zat cair dibatasi oleh permukaannya. Karena, untuk volume tertentu, sebuah bola memiliki luas permukaan minimum, cairan dalam keadaan bebas (misalnya, dalam kondisi tanpa bobot) berbentuk bola.

Cairan memiliki beberapa struktur, namun kurang menonjol dibandingkan padatan. Sifat yang paling penting dari zat cair adalah sifat isotropi. Model fluida ideal yang sederhana belum tercipta.

Ada keadaan peralihan antara cairan dan kristal, yang disebut kristal cair. Ciri kristal cair dari sudut pandang molekuler adalah bentuk molekulnya yang memanjang dan berbentuk gelendong, yang mengarah pada sifat anisotropi.

Ada dua jenis kristal cair - nematics dan smectics. Smectics dicirikan oleh adanya lapisan molekul paralel yang berbeda satu sama lain dalam urutan strukturnya. Dalam nematika, keteraturan dijamin oleh orientasi molekul. Anisotropi sifat kristal cair menentukan sifat optik penting mereka. Kristal cair, misalnya, bisa transparan di satu arah dan buram di arah lain. Penting agar orientasi molekul kristal cair dan lapisannya dapat dengan mudah dikontrol oleh pengaruh eksternal (misalnya suhu, medan listrik dan magnet).

Keadaan materi berbentuk gas terjadi ketika

energi kinetik gerak termal molekul melebihi energi potensial koneksi mereka. Molekul-molekulnya cenderung menjauh satu sama lain. Gas tidak memiliki struktur, menempati seluruh volume yang disediakan, dan mudah dikompresi; Difusi terjadi dengan mudah dalam gas.

Sifat-sifat zat dalam wujud gas dijelaskan oleh teori kinetik gas. Postulat utamanya adalah sebagai berikut:

Semua gas terdiri dari molekul;

Ukuran molekul dapat diabaikan jika dibandingkan dengan jarak antar molekul;

Molekul terus-menerus berada dalam keadaan gerak kacau (Brownian);

Di antara tumbukan, molekul tetap bertahan kecepatan tetap gerakan; lintasan antar tumbukan berupa ruas garis lurus;

Tumbukan antara molekul dan molekul dengan dinding bejana bersifat elastis idealnya, yaitu. energi kinetik total molekul-molekul yang bertabrakan tetap tidak berubah.

Mari kita perhatikan model gas yang disederhanakan yang mematuhi postulat di atas. Gas seperti ini disebut gas ideal. Misalkan gas ideal terdiri dari N molekul identik, yang masing-masing mempunyai massa M, berada dalam bejana kubik dengan panjang rusuk aku(Gbr. 5.14). Molekul bergerak secara kacau; kecepatan rata-rata mereka<ay>. Untuk menyederhanakannya, mari kita bagi semua molekul menjadi tiga kelompok yang sama besar dan asumsikan bahwa molekul-molekul tersebut hanya bergerak dalam arah tegak lurus terhadap dua dinding bejana yang berlawanan (Gbr. 5.15).

Beras. 5.14.

Setiap molekul gas bergerak dengan kecepatan tertentu<ay> tentu saja tumbukan elastis dengan dinding kapal, akan merubah arah gerak ke arah sebaliknya tanpa merubah kecepatan. Momentum Molekuler<R> = M<ay> menjadi sama dengan - M<ay>. Perubahan momentum pada setiap tumbukan adalah jelas. Gaya yang bekerja pada tumbukan ini sama dengan F= -2M<ay>/Δ T. Perubahan total dalam momentum saat tumbukan dengan dinding semua N/3 molekul sama dengan . Mari kita tentukan interval waktu Δ T, yang selama N/3 tumbukan akan terjadi: D t = 2//< v >. Maka nilai rata-rata gaya yang bekerja pada suatu dinding adalah

Tekanan R tentukan gas di dinding sebagai rasio gaya<F> ke area dinding aku 2:

Di mana V = aku 3 – volume kapal.

Jadi, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya (ingat bahwa hukum ini ditetapkan secara empiris oleh Boyle dan Marriott).

Mari kita tulis ulang ekspresi (5.4) ke dalam bentuk

Berikut adalah energi kinetik rata-rata molekul gas. itu sebanding dengan suhu absolut T:

Di mana k– Konstanta Boltzmann.

Substitusikan (5.6) ke (5.5), kita peroleh

Lebih mudah untuk beralih dari jumlah molekul N dengan jumlah mol N gas, kita ingat bahwa ( N A adalah bilangan Avogadro), dan kemudian

Di mana R = buku A - adalah konstanta gas universal.

Ekspresi (5.8) adalah persamaan keadaan gas ideal klasik untuk n mol. Persamaan ini, ditulis untuk massa sembarang M gas

Di mana M - masa molar gas disebut persamaan Clapeyron-Mendeleev (lihat (5.3)).

Gas nyata mematuhi persamaan ini sampai batas tertentu. Faktanya adalah persamaan (5.8) dan (5.9) tidak memperhitungkan interaksi antarmolekul dalam gas nyata - gaya van der Waals.

Transisi fase. Suatu zat, bergantung pada kondisi di mana ia berada, dapat mengubah keadaan agregasinya, atau, seperti yang mereka katakan, berpindah dari satu fase ke fase lainnya. Transisi ini disebut transisi fase.

Sebagaimana disebutkan di atas, faktor yang paling penting, yang menentukan keadaan suatu zat adalah suhunya T, mencirikan energi kinetik rata-rata dari gerak termal molekul dan tekanan R. Oleh karena itu, keadaan materi dan transisi fase dianalisis menggunakan diagram keadaan, di mana nilainya diplot sepanjang sumbu T Dan R, dan setiap titik pada bidang koordinat menentukan keadaan suatu zat yang sesuai dengan parameter ini. Mari kita menganalisis diagram tipikal (Gbr. 5.16). kurva OA, AB, AK keadaan materi yang terpisah. Bila cukup suhu rendah Hampir semua zat berada dalam keadaan kristal padat.

Diagram ini menyoroti dua poin karakteristik: A Dan KE. Dot A disebut titik tripel; pada suhu yang sesuai ( T t) dan tekanan ( R r) mengandung gas, cairan dan gas dalam keadaan setimbang secara bersamaan padat.

Dot KE menunjukkan kondisi kritis. Pada titik ini (pada T cr dan R cr) perbedaan antara cair dan gas menghilang, mis. yang terakhir memiliki sifat fisik yang sama.

Melengkung OA adalah kurva sublimasi (sublimasi); pada tekanan dan suhu yang sesuai, terjadi transisi gas-padat (gas-padat), melewati keadaan cair.

Dibawah tekanan R T< R < R Transisi dari wujud gas ke padat (dan sebaliknya) hanya dapat terjadi melalui fase cair.

Melengkung AK sesuai dengan penguapan (kondensasi). Pada tekanan dan suhu yang sesuai, transisi “cair – gas” (dan sebaliknya) terjadi.

Melengkung AB adalah kurva transisi cair-padat (peleburan dan kristalisasi). Kurva ini tidak ada habisnya, karena struktur wujud cair selalu berbeda dengan wujud kristal.

Sebagai ilustrasi, kami menyajikan bentuk permukaan wujud materi dalam variabel hal, v, t(Gbr. 5.17), dimana V- volume suatu zat

Huruf G, F, T menunjukkan luas permukaan yang titik-titiknya sesuai dengan wujud gas, cair atau padat, dan luasnya permukaan TG, Zh-T, T-Zh - keadaan dua fase. Jelasnya, jika kita memproyeksikan garis antarmuka antara fase ke bidang koordinat RT, kita memperoleh diagram fase (lihat Gambar 5.16).

Cairan kuantum - helium. Pada suhu biasa dalam benda makroskopik, karena gerakan termal yang kacau balau, efek kuantum tidak terlihat. Namun, dengan menurunnya suhu, efek ini dapat muncul dan terlihat secara makroskopis. Misalnya, kristal dicirikan oleh adanya getaran termal ion yang terletak di simpul kisi kristal. Ketika suhu menurun, amplitudo osilasi berkurang, tetapi bahkan ketika mendekati nol mutlak, osilasi, bertentangan dengan gagasan klasik, tidak berhenti.

Penjelasan mengenai efek ini berasal dari hubungan ketidakpastian. Penurunan amplitudo osilasi berarti penurunan area lokalisasi partikel, yaitu ketidakpastian koordinatnya. Menurut hubungan ketidakpastian, hal ini menyebabkan peningkatan ketidakpastian momentum. Jadi, “penghentian” suatu partikel dilarang oleh hukum mekanika kuantum.

Efek kuantum murni ini terwujud dalam keberadaan materi yang tersisa di dalamnya keadaan cair bahkan pada suhu mendekati nol mutlak. Cairan “kuantum” tersebut adalah helium. Energi osilasi titik nol cukup untuk menghancurkan kisi kristal. Namun pada tekanan sekitar 2,5 MPa, helium cair masih mengkristal.

Plasma. Pemberian energi yang signifikan kepada atom (molekul) suatu gas dari luar menyebabkan ionisasi, yaitu penguraian atom menjadi ion dan elektron bebas. Keadaan materi ini disebut plasma.

Ionisasi terjadi, misalnya, ketika gas menjadi sangat panas, yang menyebabkan peningkatan yang signifikan energi kinetik atom, selama pelepasan listrik dalam gas (dampak ionisasi oleh partikel bermuatan), ketika gas terkena radiasi elektromagnetik (autoionisasi). Plasma yang diperoleh pada suhu sangat tinggi disebut suhu tinggi.

Karena ion dan elektron dalam plasma dibawa tanpa kompensasi muatan listrik, pengaruh timbal balik mereka sangat signifikan. Di antara partikel plasma bermuatan tidak terjadi interaksi berpasangan (seperti dalam gas), melainkan interaksi kolektif. Oleh karena itu, plasma berperilaku seperti media elastis di mana berbagai osilasi dan gelombang mudah tereksitasi dan merambat.

Plasma aktif berinteraksi dengan medan listrik dan magnet. Plasma adalah wujud materi yang paling umum di alam semesta. Bintang terdiri dari plasma suhu tinggi, nebula dingin - dari plasma suhu rendah. Plasma suhu rendah yang terionisasi lemah ada di ionosfer bumi.

Referensi untuk Bab 5

1. Akhiezer A.I., Rekalo Ya.P. Partikel dasar. - M.: Nauka, 1986.

2. Azshlov A. Dunia karbon. - M.: Kimia, 1978.

3. Bronshtein M.P.Atom dan elektron. - M.: Nauka, 1980.

4. Benilovsky V.D Kristal cair yang menakjubkan ini. - M: Pencerahan, 1987.

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

6. Christie R., Pitti A. Struktur materi: pengantar fisika modern. - M.: Nauka, 1969.

7. Krejci V. Dunia melalui kacamata fisika modern. - M.: Mkr, 1984.

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

9. Okun L. B. α, β, γ, …,: pengenalan dasar fisika partikel elementer. - M.: Nauka, 1985.

10. Petrov Yu.I. Fisika partikel kecil. - M.: Nauka, 1982.

11. I, Purmal A.P. dkk Bagaimana zat diubah. - M.: Nauka, 1984.

12. Rosenthal I.M. Partikel dasar dan struktur alam semesta. - M.: Nauka, 1984.

13. Smorodinsky Ya.A. Partikel dasar. - M.: Pengetahuan, 1968.