Maddenin toplanma halinin fazı olarak adlandırılan şey. Maddenin toplanma halinin genel özellikleri

Dersin Hedefleri:

• maddenin toplam halleri hakkındaki bilgileri derinleştirmek ve genelleştirmek, maddelerin hangi hallerde olabileceğini incelemek.

Dersin Hedefleri:

Öğretim - katıların, gazların, sıvıların özellikleri hakkında bir fikir formüle etmek.

Geliştirme - öğrencilerin konuşma becerilerinin gelişimi, analiz, kapsanan ve incelenen materyalle ilgili sonuçlar.

eğitici - zihinsel emek aşılamak, çalışılan konuya olan ilgiyi artırmak için tüm koşulları yaratmak.

Temel kurallar:

toplama durumu- bu, belirli niteliksel özelliklerle karakterize edilen bir madde halidir: - şekil ve hacmi koruma yeteneği veya yetersizliği; - kısa menzilli ve uzun menzilli düzenin varlığı veya yokluğu; - diğerleri.

Şekil 6. Sıcaklık değişikliği ile bir maddenin agrega hali.

Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime denir, tersi işlem ise kristalleşmedir. Bir maddenin sıvıdan gaza geçmesine buharlaşma, gazdan sıvıya - yoğuşma denir. Ve sıvıyı atlayarak - süblimasyonla, ters işlem - desüblimasyonla hemen bir katıdan gaza geçiş.

1. Kristalleşme; 2. Erime; 3. Yoğuşma; 4. Buharlaşma;

5. Süblimasyon; 6. Süblimasyondan arındırma.

Bu geçiş örneklerini günlük yaşamda sürekli gözlemliyoruz. Buz eridiğinde suya dönüşür ve su da buharlaşarak buhar oluşturur. Ters yöne bakarsak, yoğunlaşan buhar tekrar suya dönüşmeye başlar ve su da donarak buza dönüşür. Herhangi bir katı cismin kokusu süblimasyondur. Moleküllerin bir kısmı vücuttan kaçar ve kokuyu veren gaz oluşur. Tersine işlemenin bir örneği, kışın havadaki buhar donduğunda camın üzerine çöktüğünde cam üzerindeki desenlerdir.

Video, maddenin toplam hallerindeki değişikliği gösterir.

kontrol bloğu.

1. Su donduktan sonra buza dönüştü. Su molekülleri değişti mi?

2. İç mekanlarda tıbbi eteri kullanın. Ve bu nedenle, genellikle orada kuvvetli kokarlar. Eterin durumu nedir?

3. Sıvının şekline ne olur?

4. Buz. Suyun durumu nedir?

5. Su donduğunda ne olur?

Ev ödevi.

Soruları cevapla:

1. Kabın hacminin yarısını gazla doldurmak mümkün mü? Neden?

2. Nitrojen ve oksijen oda sıcaklığında sıvı halde olabilir mi?

3. Oda sıcaklığında gaz halinde demir ve cıva olabilir mi?

4. Soğuk bir kış gününde nehrin üzerinde sis oluştu. Maddenin durumu nedir?

Maddenin üç toplanma durumuna sahip olduğuna inanıyoruz. Aslında en az on beş tane var ve bu eyaletlerin listesi her geçen gün büyümeye devam ediyor. Bunlar: şekilsiz katı, katı, nötronyum, kuark-gluon plazma, kuvvetli simetrik madde, zayıf simetrik madde, fermiyon yoğuşması, Bose-Einstein yoğuşması ve garip madde.

Günlük uygulamada, tek tek atomlar, moleküller ve iyonlarla ayrı ayrı değil, çok sayıda parçacığın bir toplamı olan gerçek maddelerle uğraşmak gerekir. Etkileşimlerinin doğasına bağlı olarak, dört tür agrega durumu ayırt edilir: katı, sıvı, gaz ve plazma. Bir madde, karşılık gelen faz geçişinin bir sonucu olarak bir topaklanma durumundan diğerine dönüşebilir.

Belirli bir topaklanma halindeki bir maddenin varlığı, parçacıklar arasında etki eden kuvvetler, aralarındaki mesafe ve hareketlerinin özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Her bir toplama durumu, bir dizi belirli özellik ile karakterize edilir.

Agregasyon durumuna bağlı olarak maddelerin özellikleri:

Sistemdeki düzen derecesine göre, her bir kümelenme durumu, parçacıkların kinetik ve potansiyel enerjileri arasındaki kendi oranı ile karakterize edilir. Katılarda, parçacıklar belirli konumları işgal ettiğinden ve yalnızca etraflarında salındığından, potansiyel kinetik üzerinde baskındır. Gazlar için, potansiyel ve kinetik enerjiler arasında ters bir ilişki vardır, çünkü gaz molekülleri her zaman rastgele hareket eder ve aralarında neredeyse hiç kohezyon kuvveti yoktur, bu nedenle gaz tüm hacmi kaplar. Sıvılar söz konusu olduğunda, parçacıkların kinetik ve potansiyel enerjileri yaklaşık olarak aynıdır, parçacıklar arasında rijit olmayan bir bağ hareket eder, bu nedenle sıvıların doğasında akışkanlık ve sabit bir hacim vardır.

Bir maddenin tanecikleri düzenli bir geometrik yapı oluşturduğunda ve aralarındaki bağların enerjisi, termal titreşimlerin enerjisinden daha büyük olduğunda, bu da mevcut yapının bozulmasını önlüyorsa, bu, maddenin katı halde olduğu anlamına gelir. Ancak belirli bir sıcaklıktan başlayarak termal titreşimlerin enerjisi, parçacıklar arasındaki bağların enerjisini aşar. Bu durumda, parçacıklar temas halinde kalsalar da birbirlerine göre hareket ederler. Bunun sonucunda geometrik yapı bozulur ve madde sıvı hale geçer. Termal dalgalanmalar, parçacıklar arasındaki bağlantı pratikte kaybolacak kadar artarsa, madde gaz halini alır. "İdeal" bir gazda, parçacıklar her yönde serbestçe hareket eder.

Sıcaklık yükseldiğinde, madde düzenli bir halden (katı) düzensiz bir hale (gaz halinde) geçer; taneciklerin dizilişi açısından sıvı hali orta düzeydedir.

Dördüncü kümelenme durumuna, nötr ve iyonize parçacıklar ve elektronların karışımından oluşan bir gaz olan plazma denir. Plazma, maksimum hareket düzensizliğine sahip parçacıkların önemli çarpışma enerjisinden dolayı ultra yüksek sıcaklıklarda (10 5 -10 7 0 C) oluşur. Plazmanın ve maddenin diğer hallerinin zorunlu bir özelliği elektriksel nötrlüğüdür. Ancak, plazmadaki parçacıkların düzensiz hareketinin bir sonucu olarak, bir elektromanyetik radyasyon kaynağı haline gelmesi nedeniyle ayrı yüklü mikro bölgeler görünebilir. Plazma durumunda, yıldızlar, diğer uzay nesneleri ve ayrıca termonükleer süreçlerde madde vardır.

Her bir toplanma durumu, her şeyden önce, sıcaklık ve basınç aralığı ile belirlenir, bu nedenle, görsel bir kantitatif özellik için, bir maddenin, toplanma durumunun basınç ve sıcaklığa bağımlılığını gösteren bir faz diyagramı kullanılır.

Faz geçiş eğrileri ile maddenin halinin şeması: 1 - erime-kristalleşme, 2 - kaynama-yoğunlaşma, 3 - süblimasyon-desüblimasyon

Durum diyagramı, kristal, sıvı ve gaz hallerine karşılık gelen üç ana alandan oluşur. Bireysel bölgeler, faz geçişlerini yansıtan eğrilerle ayrılır:

1. katıdan sıvıya ve tersi, sıvıdan katıya (erime-kristalleşme eğrisi - noktalı yeşil grafik)
2. sıvıdan gaza ve gazın sıvıya ters dönüşümü (kaynama-yoğuşma eğrisi - mavi grafik)
3. katıdan gaza ve gazdan katıya (süblimasyon-desüblimasyon eğrisi - kırmızı grafik).

Bu eğrilerin kesişme koordinatlarına, belirli bir basınç P \u003d P in ve belirli bir sıcaklık T \u003d T in koşulları altında, bir maddenin aynı anda üç toplama durumunda bir arada bulunabileceği ve sıvı ve katı hallerin aynı buhar basıncına sahip olduğu üçlü nokta denir. Pv ve Tv koordinatları, üç fazın da aynı anda var olabileceği tek basınç ve sıcaklık değerleridir.

Durumun faz diyagramındaki K noktası, parçacıkların kinetik enerjisinin etkileşimlerinin enerjisini aştığı ve bu nedenle sıvı ve gaz fazları arasındaki ayrım çizgisinin silindiği ve maddenin herhangi bir basınçta gaz halinde bulunduğu kritik sıcaklık olan Tk sıcaklığına karşılık gelir.

Faz diyagramının analizinden, üçlü noktadan (P c) daha yüksek bir yüksek basınçta, bir katının ısınmasının erimesiyle sona erdiği, örneğin P 1'de erimenin şu noktada meydana geldiği sonucu çıkar: D. Sıcaklıkta Td'den Te'ye daha fazla bir artış, maddenin belirli bir Pı basıncında kaynamasına yol açar. Üçlü nokta Р в'deki basınçtan Р 2 daha düşük bir basınçta, maddenin ısıtılması, doğrudan kristalden gaz haline geçişine yol açar (nokta Q), yani süblimasyona. Çoğu madde için, üçlü noktadaki basınç, doymuş buhar basıncından (P cinsinden) daha düşüktür.

P doymuş buhar, bu nedenle, bu tür maddelerin kristalleri ısıtıldığında erimezler, buharlaşırlar, yani süblimasyona uğrarlar. Örneğin, iyot kristalleri veya "kuru buz" (katı CO2) bu şekilde davranır.

gaz hali

Normal koşullar altında (273 K, 101325 Pa), molekülleri bir (He, Ne, Ar) veya birkaç basit atomdan (H 2, N 2 , O 2) oluşan basit maddeler ve düşük molar kütleye sahip karmaşık maddeler (CH 4 , HCI, C2H 6) gaz halinde olabilir.

Gaz taneciklerinin kinetik enerjisi potansiyel enerjilerini aştığı için gaz halindeki moleküller sürekli rastgele hareket ederler. Parçacıklar arasındaki büyük mesafeler nedeniyle, gazlardaki moleküller arası etkileşim kuvvetleri o kadar küçüktür ki parçacıkları birbirine çekmeye ve onları bir arada tutmaya yetmez. Bu nedenle gazların kendi şekilleri yoktur ve düşük yoğunlukları ve yüksek sıkıştırma ve genişleme yetenekleri ile karakterize edilirler. Bu nedenle gaz, bulunduğu kabın duvarlarına her yöne eşit olarak sürekli olarak baskı yapar.

En önemli gaz parametreleri (basınç P, sıcaklık T, madde miktarı n, molar kütle M, kütle m) arasındaki ilişkiyi incelemek için, maddenin gaz halinin en basit modeli kullanılır - Ideal gaz, aşağıdaki varsayımlara dayanmaktadır:

• gaz parçacıkları arasındaki etkileşim ihmal edilebilir;
• parçacıkların kendileri, kendi boyutlarına sahip olmayan maddi noktalardır.

İdeal gaz modelini tanımlayan en genel denklem, denklemler olarak kabul edilir. Mendeleev-Clapeyron Bir maddenin bir molü için:

Bununla birlikte, gerçek bir gazın davranışı, kural olarak ideal olandan farklıdır. Bu, ilk olarak, gerçek bir gazın molekülleri arasında, gazı belirli bir dereceye kadar sıkıştıran hala önemsiz karşılıklı çekim kuvvetleri olduğu gerçeğiyle açıklanır. Bunu akılda tutarak, toplam gaz basıncı değer kadar artar. A/v2, moleküllerin karşılıklı çekiminden kaynaklanan ek iç basıncı hesaba katar. Sonuç olarak, toplam gaz basıncı toplam ile ifade edilir. P+ A/v2. İkincisi, gerçek bir gazın molekülleri, küçük de olsa, ancak oldukça kesin bir hacme sahiptir. B , yani uzaydaki tüm gazın gerçek hacmi V- B . Ele alınan değerleri Mendeleev-Clapeyron denkleminde değiştirirken, gerçek bir gazın durum denklemini elde ederiz. van der Waals denklemi:

Nerede A Ve B her gerçek gaz için pratikte belirlenen ampirik katsayılardır. katsayısı olduğu tespit edilmiştir. A kolayca sıvılaştırılan gazlar için büyük bir değere sahiptir (örneğin, CO2, NH3) ve katsayı B - aksine, boyut ne kadar yüksek olursa, gaz molekülleri de o kadar büyük olur (örneğin, gaz halindeki hidrokarbonlar).

Van der Waals denklemi, gerçek bir gazın davranışını, açık fiziksel anlamı nedeniyle pratik hesaplamalarda yaygın olarak kullanılan Mendeleev-Clapeyron denkleminden çok daha doğru bir şekilde tanımlar. Bir gazın ideal hali sınırlayıcı, hayali bir durum olsa da, buna karşılık gelen yasaların basitliği, düşük basınçlarda ve yüksek sıcaklıklarda birçok gazın özelliklerini açıklamak için uygulanma olasılıkları, ideal gaz modelini çok uygun hale getirir.

maddenin sıvı hali

Herhangi bir belirli maddenin sıvı hali, maddenin doğasına (bileşimine) özgü belirli bir sıcaklık ve basınç aralığında termodinamik olarak kararlıdır. Sıvı halin üst sıcaklık limiti, bir maddenin kararlı basınç koşulları altında gaz halinde olduğu kaynama noktasıdır. Bir sıvının varlığının kararlı durumunun alt sınırı, kristalleşme (katılaşma) sıcaklığıdır. 101,3 kPa basınçta ölçülen kaynama ve kristalleşme sıcaklıkları normal olarak adlandırılır.

Sıradan sıvılar için, izotropi doğaldır - fiziksel özelliklerin madde içindeki tüm yönlerdeki tekdüzeliği. Bazen izotropi için başka terimler de kullanılır: değişmezlik, yön seçimine göre simetri.

Sıvı halin doğasına ilişkin görüşlerin oluşmasında Mendeleyev (1860) tarafından keşfedilen kritik hal kavramı büyük önem taşımaktadır:

Kritik durum, sıvı ve doymuş buharı aynı fiziksel özellikleri kazandığından, bir sıvı ile buharı arasındaki ayrılma sınırının ortadan kalktığı bir denge durumudur.

Kritik durumda, sıvının ve doymuş buharın hem yoğunluklarının hem de özgül hacimlerinin değerleri aynı olur.

Maddenin sıvı hali, gaz ve katı arasında bir ara maddedir. Bazı özellikler sıvı hali katıya yaklaştırır. Katı maddeler, yüzbinlerce atomlar arası veya moleküller arası yarıçap boyunca uzanan katı bir parçacık sıralaması ile karakterize edilirse, o zaman sıvı halde, kural olarak, birkaç on sıralı parçacıktan fazlası gözlenmez. Bu, sıvı bir maddenin farklı yerlerindeki parçacıklar arasındaki düzenin hızla ortaya çıkması ve parçacıkların termal titreşimleriyle aynı hızla "bulanık" olmasıyla açıklanır. Aynı zamanda, parçacıkların "paketlenmesinin" genel yoğunluğu, bir katınınkinden çok az farklılık gösterir, bu nedenle sıvıların yoğunluğu, çoğu katının yoğunluğundan çok farklı değildir. Ek olarak, sıvıların sıkıştırma yeteneği neredeyse katılardaki kadar küçüktür (gazlarınkinden yaklaşık 20.000 kat daha az).

Yapısal analiz sözde doğruladı kısa menzilli sipariş, bu, her molekülün en yakın "komşularının" sayısı ve karşılıklı düzenlemelerinin hacim boyunca yaklaşık olarak aynı olduğu anlamına gelir.

Moleküller arası etkileşim kuvvetleriyle birbirine bağlanan nispeten az sayıda farklı bileşime sahip parçacıklara denir. küme . Bir sıvıdaki tüm parçacıklar aynı ise, böyle bir kümeye denir. iş arkadaşı . Kısa menzilli düzenin gözlendiği kümeler ve ortaklardadır.

Çeşitli sıvılardaki düzen derecesi sıcaklığa bağlıdır. Erime noktasının biraz üzerindeki düşük sıcaklıklarda, parçacıkların yerleşimindeki düzen derecesi çok yüksektir. Sıcaklık yükseldikçe azalır ve sıcaklık yükseldikçe sıvının özellikleri gazların özelliklerine daha çok yaklaşır ve kritik sıcaklığa ulaşıldığında sıvı ve gaz halleri arasındaki fark ortadan kalkar.

Sıvı halin katı hale yakınlığı, standart buharlaşma entalpileri DH 0 buharlaşma ve erime DH 0 erime değerleri ile doğrulanır. DH 0 buharlaşma değerinin 1 mol sıvıyı 101,3 kPa'da buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarını gösterdiğini hatırlayın; aynı koşullar altında 1 mol buharın bir sıvıya yoğuşması için aynı miktarda ısı harcanır (yani DH 0 buharlaşma = DH 0 yoğuşma). 101,3 kPa'da 1 mol katıyı sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarına denir. standart füzyon entalpisi; normal basınç koşulları altında 1 mol sıvının kristalleşmesi sırasında aynı miktarda ısı açığa çıkar (DH 0 erime = DH 0 kristalleşme). DH 0 buharlaşma olduğu bilinmektedir.<< DН 0 плавления, поскольку переход из твердого состояния в жидкое сопровождается меньшим нарушением межмолекулярного притяжения, чем переход из жидкого в газообразное состояние.

Bununla birlikte, sıvıların diğer önemli özellikleri daha çok gazlarınkine benzer. Yani gazlar gibi sıvılar da akabilir - bu özelliğe denir akışkanlık . Akışa direnebilirler, yani doğuştan gelirler. viskozite . Bu özellikler, moleküller arasındaki çekici kuvvetlerden, sıvı maddenin moleküler ağırlığından ve diğer faktörlerden etkilenir. Sıvıların viskozitesi gazlarınkinden yaklaşık 100 kat daha fazladır. Tıpkı gazlar gibi, sıvılar da dağılabilir, ancak çok daha yavaş bir hızda çünkü sıvı parçacıkları gaz parçacıklarından daha yoğun bir şekilde paketlenir.

Ne gazların ne de katıların özelliği olmayan sıvı halin en ilginç özelliklerinden biri, yüzey gerilimi .

Bir sıvı hacminde bulunan bir molekül, her taraftan moleküller arası kuvvetler tarafından düzgün bir şekilde hareket eder. Bununla birlikte, sıvının yüzeyinde, bu kuvvetlerin dengesi bozulur, bunun sonucunda yüzey molekülleri, sıvının içine yönlendirilen bazı bileşke kuvvetlerin etkisi altındadır. Bu nedenle sıvı yüzeyi gerilim halindedir. Yüzey gerilimi, bir sıvının taneciklerini içeride tutan ve böylece sıvının yüzeyinin büzülmesini engelleyen minimum kuvvettir.

Katıların yapısı ve özellikleri

Hem doğal hem de yapay bilinen maddelerin çoğu normal koşullar altında katı haldedir. Bugün bilinen tüm bileşiklerin yaklaşık %95'i, yalnızca yapısal değil, aynı zamanda fonksiyonel malzemelerin de temelini oluşturdukları için önemli hale gelen katılardır.

• Yapısal malzemeler, aletler, ev eşyaları ve diğer çeşitli yapıları yapmak için kullanılan katılar veya bunların bileşimleridir.
• Fonksiyonel malzemeler, kullanımı içlerinde belirli yararlı özelliklerin bulunmasından kaynaklanan katılardır.

Örneğin çelik, alüminyum, beton, seramik yapısal malzemelere, yarı iletkenler, fosforlar işlevsel olanlara aittir.

Katı halde, maddenin parçacıkları arasındaki mesafeler küçüktür ve parçacıkların kendileriyle aynı büyüklük sırasına sahiptir. Aralarındaki etkileşim enerjileri yeterince büyüktür, bu da parçacıkların serbest hareketini engeller - yalnızca belirli denge konumları etrafında, örneğin kristal kafesin düğümleri etrafında salınabilirler. Parçacıkların serbestçe hareket edememesi, katıların en karakteristik özelliklerinden birine - kendi şekil ve hacimlerinin varlığına - yol açar. Katıları sıkıştırma yeteneği çok küçüktür ve yoğunluk yüksektir ve sıcaklık değişimlerine çok az bağlıdır. Katı maddede meydana gelen tüm işlemler yavaş gerçekleşir. Katılar için stokiyometri yasaları, gaz ve sıvı maddelerden farklı ve kural olarak daha geniş bir anlama sahiptir.

Katıların ayrıntılı açıklaması bu malzeme için çok hacimlidir ve bu nedenle ayrı makalelerde ele alınmıştır:, ve.

tanım 1

Maddenin toplu halleri(Latince "aggrego", "iliştiriyorum", "bağlarım" anlamına gelir) - bunlar aynı maddenin katı, sıvı ve gaz halindeki halleridir.

Bir halden diğerine geçiş sırasında, maddenin enerji, entropi, yoğunluk ve diğer özelliklerinde ani bir değişiklik gözlenir.

Katı ve sıvı cisimler

katılar- Bunlar, şekil ve hacimlerinin değişmezliği ile ayırt edilen cisimlerdir.

Katılarda moleküller arası mesafeler küçüktür ve moleküllerin potansiyel enerjisi kinetik enerji ile karşılaştırılabilir.

Katı cisimler 2 türe ayrılır:

1. kristal;
2. Amorf.

Sadece kristal cisimler termodinamik denge halindedir. Aslında amorf cisimler, yapı olarak dengede olmayan, yavaş yavaş kristalleşen sıvılara benzer yarı kararlı durumlardır. Şekilsiz bir vücutta, aşırı derecede yavaş bir kristalleşme süreci, bir maddenin kademeli olarak kristal faza dönüşme süreci gerçekleşir. Bir kristal ve amorf bir katı arasındaki fark, öncelikle özelliklerinin anizotropisinde yatmaktadır. Kristal bir cismin özellikleri uzaydaki yöne bağlı olarak belirlenir. Çeşitli süreçler (örneğin, termal iletkenlik, elektrik iletkenliği, ışık, ses) katı bir cismin farklı yönlerinde farklı şekillerde yayılır. Ancak şekilsiz cisimler (örneğin cam, reçineler, plastikler) sıvılar gibi izotropiktir. Şekilsiz cisimler ve sıvılar arasındaki fark, yalnızca ikincisinin akışkan olması, içlerinde statik kayma deformasyonlarının meydana gelmemesi gerçeğinde yatmaktadır.

Kristal cisimler doğru moleküler yapıya sahiptir. Kristalin anizotropik özelliklere sahip olması doğru yapıdan kaynaklanmaktadır. Kristal atomlarının doğru düzenlenmesi, sözde kristal kafesi oluşturur. Farklı yönlerde, kafes içindeki atomların konumu farklıdır, bu da anizotropiye yol açar. Kristal kafesteki atomlar (iyonlar veya tüm moleküller), kristal kafesin düğümleri olarak kabul edilen orta konumların yakınında rastgele salınım hareketi gerçekleştirir. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, salınımların enerjisi ve dolayısıyla salınımların ortalama genliği o kadar yüksek olur. Salınımların genliğine bağlı olarak kristalin boyutu belirlenir. Salınımların genliğindeki bir artış, vücudun boyutunda bir artışa yol açar. Böylece katıların termal genleşmesi açıklanır.

Tanım 3

sıvı cisimler- Bunlar belirli bir hacme sahip ancak elastik bir şekle sahip olmayan cisimlerdir.

Sıvı haldeki bir madde, güçlü moleküller arası etkileşim ve düşük sıkıştırılabilirlik ile karakterize edilir. Bir sıvı, bir katı ve bir gaz arasında bir ara pozisyonda bulunur. Gazlar gibi sıvılar da izotopik özelliklere sahiptir. Ayrıca sıvının akışkanlık özelliği vardır. İçinde gazlarda olduğu gibi kayma gerilmesi (kayma gerilmesi) cisimleri yoktur. Sıvılar ağırdır, yani özgül ağırlıkları katıların özgül ağırlıklarıyla karşılaştırılabilir. Kristalleşme sıcaklıklarına yakın, ısı kapasiteleri ve diğer termal özellikleri katılarınkine yakındır. Sıvılarda, belirli bir ölçüde, ancak yalnızca küçük alanlarda atomların doğru dizilişi gözlemlenir. Burada atomlar yarı kristal hücrenin düğümleri etrafında da salınımlı bir hareket gerçekleştirirler, ancak katı bir cismin atomlarının aksine periyodik olarak bir düğümden diğerine atlarlar. Sonuç olarak, atomların hareketi çok karmaşık olacaktır: salınımlı, ancak aynı zamanda salınımların merkezi uzayda hareket eder.

Gaz Bu, moleküller arasındaki mesafelerin çok büyük olduğu bir madde halidir.

Düşük basınçlarda moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir. Gaz parçacıkları, gaz için sağlanan tüm hacmi doldurur. Gazlar aşırı derecede kızdırılmış veya doymamış buharlar olarak kabul edilir. Özel bir gaz türü plazmadır (pozitif ve negatif yüklerin yoğunluklarının neredeyse aynı olduğu kısmen veya tamamen iyonize bir gaz). Yani, bir plazma, büyük bir mesafede elektrik kuvvetleri kullanarak birbirleriyle etkileşime giren, ancak yakın ve uzak parçacıklara sahip olmayan, yüklü parçacıklardan oluşan bir gazdır.

Bildiğiniz gibi, maddeler bir toplanma durumundan diğerine geçebilir.

Tanım 5

buharlaşma- bu, kinetik enerjisi moleküllerin etkileşiminin potansiyel enerjisini dönüştüren moleküllerin sıvı veya katı bir cismin yüzeyinden uçtuğu bir maddenin toplanma durumunu değiştirme işlemidir.

Buharlaşma bir faz geçişidir. Buharlaşma sırasında sıvı veya katının bir kısmı buhara dönüşür.

Tanım 6

Bir sıvı ile dinamik dengede olan gaz halindeki bir maddeye doymuş denir. feribot. Bu durumda, vücudun iç enerjisindeki değişim şuna eşittir:

∆ U = ± m r (1) ,

m vücudun kütlesi, r ise özgül buharlaşma ısısıdır (J / k g).

tanım 7

yoğunlaşma buharlaşmanın tersi süreçtir.

İç enerjideki değişim formül (1) ile hesaplanır.

tanım 8

Erime- Bu, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürme işlemi, bir maddenin topaklanma durumunu değiştirme işlemidir.

Bir madde ısıtıldığında iç enerjisi artar, bu nedenle moleküllerin termal hareket hızı artar. Bir madde erime noktasına ulaştığında, bir katının kristal kafesi yok edilir. Parçacıklar arasındaki bağlar da yok edilir ve parçacıklar arasındaki etkileşim enerjisi artar. Vücuda aktarılan ısı, bu vücudun iç enerjisini artırmaya gider ve enerjinin bir kısmı, eridiğinde vücudun hacmini değiştirmek için iş yapmaya harcanır. Birçok kristal cisim için, eridiğinde hacim artar, ancak istisnalar da vardır (örneğin, buz, dökme demir). Amorf cisimlerin belirli bir erime noktası yoktur. Erime, erime sıcaklığında ısı kapasitesinde ani bir değişiklik ile karakterize edilen bir faz geçişidir. Erime noktası maddeye bağlıdır ve işlem boyunca sabit kalır. O zaman vücudun iç enerjisindeki değişim şuna eşittir:

∆ U = ± m λ (2) ,

burada λ özgül füzyon ısısıdır (D f / k g) .

tanım 9

kristalleşme eritmenin tersi işlemdir.

İç enerjideki değişim formül (2) ile hesaplanır.

Isıtma veya soğutma sırasında sistemin her bir gövdesinin iç enerjisindeki değişim aşağıdaki formülle hesaplanır:

∆ U = m c ∆ T (3) ,

burada c, maddenin özgül ısı kapasitesidir, J ila gK, △ T, vücut sıcaklığındaki değişikliktir.

Tanım 10

Maddelerin bir toplanma durumundan diğerine dönüşümleri göz önüne alındığında, sözde olmadan yapılamaz. ısı dengesi denklemleri: Isı yalıtımlı bir sistemde açığa çıkan toplam ısı miktarı, bu sistemde emilen ısı miktarına (toplam) eşittir.

Q 1 + Q 2 + Q 3 + . . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 + . . . + Q " k .

Özünde, ısı dengesi denklemi, ısıl olarak yalıtılmış sistemlerde ısı transfer süreçleri için enerji korunumu yasasıdır.

örnek 1

Isı yalıtımlı bir kapta, t i = 0 ° C sıcaklıkta su ve buz vardır. Su m υ ve buz m i kütlesi sırasıyla 0,5 kg ve 60 g'a eşittir m p = 10 g kütleli su buharı t p = 100 ° C sıcaklıkta suya bırakılır. Termal denge sağlandıktan sonra kaptaki suyun sıcaklığı ne olur? Bu durumda, kabın ısı kapasitesinin dikkate alınmasına gerek yoktur.

Resim 1

Çözüm

Sistemde hangi işlemlerin yapıldığını, maddenin hangi toplu hallerini gözlemlediğimizi ve hangilerini elde ettiğimizi belirleyelim.

Su buharı yoğunlaşarak ısı verir.

Termal enerji, buzu eritmek ve belki de mevcut ve buzdan elde edilen suyu ısıtmak için harcanır.

Her şeyden önce, mevcut buhar kütlesinin yoğuşması sırasında ne kadar ısı açığa çıktığını kontrol edelim:

Q p = - r m p ; Q p \u003d 2, 26 10 6 10 - 2 \u003d 2, 26 10 4 (D w),

burada referans malzemelerden elde ettiğimiz r = 2.26 10 6 J k g - özgül buharlaşma ısısı (aynı zamanda yoğuşma için de kullanılır).

Buzu eritmek için aşağıdaki miktarda ısıya ihtiyacınız vardır:

Q ben \u003d λ m ben Q ben \u003d 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D w),

burada, referans malzemelerden, λ = 3, 3 10 5 J k g - buzun erimesinin özgül ısısına sahibiz.

Buharın sadece mevcut buzu eritmek için gereğinden fazla ısı verdiği ortaya çıkıyor, bu da ısı dengesi denklemini aşağıdaki gibi yazdığımız anlamına geliyor:

r m p + c m p (T p - T) = λ m ben + c (m υ + m ben) (T - T ben) .

Kütlesi mp olan buharın yoğuşması ve buhardan oluşan suyun Tp sıcaklığından istenen T sıcaklığına soğutulması sırasında ısı açığa çıkar. m i kütleli buz eridiğinde ve m υ + m i kütleli su Ti sıcaklığından T sıcaklığına ısıtıldığında ısı emilir. Aldığımız T p - T farkı için T - T ben = ∆ T'yi belirtin:

T p - T = T p - T ben - ∆ T = 100 - ∆ T .

Isı dengesi denklemi şöyle görünecektir:

r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m ben + c (m υ + m ben) ∆ T ; c (m υ + m ben + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m ben ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m ben c m υ + m ben + m p .

Suyun ısı kapasitesinin tablo şeklinde olduğunu dikkate alarak hesaplamalar yapalım.

c \u003d 4, 2 10 3 J k g K, T p \u003d t p + 273 \u003d 373 K, T ben \u003d t ben + 273 \u003d 273 K: ∆ T \u003d 2, 26 10 6 10 - 2 + 4, 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3 , 3 10 5 4 , 2 10 3 5 , 7 10 - 1 ≈ 3 (K) ,

o zaman T = 273 + 3 = 276 K

Cevap: Termal denge kurulduktan sonra kaptaki suyun sıcaklığı 276 K olacaktır.

Örnek 2

Şekil 2, bir maddenin kristal halinden sıvı hale geçişine karşılık gelen izotermin bir kesitini göstermektedir. p, T diyagramındaki bu bölüme ne karşılık gelir?

Çizim 2

Cevap: P , V diyagramında p , T diyagramında yatay bir çizgi parçası olarak gösterilen durumların tamamı, bir toplama durumundan diğerine dönüşümün gerçekleştiği p ve T değerlerini belirleyen bir nokta ile gösterilir.

Metinde bir hata fark ederseniz, lütfen onu vurgulayın ve Ctrl+Enter tuşlarına basın.

Bir maddenin topaklanma durumuna genellikle şeklini ve hacmini koruma yeteneği denir. Ek bir özellik, bir maddenin bir toplanma durumundan diğerine geçme yollarıdır. Buna dayanarak, üç toplama durumu ayırt edilir: katı, sıvı ve gaz. Görünür özellikleri aşağıdaki gibidir:

Katı bir gövde hem şeklini hem de hacmini korur. Hem eriterek sıvıya hem de süblimleşerek doğrudan gaza geçebilir.
- Sıvı - hacmi korur, ancak şekli tutmaz, yani akışkanlığa sahiptir. Dökülen sıvı, döküldüğü yüzey üzerinde süresiz olarak yayılma eğilimindedir. Bir sıvı kristalleşerek katı hale, buharlaşarak gaz hale geçebilir.
- Gaz - şeklini veya hacmini korumaz. Herhangi bir kabın dışındaki gaz, tüm yönlerde süresiz olarak genişleme eğilimindedir. Dünya atmosferinin uzaya dağılmaması sayesinde, yalnızca yerçekimi onu bunu yapmaktan alıkoyabilir. Bir gaz, yoğuşma yoluyla bir sıvıya geçer ve doğrudan bir katıya çökelme yoluyla geçebilir.

Faz geçişleri

Bir maddenin bir topaklanma halinden diğerine geçişine faz geçişi denir, çünkü topaklanmanın bilimsel hali maddenin bir fazıdır. Örneğin, su katı (buz), sıvı (normal su) ve gaz (buhar) fazlarında bulunabilir.

Su örneği de iyi gösterilmiştir. Soğuk, rüzgarsız bir günde kuruması için bahçeye asılan şey hemen donar, ancak bir süre sonra kuru olduğu ortaya çıkar: buz süblimleşir ve doğrudan su buharına dönüşür.

Kural olarak, katıdan sıvıya ve gaza faz geçişi ısıtma gerektirir, ancak ortamın sıcaklığı artmaz: termal enerji, maddedeki iç bağları kırmak için harcanır. Bu sözde gizli ısıdır. Ters faz geçişlerinde (yoğunlaşma, kristalleşme) bu ısı açığa çıkar.

Bu nedenle buhar yanıkları çok tehlikelidir. Cilt ile temas ettiğinde yoğunlaşır. Suyun gizli buharlaşma/yoğunlaşma ısısı çok yüksektir: bu bakımdan su anormal bir maddedir; Bu yüzden Dünya'da yaşam mümkündür. Bir buhar yanması sırasında, su yoğunlaşmasının gizli ısısı yanmış yeri çok derinden "haşlar" ve bir buhar yanığının sonuçları, vücudun aynı bölgesindeki bir alevden çok daha şiddetlidir.

sözde fazlar

Bir maddenin sıvı fazının akışkanlığı, viskozitesi ile belirlenir ve viskozite, bir sonraki bölümün ayrılacağı iç bağların doğası ile belirlenir. Bir sıvının viskozitesi çok yüksek olabilir ve böyle bir sıvı göze fark edilmeden akabilir.

Klasik örnek camdır. Katı değil, çok viskoz bir sıvıdır. Lütfen depolardaki cam levhaların asla duvara eğik olarak yerleştirilmediğine dikkat edin. Birkaç gün içinde kendi ağırlıkları altında sarkacak ve kullanılamaz hale geleceklerdir.

Diğer sözde-katı gövdeler, pabuç aralığı ve yapıdır. Köşeli parçayı çatıda unutursanız, yaz boyunca yayılarak bir pastaya dönüşecek ve tabana yapışacaktır. Sözde katı cisimler, erimenin doğası gereği gerçek olanlardan ayırt edilebilir: Onunla gerçek olanlar, ya hemen yayılana kadar (lehimlenir) şeklini korurlar ya da su birikintilerini ve akıntıları (buz) dışarı atarak yüzerler. Ve çok viskoz sıvılar, aynı zift veya bitüm gibi yavaş yavaş yumuşar.

Akışkanlığı yıllarca ve on yıllardır fark edilmeyen son derece viskoz sıvılar plastiktir. Şekillerini koruma konusundaki yüksek yetenekleri, polimerlerin devasa moleküler ağırlıkları, binlerce ve milyonlarca hidrojen atomu tarafından sağlanır.

Maddenin fazlarının yapısı

Gaz fazında, bir maddenin molekülleri veya atomları birbirlerinden çok uzaktadır ve aralarındaki mesafeden kat kat fazladır. Sadece çarpışmalar sırasında birbirleriyle ara sıra ve düzensiz bir şekilde etkileşime girerler. Etkileşimin kendisi esnektir: sert toplar gibi çarpışırlar ve hemen dağılırlar.

Bir sıvıda, kimyasal yapıdaki çok zayıf bağlar nedeniyle moleküller/atomlar sürekli olarak birbirlerini "hissederler". Bu bağlar her zaman kırılır ve hemen tekrar eski haline gelir, sıvının molekülleri sürekli olarak birbirlerine göre hareket eder ve bu nedenle sıvı akar. Ancak onu gaza dönüştürmek için tüm bağları bir kerede kırmanız gerekir ve bu çok fazla enerji gerektirir, bu nedenle sıvı hacmini korur.

Bu bakımdan su, bir sıvı içindeki moleküllerinin oldukça güçlü olan sözde hidrojen bağları ile birbirine bağlanmasıyla diğer maddelerden farklıdır. Bu nedenle su, yaşam için normal bir sıcaklıkta sıvı olabilir. Normal koşullar altında moleküler ağırlığı suyunkinden onlarca ve yüzlerce kat daha fazla olan birçok madde, en azından sıradan ev gazı gibi gazlardır.

Bir katıda, tüm molekülleri, aralarındaki güçlü kimyasal bağlar nedeniyle bir kristal kafes oluşturan sıkı bir şekilde yerlerindedir. Doğru biçimdeki kristaller büyümeleri için özel koşullar gerektirir ve bu nedenle doğada nadiren bulunurlar. Katıların çoğu, mekanik ve elektriksel nitelikteki güçlerle sıkı bir şekilde bağlanmış küçük ve minik kristallerin - kristalitlerin konglomeralarıdır.

Okuyucu, örneğin, bir arabanın kırık bir yarı dingili veya bir dökme demir ızgara gördüyse, hurda üzerindeki kristalit taneleri basit bir gözle görülebilir. Ve kırık porselen veya fayans tabak parçalarında büyüteç altında görülebilirler.

Plazma

Fizikçiler ayrıca maddenin dördüncü toplam durumunu da ayırt eder - plazma. Plazmada elektronlar atom çekirdeğinden koparılır ve elektrik yüklü parçacıkların bir karışımıdır. Plazma çok yoğun olabilir. Örneğin, beyaz cüce yıldızların iç kısmındaki bir santimetreküp plazma onlarca ve yüzlerce ton ağırlığındadır.

Plazma, parçacıklarının yüklü olması nedeniyle elektromanyetik alanlarla aktif olarak etkileşime girdiği için ayrı bir kümelenme durumuna izole edilmiştir. Boş alanda, plazma genleşme, soğuma ve bir gaza dönüşme eğilimindedir. Ancak etki altında, katı bir cisim gibi şeklini ve hacmini kabın dışında tutabilir. Plazmanın bu özelliği, geleceğin enerji santrallerinin prototipleri olan termonükleer güç reaktörlerinde kullanılmaktadır.

toplama durumu- bu, belirli bir sıcaklık ve basınç aralığında, özelliklerle karakterize edilen bir madde halidir: hacim ve şekli koruma yeteneği (katı) veya yetersizlik (sıvı, gaz); uzun menzilli (katı) veya kısa menzilli (sıvı) düzenin ve diğer özelliklerin varlığı veya yokluğu.

Bir madde üç toplama durumunda olabilir: katı, sıvı veya gaz halinde, şu anda ek bir plazma (iyonik) durumu ayırt edilir.

İÇİNDE gazlı Bu durumda, bir maddenin atomları ve molekülleri arasındaki mesafe büyüktür, etkileşim kuvvetleri küçüktür ve uzayda rastgele hareket eden parçacıklar, potansiyel enerjiyi aşan büyük bir kinetik enerjiye sahiptir. Gaz halindeki maddenin ne şekli ne de hacmi vardır. Gaz mevcut tüm alanı doldurur. Bu durum, düşük yoğunluklu maddeler için tipiktir.

İÇİNDE sıvı durumda, bir maddenin hacminde periyodik olarak düzenli bir atom düzenlemesine sahip ayrı bölümler göründüğünde, ancak bu bölümlerin karşılıklı yönelimi de olmadığında, yalnızca atomların veya moleküllerin kısa menzilli düzeni korunur. Kısa menzil düzeni kararsızdır ve atomların termal titreşimlerinin etkisi altında ya kaybolabilir ya da yeniden ortaya çıkabilir. Bir sıvının moleküllerinin belirli bir konumu yoktur ve aynı zamanda tam bir hareket serbestliğine sahip değildirler. Sıvı haldeki maddenin kendi şekli yoktur, sadece hacmini muhafaza eder. Sıvı, kabın hacminin yalnızca bir kısmını kaplayabilir, ancak kabın tüm yüzeyi boyunca serbestçe akabilir. Sıvı hal genellikle katı ve gaz arasında bir ara madde olarak kabul edilir.

İÇİNDE sağlam madde, atomların diziliş sırası kesin olarak tanımlanmış, düzenli bir şekilde düzenlenmiş hale gelir, parçacıkların etkileşim kuvvetleri karşılıklı olarak dengelenir, böylece cisimler şekillerini ve hacimlerini korur. Atomların uzayda düzenli olarak sıralanması kristal durumu karakterize eder, atomlar bir kristal kafes oluşturur.

Katılar amorf veya kristal yapıya sahiptir. İçin amorf Cisimler, yalnızca atomların veya moleküllerin düzeninde kısa menzilli bir düzenle, uzayda atomların, moleküllerin veya iyonların kaotik bir düzeniyle karakterize edilir. Amorf cisimlerin örnekleri, gerçekte bir sıvı gibi yavaş akmalarına rağmen katı halde görünen cam, zift ve zifttir. Amorf cisimler, kristal cisimlerin aksine, belirli bir erime noktasına sahip değildir. Amorf cisimler, kristal katılar ve sıvılar arasında bir ara pozisyon işgal eder.

Çoğu katı var kristal uzayda atomların veya moleküllerin düzenli bir düzenlemesi ile karakterize edilen bir yapı. Kristal yapı, yapının elemanları periyodik olarak tekrarlandığında uzun menzilli bir düzen ile karakterize edilir; kısa menzilli düzende böyle düzenli bir tekrar yoktur. Kristal bir cismin karakteristik bir özelliği, şeklini koruma yeteneğidir. Modeli uzamsal bir kafes olan ideal bir kristalin işareti simetri özelliğidir. Simetri, katı bir cismin kristal kafesinin, noktaları simetri düzlemi adı verilen belirli bir düzlemden yansıtıldığında kendisiyle hizalanacak teorik yeteneği olarak anlaşılır. Dış formun simetrisi, kristalin iç yapısının simetrisini yansıtır. Örneğin, tüm metaller, iki tür simetri ile karakterize edilen kristal bir yapıya sahiptir: kübik ve altıgen.

Düzensiz atom dağılımına sahip amorf yapılarda, maddenin özellikleri farklı yönlerde aynıdır, yani camsı (amorf) maddeler izotropiktir.

Tüm kristaller anizotropi ile karakterize edilir. Kristallerde, atomlar arasındaki mesafeler sıralıdır, ancak sıranın derecesi farklı yönlerde farklı olabilir, bu da kristal maddenin farklı yönlerde özelliklerinde bir farka yol açar. Bir kristal maddenin özelliklerinin kafesindeki yöne bağımlılığına denir. anizotropiözellikler. Anizotropi, hem fiziksel hem de mekanik ve diğer özellikleri ölçerken kendini gösterir. Kristalde yöne bağlı olmayan özellikler (yoğunluk, ısı kapasitesi) vardır. Özelliklerin çoğu yön seçimine bağlıdır.

Belirli bir malzeme hacmine sahip nesnelerin özelliklerini ölçmek mümkündür: boyutlar - birkaç milimetreden onlarca santimetreye. Kristal hücre ile aynı yapıya sahip olan bu cisimlere tek kristal denir.

Özelliklerin anizotropisi, tek kristallerde kendini gösterir ve rastgele yönlendirilmiş birçok küçük kristalden oluşan çok kristalli bir maddede pratikte yoktur. Bu nedenle, polikristal maddelere yarı izotropik denir.

Demetler, bobinler (globüller), fibriller vb. şeklinde supramoleküler yapıların oluşumu ile molekülleri düzenli bir şekilde düzenlenebilen polimerlerin kristalleşmesi belirli bir sıcaklık aralığında gerçekleşir. Moleküllerin ve agregalarının karmaşık yapısı, polimerlerin ısınma üzerine spesifik davranışını belirler. Düşük viskozite ile sıvı hale geçemezler, gaz halleri yoktur. Katı formda polimerler camsı, oldukça elastik ve viskoz hallerde olabilir. Doğrusal veya dallanmış moleküllere sahip polimerler, polimerin deformasyon sürecinde kendini gösteren sıcaklıktaki bir değişiklikle bir durumdan diğerine değişebilir. Şek. Şekil 9, deformasyonun sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir.

Pirinç. 9 Amorf polimerin termomekanik eğrisi: T C , T T, T p - sırasıyla cam geçiş sıcaklığı, akışkanlık ve kimyasal ayrışmanın başlangıcı; I - III - sırasıyla camsı, oldukça elastik ve viskoz bir durumun bölgeleri; Δ ben- deformasyon.

Moleküllerin dizilişinin uzamsal yapısı, yalnızca polimerin camsı durumunu belirler. Düşük sıcaklıklarda, tüm polimerler elastik olarak deforme olur (Şekil 9, bölge 1). Camsı geçiş sıcaklığının üstünde T c doğrusal bir yapıya sahip amorf bir polimer oldukça elastik bir duruma geçer ( bölge II) ve camsı ve oldukça elastik durumlardaki deformasyonu tersine çevrilebilir. Akma noktasının üzerinde ısıtma T t polimeri viskoz bir duruma dönüştürür ( bölge III). Polimerin viskoz haldeki deformasyonu geri döndürülemez. Uzamsal (ağ, çapraz bağlı) yapıya sahip amorf bir polimer, viskoz bir duruma sahip değildir, oldukça elastik durumun sıcaklık bölgesi, polimer ayrışma sıcaklığına kadar genişler. T R. Bu davranış, kauçuk tipi malzemeler için tipiktir.

Bir maddenin herhangi bir agrega halindeki sıcaklığı, parçacıklarının (atomlar ve moleküller) ortalama kinetik enerjisini karakterize eder. Vücutlardaki bu parçacıklar, enerjinin minimum olduğu denge merkezine göre esas olarak salınım hareketlerinin kinetik enerjisine sahiptir. Belirli bir kritik sıcaklığa ulaşıldığında, katı malzeme gücünü (kararlılığını) kaybederek erir ve sıvı buhara dönüşür: kaynar ve buharlaşır. Bu kritik sıcaklıklar erime ve kaynama noktalarıdır.

Kristal bir malzeme belirli bir sıcaklıkta ısıtıldığında, moleküller o kadar kuvvetli hareket eder ki, polimerdeki sert bağlar kırılır ve kristaller yok edilir - sıvı hale geçerler. Kristallerin ve sıvının dengede olduğu sıcaklığa kristalin erime noktası veya sıvının katılaşma noktası denir. İyot için bu sıcaklık 114 o C dir.

Her kimyasal elementin kendi erime noktası vardır T pl katı ve sıvı varlığını ve kaynama noktasını ayırır T kip, sıvının gaza geçişine karşılık gelir. Bu sıcaklıklarda, maddeler termodinamik dengededir. Toplanma durumundaki bir değişikliğe, serbest enerji, entropi, yoğunluk ve diğerlerinde atlama benzeri bir değişiklik eşlik edebilir. fiziksel özellikler.

Çeşitli durumları tanımlamak için fizik daha geniş bir kavram kullanır termodinamik faz. Bir aşamadan diğerine geçişleri tanımlayan olaylara kritik denir.

Isıtıldığında, maddeler faz dönüşümlerine uğrar. Bakır eritildiğinde (1083 o C), atomların sadece kısa menzilli düzene sahip olduğu bir sıvıya dönüşür. Bakır, 1 atm basınçta 2310°C'de kaynar ve rastgele dizilmiş bakır atomları ile gaz halindeki bakıra dönüşür. Erime noktasında, kristalin ve sıvının doymuş buharının basınçları eşittir.

Malzeme bir bütün olarak bir sistemdir.

sistem- birleştirilmiş bir grup madde fiziksel, kimyasal veya mekanik etkileşimler. faz diğer parçalardan ayrılmış, sistemin homojen bir parçası olarak adlandırılır. fiziksel arayüzler (dökme demirde: grafit + demir taneleri; buzlu suda: buz + su).Bileşenler sistemler, belirli bir sistemi oluşturan çeşitli aşamalardır. Sistem Bileşenleri- bunlar, bu sistemin tüm fazlarını (bileşenlerini) oluşturan maddelerdir.

İki veya daha fazla fazdan oluşan malzemeler dağınık, dağılmış sistemler. Dispers sistemler, davranışı sıvıların davranışına benzeyen sollara ve katıların karakteristik özelliklerine sahip jellere ayrılır. Sollarda maddenin dağıldığı dispersiyon ortamı sıvıdır, jellerde ise katı faz hakimdir. Jeller yarı kristal metal, beton, düşük sıcaklıkta suda bir jelatin çözeltisidir (yüksek sıcaklıkta jelatin bir sol haline dönüşür). Bir hidrosol sudaki bir dispersiyondur, bir aerosol havadaki bir dispersiyondur.

Durum diyagramları.

Termodinamik bir sistemde, her faz sıcaklık gibi parametrelerle karakterize edilir. T, konsantrasyon İle ve basınç R. Faz dönüşümlerini tanımlamak için tek bir enerji özelliği kullanılır - Gibbs serbest enerjisi ΔG(termodinamik potansiyel).

Dönüşümlerin tanımındaki termodinamik, denge durumunun dikkate alınmasıyla sınırlıdır. Denge durumu termodinamik sistem, termodinamik parametrelerin (teknolojik işlemede olduğu gibi sıcaklık ve konsantrasyon) değişmezliği ile karakterize edilir. R= const) zaman içinde ve içinde enerji ve madde akışının olmaması - dış koşulların sabitliği ile. Faz dengesi- iki veya daha fazla fazdan oluşan bir termodinamik sistemin denge durumu.

Sistemin denge koşullarının matematiksel açıklaması için, faz kuralı Gibbs tarafından verildi. Bir denge sistemindeki fazların (F) ve bileşenlerin (K) sayısını sistemin varyansıyla, yani termodinamik serbestlik derecelerinin (C) sayısıyla birleştirir.

Bir sistemin termodinamik serbestlik derecesi (varyans) sayısı, yeni fazların ortaya çıkmaması ve eski fazların kaybolmaması için çeşitli keyfi (belirli bir aralıkta) değerler verilebilen hem dahili (fazların kimyasal bileşimi) hem de harici (sıcaklık) bağımsız değişkenlerin sayısıdır.

Gibbs faz kuralı denklemi:

C \u003d K - F + 1.

Bu kurala göre, iki bileşenli bir sistemde (K = 2), aşağıdaki serbestlik dereceleri mümkündür:

Tek fazlı bir durum için (F = 1) C = 2, yani sıcaklığı ve konsantrasyonu değiştirebilirsiniz;

İki fazlı bir durum için (F = 2) C = 1, yani yalnızca bir harici parametreyi (örneğin sıcaklık) değiştirebilirsiniz;

Üç fazlı bir durum için serbestlik derecesi sıfırdır, yani sistemdeki dengeyi bozmadan sıcaklığı değiştirmek imkansızdır (sistem değişmezdir).

Örneğin saf bir metal için (K=1) kristalleşme sırasında iki faz (F=2) olduğunda serbestlik derecesi sayısı sıfırdır. Bu, kristalleşme sıcaklığının işlem bitene ve bir faz kalana kadar değiştirilemeyeceği anlamına gelir - katı bir kristal. Kristalleşmenin sona ermesinden sonra (F = 1), serbestlik derecesi sayısı 1'dir, bu nedenle sıcaklığı değiştirebilir, yani dengeyi bozmadan katıyı soğutabilirsiniz.

Sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak sistemlerin davranışı bir durum diyagramı ile açıklanır. Suyun durum diyagramı, bir H 2 O bileşenine sahip bir sistemdir, dolayısıyla aynı anda dengede olabilecek en fazla faz sayısı üçtür (Şekil 10). Bu üç faz sıvı, buz, buhardır. Bu durumda serbestlik derecesi sayısı sıfıra eşittir, yani. fazların hiçbirinin kaybolmaması için basıncı veya sıcaklığı değiştirmek imkansızdır. Sıradan buz, sıvı su ve su buharı aynı anda yalnızca 0,61 kPa basınçta ve 0,0075°C sıcaklıkta dengede bulunabilir. Üç fazın bir arada bulunduğu noktaya üçlü nokta denir ( Ö).

eğri işletim sistemi buhar ve sıvı bölgelerini ayırır ve doymuş su buharı basıncının sıcaklığa bağımlılığını temsil eder. OC eğrisi, sıvı su ve su buharının birbiriyle dengede olduğu birbiriyle ilişkili sıcaklık ve basınç değerlerini gösterir, bu nedenle sıvı-buhar denge eğrisi veya kaynama eğrisi olarak adlandırılır.

Şekil 10 Su durumu diyagramı

eğri OV sıvı bölgeyi buz bölgesinden ayırır. Bu bir katı-sıvı denge eğrisidir ve erime eğrisi olarak adlandırılır. Bu eğri, buz ve sıvı suyun dengede olduğu birbiriyle ilişkili sıcaklık ve basınç çiftlerini gösterir.

eğri OA süblimasyon eğrisi olarak adlandırılır ve buz ve su buharının dengede olduğu birbirine bağlı basınç ve sıcaklık değerleri çiftlerini gösterir.

Durum diyagramı, basınç ve sıcaklık gibi dış koşullara bağlı olarak çeşitli fazların varlık bölgelerini temsil etmenin görsel bir yoludur. Durum diyagramları, bir ürün elde etmenin çeşitli teknolojik aşamalarında malzeme biliminde aktif olarak kullanılmaktadır.

Bir sıvı, katı bir kristal gövdeden düşük viskozite değerleri (moleküllerin iç sürtünmesi) ve yüksek akışkanlık değerleri (viskozitenin tersi) ile farklılık gösterir. Bir sıvı, içinde parçacıkların kristallerdeki sıraya benzer şekilde belirli bir düzende düzenlendiği birçok molekül kümesinden oluşur. Yapısal birimlerin doğası ve parçacıklar arası etkileşim, sıvının özelliklerini belirler. Sıvılar vardır: monoatomik (sıvılaştırılmış asil gazlar), moleküler (su), iyonik (ergimiş tuzlar), metalik (erimiş metaller), sıvı yarı iletkenler. Çoğu durumda, bir sıvı yalnızca bir toplanma durumu değil, aynı zamanda bir termodinamik (sıvı) fazdır.

Sıvı maddeler çoğunlukla çözeltilerdir. Çözüm homojen, ancak kimyasal olarak saf olmayan bir madde, bir çözünen madde ve bir çözücüden oluşur (çözücü örnekleri su veya organik çözücülerdir: dikloroetan, alkol, karbon tetraklorür, vb.), bu nedenle bir madde karışımıdır. Bir örnek, sudaki alkol çözeltisidir. Bununla birlikte, çözeltiler aynı zamanda gaz (örneğin hava) veya katı (metal alaşımları) maddelerin karışımlarıdır.

Düşük kristalizasyon merkezleri oluşum hızı ve viskozitede güçlü bir artış koşulları altında soğutma üzerine, camsı bir durum meydana gelebilir. Camlar, erimiş inorganik ve organik bileşiklerin aşırı soğutulmasıyla elde edilen izotropik katı malzemelerdir.

Kristal halden izotropik bir sıvıya geçişi, bir ara sıvı-kristal halinden meydana gelen birçok madde bilinmektedir. Asimetrik bir yapıya sahip, molekülleri uzun çubuklar (çubuklar) şeklinde olan maddelerin karakteristiğidir. Termal etkilerin eşlik ettiği bu tür faz geçişleri, mekanik, optik, dielektrik ve diğer özelliklerde ani bir değişikliğe neden olur.

sıvı kristaller, bir sıvı gibi, uzun bir damla şeklini veya bir kap şeklini alabilir, yüksek akışkanlığa sahiptir ve birleşebilir. Bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Optik özellikleri büyük ölçüde dış koşullardaki küçük değişikliklere bağlıdır. Bu özellik elektro-optik cihazlarda kullanılmaktadır. Özellikle elektronik saatlerin, görsel ekipmanların vb. imalatında sıvı kristaller kullanılmaktadır.

Ana toplama durumları arasında plazma- kısmen veya tamamen iyonize gaz. Oluşum yöntemine göre, iki tür plazma ayırt edilir: bir gaz yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında ortaya çıkan termal ve gazlı bir ortamda elektrik deşarjları sırasında oluşan gaz.

Plazma-kimyasal prosesler, bir dizi teknoloji dalında sağlam bir yer edinmiştir. Refrakter metallerin kesilmesi ve kaynaklanması için kullanılırlar, çeşitli maddelerin sentezi için kullanılırlar, plazma ışık kaynaklarını yaygın olarak kullanırlar, termonükleer enerji santrallerinde plazma kullanımı umut vericidir, vb.