Чем отличаются агрегатные состояния вещества



Коллоидная химия

Коллоидная химия


Агрегатные состояния вещества.


В этом разделе мы рассмотрим агрегатные состояния, в которых пребывает окружающая нас материя и силы взаимодействия между частицами вещества, свойственные каждому из агрегатных состояний.


Принято считать, что вещество может находиться в одном из трёх агрегатных состояниях:


1. Состояние твёрдого тела,

2. Жидкое состояние и


3. Газообразное состояние.


Часто выделяют четвёртое агрегатное состояние – плазму.

Иногда, состояние плазмы считают одним из видов газообразного состояния.



Для каждого агрегатного состояния характерны особенности в характере взаимодействия между частицами вещества, что влияет на его физические и химические свойства.


Каждое вещество может пребывать в разных агрегатных состояниях. При достаточно низких температурах все вещества находятся в твёрдом состоянии. Но по мере нагрева они становятся жидкостями, затем газами. При дальнейшем нагревании они ионизируются (атомы теряют часть своих электронов) и переходят в состояние плазмы.


Агрегатные состояния вещества


Газ


Газообразное состояние (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. Χάος) характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами.


Образующие газ молекулы или атомы хаотически движутся и при этом преобладающую часть времени находятся на больших (в сравнении с их размерами) растояниях друг от друга. Вследствие этого силы взаимодействия между частицами газа пренебрежимо малы.




Агрегатные состояния вещества



Основной особенностью газа является то, что он заполняет все доступное пространство, не образуя поверхности. Газы всегда смешиваются. Газ — изотропное вещество, то есть его свойства не зависят от направления.


При отсутствии сил тяготения давление во всех точках газа одинаково. В поле сил тяготения плотность и давление не одинаковы в каждой точке, уменьшаясь с высотой. Соответственно, в поле сил тяжести смесь газов становится неоднородной. Тяжелые газы имеют тенденцию оседать ниже, а более легкие — подниматься вверх.


Газ имеет высокую сжимаемость — при увеличении давления возрастает его плотность. При повышении температуры расширяются.


При сжатии газ может перейти в жидкость, но конденсация происходит не при любой температуре, а при температуре, ниже критической температуры. Критическая температура является характеристикой конкретного газа и зависит от сил взаимодействия между его молекулами. Так, например, газ гелий можно ожижить только при температуре, ниже от 4,2 К.



Существуют газы, которые при охлаждении переходят в твердое тело, минуя жидкую фазу. Превращения жидкости в газ называется испарением, а непосредственное превращение твердого тела в газ — сублимацией.


Твёрдое тело


Состояние твёрдого тела в сравнении с другими агрегатными состояниями характеризуется стабильностью формы.


Различают кристаллические и аморфные твёрдые тела.


Кристаллическое состояние вещества


Стабильность формы твёрдых тел связана с тем, что большинство, находящихся в твёрдом состоянии имеет кристалическое строение.


В этом случае расстояния между частицами вещества малы, а силы взаимодействия между ними велики, что и определяет стабильность формы.


В кристаллическом строении многих твёрдых тел легко убедиться, расколов кусок вещества и рассмотрев полученный излом. Обычно на изломе (например, у сахара, серы, металлов и пр.) хорошо заметны расположенные под разными углами мелкие грани кристаллов, поблескивающие вследствии различного отражения ими света.


В тех случаях, когда кристаллы очень малы, кристаллическое строение вещества можно установить при помощи микроскопа.



Формы кристаллов


Каждое вещество образует кристаллы совершенно определённой формы.


Разнообразие кристаллических форм может быть сведено к семи группам:


1. Триклинная (параллелепипед),

2. Моноклинная (призма с параллелограммом в основании),

3. Ромбическая (прямоугольный параллелепипед),

4. Тетрагональная (прямоугольный параллелепипед с квадратом в основании),

5. Тригональная,

6. Гексагональная (призма с основанием правильного центрированного
    шестиугольника),

7. Кубическая (куб).



Сингонии


Многие вещества, в частности железо, медь, алмаз, хлорид натрия кристализуются в кубической системе. Простейшими формами этой системы являются куб, октаэдр, тетраэдр.


Магний, цинк, лёд, кварц кристализуются в гексагональной системе. Основные формы этой системы – шестигранные призмы и бипирамида.


Природные кристаллы, а также кристаллы, получаемые искусственным путём, редко в точности соответствуют теоретическим формам. Обычно при затвердевании расплавленного вещества кристаллы срастаются вместе и потому форма каждого из них оказывается не вполне правильной.



Однако как бы неравномерно не происходило развитие кристалла, как бы ни была искажена его форма, углы, под которыми сходятся грани кристалла у одного и того же вещества остаются постоянными.


Анизотропия


Особенности кристаллических тел не ограничиваются только формой кристаллов. Хотя вещество в кристалле совершенно однородно, многие из его физических свойств – прочность, теплопроводность, отношение к свету и др. – не всегда одинаковы по различным направлениям внутри кристалла. Эта важная особенность кристаллических веществ называется анизотропией.


Внутреннее строение кристаллов. Кристаллические решётки.


Внешняя форма кристалла отражает его внутреннее строение и обусловлена правильным расположением частиц, составляющих кристалл, — молекул, атомов или ионов.


Это расположение можно представить в виде кристаллической решётки – пространственного каркаса, образованного пересекающимися прямыми линиями. В точках пересечения линий – узлах решётки – лежат центры частиц.




Алмаз и графит


В зависимости от природы частиц, находящихся в узлах кристаллической решётки, и от того, какие силы взаимодействия между ними преобладают в данном кристалле, различают следующие виды кристаллических решёток:


1. молекулярные,

2. атомные,

3. ионные и

4. металлические.


Молекулярные и атомные решётки присущи веществам с ковалентной связью, ионные – ионным соединениям, металические – металам и их сплавам.


  • Атомные кристаллические решётки

  • В узлах атомных решёток находятся атомы. Они связаны друг с другом ковалентной связью.


    Веществ, обладающих атомными решётками, сравнительно мало. К ним принадлежат алмаз, кремний и некоторые неорганические соединения.


    Эти вещества характеризуются высокой твёрдостью, они тугоплавки и нерастворимы практически ни в каких растворителях. Такие их свойства объясняются прочностью ковалентной связи.


  • Молекулярные кристаллические решётки


  • В узлах молекулярных решёток находятся молекулы. Они связаны друг с другом межмолекулярными силами.


    Веществ с молекулярной решёткой очень много. К ним принадлежат неметаллы, за исключением углерода и кремния, все органические соединения с неионной связью и многие неорганические соединения.


    Силы межмолекулярного взаимодействия значительно слабее сил ковалентной связи, поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую твёрдость, легкоплавки и летучи.


  • Ионные кристаллические решётки

  • В узлах ионных решёток располагаются, чередуясь положительно и отрицательно заряженные ионы. Они связаны друг с другом силами электростатического притяжения.


    К соединениям с ионной связью, образующим ионные решётки, относится большинство солей и небольшое число оксидов.


    По прочности ионные решётки уступают атомным, но превышают молекулярные.


    Ионные соединения имеют сравнительно высокие температуры плавления. Летучесть их в большинстве случаев не велика.


  • Металлические кристаллические решётки

  • В узлах металлических решёток находятся атомы металла, между которыми свободно движутся общие для этих атомов электроны.




    Металл


    Наличием свободных электронов в кристаллических решётках металлов можно объяснить их многие свойства: пластичность, ковкость, металлический блеск, высокую электро- и теплопроводность


    Существуют вещества, в кристаллах которых значительную роль играют два рода взаимодействия между частицами. Так, в графите атомы углерода связаны друг с другом в одних направлениях ковалентной связью, а в других – металлической. Поэтому решётку графита можно рассматривать и как атомную, и как металлическую.



    Графит


    Во многих неорганических соединениях, например, в BeO, ZnS, CuCl, связь между частицами, находящимися в узлах решётки, является частично ионной, а частично ковалентной. Поэтому решётки подобных соединений можно рассматривать как промежуточные между ионными и атомными.


    Аморфное состояние вещества


    Свойства аморфных веществ



    Среди твёрдых тел встречаются такие, в изломе которых нельзя обнаружить никаких признаков кристаллов. Например, если расколоть кусок обыкновенного стекла, то его излом окажется гладким и, в отличие от изломов кристаллов, ограничен не плоскими, а овальными поверхностями.


    Подобная же картина наблюдается при раскалывании кусков смолы, клея и некоторых других веществ. Такое состояние вещества называется аморфным.


    Различие между кристаллическими и аморфными телами особенно резко проявляется в их отношении к нагреванию.


    В то время как кристаллы каждого вещества плавятся при строго определённой температуре и при той же температуре происходит переход из жидкого состояния в твёрдое, аморфные тела не имеют постоянной температуры плавления. При нагревании аморфное тело постепенно размягчается, начинает растекаться и, наконец, становится совсем жидким. При охлаждении оно также постепенно затвердевает.


    В связи с отсутствием определённой температуры плавления аморфные тела обладают другой способностью: многие из них подобно жидкостям текучи, т.е. при длительном действии сравнительно небольших сил они постепенно изменяют свою форму. Например, кусок смолы, положенный на плоскую поверхность, в теплом помещении на несколько недель растекается, принимая форму диска.



    Строение аморфных веществ


    Различие между кристаллическим и аморфным состоянием вещества состоит в следующем.


    Упорядоченное расположение частиц в кристалле, отражаемое элементарной ячейкой, сохраняется на больших участках кристаллов, а в случае хорошо образованных кристаллов – во всём их объёме.


    В аморфных телах упорядоченность в расположении частиц наблюдается только на очень малых участках. Кроме того, в ряде аморфных тел даже эта местная упорядоченность носит лишь приблизительный характер.



    Кристаллическое и аморфное состояние вещества



    Это различие можно коротко сформулировать следующим образом:


    • структура кристаллов характеризуется дальним порядком,
    • структура аморфных тел – ближним.


    Примеры аморфных веществ.


    К стабильно-аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи, парафин, воск и др.


    Переход из аморфного состояния в кристаллическое.


    Некоторые вещества могут находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии. Диоксид кремния SiO2 встречается в природе в виде хорошо образованных кристаллов кварца, а также в аморфном состоянии (минерал кремень).


    При этом кристаллическое состояние всегда более устойчиво. Поэтому самопроизвольный переход из кристаллического вещества в аморфное невозможен, а обратное превращение – самопроизвольный переход из аморфного состояния в кристаллическое – возможно и иногда наблюдается.


    Примером такого превращения служит расстеклование – самопроизволная кристаллизация стекла при повышенных температурах, сопровождающаяся его разрушением.


    Аморфное состояние многих веществ получается при высокой скорости затвердевания (остывания) жидкого расплава.


    У металлов и сплавов аморфное состояние формируется, как правило, если расплав охлаждается за время порядка долей-десятков миллисекунд. Для стёкол достаточно намного меньшей скорости охлаждения.


    Кварц (SiO2) также имеет низкую скорость кристаллизации. Поэтому отлитые из него изделия получаются аморфными. Однако природный кварц, имевший сотни и тысячи лет для кристаллизации при остывании земной коры или глубинных слоёв вулканов, имеет крупнокристаллическое строение, в отличие от вулканического стекла, застывшего на поверхности и поэтому аморфного.


    Жидкости


    Жидкость – промежуточное состояние между твёрдым телом и газом.


    Жидкое состояние является промежуточным между газообразным и кристаллическим. По одним свойствам жидкости близки к газам, по другим – к твёрдым телам.


    С газами жидкости сближает, прежде всего, их изотропность и текучесть. Последняя обуславливает способность жидкости легко изменять свою форму.


    Однако высокая плотность и малая сжимаемость жидкостей приближает их к твёрдым телам.


    Способность жидкостей легко изменять свою форму говорит об отсутствии в них жёстких сил межмолекулярного взаимодействия.


    В то же время низкая сжимаемость жидкостей, обусловливающая способность сохранять постоянный при данной температуре объём, указывает на присутствие хотя и не жёстких, но всё же значительных сил взаимодействия между частицами.


    Соотношение потенциальной и кинетической энергии.


    Для каждого агрегатного состояния характерно своё соотношение между потенциальной и кинетической энергиями частиц вещества.


    У твёрдых тел средняя потенциальная энергия частиц больше их средней кинетической энергии. Поэтому в твёрдых телах частицы занимают определённые положения друг относительно друга и лишь колеблются относительно этих положений.


    Для газов соотношение энергий обратное, вследствии чего молекулы газов всегда находятся в состоянии хаотического движения и силы сцепления между молекулами практически отсутствуют, так что газ всегда занимает весь предоставленный ему объём.


    В случае жидкостей кинетическая и потенциальная энергия частиц приблизительно одинаковы, т.е. частицы связаны друг с другом, но не жёстко. Поэтому жидкости текучи, но имеют постоянный при данной температуре объём.


    Стуктуры жидкостей и аморфных тел схожи.


    В результате применения к жидкостям методов структурного анализа установлено, что по структуре жидкости подобны аморфным телам. В большинстве жидкостей наблюдается ближний порядок – число ближайших соседей у каждой молекулы и их взаимное расположение приблизительно одинаковы во всём объёме жидкости.


    Степень упорядоченности частиц у различных жидкостей различна. Кроме того, она изменяется при изменении температуры.


    При низких температурах, незначительно превышающих температуру плавления данного вещества, степень упорядоченности расположения частиц данной жидкости велика.


    С ростом температуры она падает и по мере нагревания свойства жидкости всё больше и больше приближаются к свойствам газа. При достижении критической температуры различие между жидкостью и газом исчезает.


    Вследствии сходства во внутренней структуре жидкостей и аморфных тел последние часто рассматриваются как жидкости с очень высокой вязкостью, а к твёрдым телам относят только вещества в кристаллическом состоянии.


    Уподобляя аморфные тела жидкостям, следует, однако, помнить, что в аморфных телах в отличие от обычных жидкостей частицы имеют незначительную подвижность – такую же как в кристаллах.


    Оглавление


    Органическая химия

    Биохимия

    Косметическая химия


    Коллоидная химия


    • Три агрегатных состояния
       вещества

    • Силы межмолекулярного
       взаимодействия

    Свойства жидкостей.

    • Характеристика жидкого
       состояния вещества.

    • Поверхностное натяжение
       жидкости.

    Растворы.

    • Понятие раствора.

    • Гидраты и сольваты.

    Дисперсные системы. Коллоиды.

    • Дисперсные системы.
       Определение.
       Классификация:

           — Суспензии,
           — Эмульсии,
           — Пены,
           — Золи,
           — Гели.

    • Адсорбция.

    • Коллоидные частицы.
           — Виды коллоидных частиц.
           — Строение коллоидной
             мицеллы.

    • Коагуляция коллоидных
       растворов.

    • Стабилизация
       коллоидных растворов.

    • Эмульсии и эмульгаторы.

    • Взаимодействие
       «воды» и «масла».

    Источник: xn—-7sbb4aandjwsmn3a8g6b.xn--p1ai

    Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Агрегатное состояние вещества

    • Бывали  ли  вы  зимой  на  берегу  быстрой  горной реки? Посмотрите на рисунок  ниже  (рис.  2.23).  Вокруг  лежит  снег,  замерли  на  берегу деревья,  покрытые  инеем,  который  сияет  в  солнечных лучах,  а реч­ка  не  замерзает.  Чрезвычайно  чистая,  прозрачная  вода разбивает­ся  об обмерзшие  камни. Почему  появился  иней? В  чем  отличие  воды и льда? Есть ли между ними  сходство? В  этом  параграфе вы  обяза­тельно  найдете ответы  на  эти  вопросы.

    1. Наблюдаем разные агрегатные состояния вещества

    Вы  уже  знаете,  что  вода  и  лед  (снег, иней) — это два разных агрегатных состояния воды: жидкое и твердое. Появление инея на де­ревьях объясняется просто:  вода с поверхности реки  испаряется,  превращаясь  в  водяной  пар. Водяной  пар,  в  свою  очередь,  конденсируется и  оседает  в  виде инея.  Водяной пар —  это  тре­тье состояние воды —  газообразное.

    Приведем  еще  один  пример.  Вы,  безуслов­но,  знаете  об  опасности  разбить  медицинский термометр:  в  нем  содержится  ртуть  —  густая жидкость серебристого цвета,  которая,  испаря­ясь,  образует  очень  ядовитый  пар.  А  вот  при температуре  ниже  -39 °С  ртуть  превращается в  твердый  металл.  Таким  образом,  ртуть,  как и  вода,  может  находиться  в  твердом,  жидком и газообразном  состояниях.

    Практически любое  вещество  в  зависимое ти от физических условий может находиться в трех агрегатных состояниях:  твердом, жидком  и газообразном.

    Различные агрегатные состояния воды

    Рис. 2.23  Различные агрегатные состояния воды

    В нашем примере с  горной рекой  (рис.  2.23) присутствуют  все  три агре­гатных состояния воды.

    Существует  еще  одно агрегатное состояние  вещества —  плазма. Напри­мер,  ртуть  в  плазменном  состоянии  содержится  во  включенных  ртутных лампах  (так  называемые лампы  дневного  света).  В  мегамире  плазма  явля­ется распространенным состоянием вещества,  так как именно в  этом состо­янии находится  вещество в недрах  звезд.

    Водяной  пар,  вода,  лед —  это  три  агрегатных  состояния  одного  и  того же вещества,  образованного одинаковыми молекулами — молекулами воды. Почему  же  физические свойства  веществ,  образованных  одинаковыми  мо­лекулами,  но  находящихся  в  разных  агрегатных  состояниях,  отличаются друг  от  друга?  Вероятно,  причина  такого  отличия  заключается  в  том,  что молекулы по-разному двигаются и взаимодействуют.

    Какие  же  свойства  имеют  вещества  в  разных  агрегатных  состояниях? Как при этом двигаются и взаимодействуют молекулы?

    2. Наблюдаем и объясняем физические свойства твердых тел

    Посмотрите внимательно на рис.  2.24. Все изображенные на нем твер­дые тела отличаются друг от друга:  цветом,  видом и  т.  п.,  они изготовлены из  разных  веществ.  Вместе  с  тем  они  имеют  и  общие  свойства,  присущие всем  твердым телам.

    Твердые тела  сохраняют  объем  и форму.  Это  объясняется  тем,  что ато­мы  и  молекулы  твердых  тел  расположены  в  позициях  равновесия.  Силы притяжения и отталкивания между молекулами (атомами) в этих позициях равны друг другу.  В  случае попытки увеличить или уменьшить расстояние между  частицами  (т.  е.  увеличить  или  уменьшить  размер  тела)  возникает соответственно межмолекулярное притяжение или  отталкивание  (см.  §  14).

    Вы  знаете,  что  в  соответствии  с  атомно-молекулярной  теорией  атомы (молекулы) всегда находятся в движении.  Частицы  твердых  тел практичес­ки  не  передвигаются  с  места  на  место  —  они  постоянно  двигаются  возле определенной  точки,  т.  е.  колеблются.  Поэтому  твердые  тела  сохраняют не только объем,  но и форму.

    Несмотря на внешние отличия, любые твердые тела сохраняют форму и объем

    Рис. 2.24.  Несмотря на внешние отличия, любые твердые тела сохраняют форму и объем

    Модели кристаллических решеток

    Рис. 2.25  Модели кристаллических решеток: о —  алмаза, 6 —  графита. Шариками изображены центры атомов; линий, соединяющих атомы, на самом деле не существует, они проведены только для того, чтобы пояснить характер пространственного расположения атомов

    3. Различаем кристаллические и аморфные вещества

    В ходе изучения строения твердых тел с помощью современных мето­дов удалось выяснить,  что молекулы  и атомы  большинства веществ  в  тведом  состоянии  расположены  в  строго  определенном  порядке,  физики  го­ворят:  образуют  кристаллическую  решетку.  Такие  вещества  называются кристаллическими.  Примерами  кристаллических  веществ  могут  быть  ал­маз,  графит  (рис.  2.25),  лед,  соль  (рис.  2.26),  металлы и  т.  п.

    Порядок расположения атомов в кристаллической  решетке вещества оп­ределяет  его физические свойства.  Так,  например,  алмаз  и  графит  состоят из  одних  и  тех  же  атомов —  атомов  углерода,  однако  эти  вещества  весьма отличаются  друг  от  друга,  так  как  атомы  в  них  расположены  по-разному (см.  рис.  2.25).

    Модели кристаллических решеток

    Рис. 2.26. Модели кристаллических решеток: а — льда б — поваренной соли (маленькие шарики — атомы Натрия, большие — атомы Хлора)

    Жидкость. Молекулы жидкости

    Рис. 2.27.  В жидком состоянии вещество сохраняет объем, но приобретает форму сосуда, в котором находится

    Рис. 2.28. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу. В небольшом объеме жидкости наблюдается взаимная ориентация соседних молекул  (существует ближний порядок). В целом же молекулы жидкости расположены хаотически

    Существует группа твердых веществ  (стекло,  воск,  смола,  янтарь и т. п.), молекулы  (атомы) которых не образуют кристаллической решетки и в це­лом расположенные беспорядочно.  Такие вещества называют аморфными.

    При определенных условиях твердые тела плавятся, т. е. переходят в жид­кое состояние. Кристаллические вещества плавятся при определенной температуре.  Например,  лед  обычно  переходит  в  жидкое  состояние,  если  тем­пература равна О °С, нафталин —  если достигает 80 °С, ртуть —  если падает до -39 °С.  В отличие от кристаллических,  аморфные вещества  не имеют oпределенной температуры плавления. В случае увеличения температуры они переходят в жидкое состояние постепенно  (таяние восковой свечи).

    4. Наблюдаем и объясняем физические свойства жидкостей

    Жидкости легко изменяют свою форму и приобретают форму того сосуда,  в  котором  они  содержатся,  тем  не  менее  объем жидкости  при  этом является неизменным  (рис.  2.27). Более того,  если мы попробуем сжать жидкость, нам это не удастся. Чтобы доказать несжимаемость жидкостей, ученые провели опыт:  воду налили в свинцовый шар, который запаяли,  а потом сжа­ли мощным прессом. Вода не сжалась,  а просочилась сквозь стенки шара.

    Способность жидкостей сохранять свой объем объясняется  тем,  что,  как и в твердых телах, молекулы в жидкостях расположены близко друг от дру­га (рис.  2.28). Молекулы жидкости довольно плотно упакованы,  однако они не  только  колеблются  на  одном  и  том  же  месте  в  окружении  ближайших «соседей»,  но  и  довольно  легко  могут  перемещаться  по  объему,  занятому жидкостью.  Поэтому  жидкости  сохраняют  объем,  но  не  сохраняют  фор­мы — они являются текучими.

    Движение и расположение молекул в газах

    Рис. 2.29  Движение и расположение молекул в газах: а —  направление движения молекул из­меняется в результате их столкновения с другими молекулами; б —  приблизительная траектория движения молекулы воздуха при нормальном давлении  (увеличение в миллион раз)

    5.  Объясняем физические свойства газов

    Слово  «газ»  происходит  от  греческого  chaos  («хаос»,  «беспорядок») И  в  самом  деле,  для  газообразного  состояния  вещества характерен  полный беспорядок во взаимном расположении и движении молекул.

    Молекулы  газа расположены  на расстояниях,  которые  в  десятки  и  со­тни  раз  превышают  размеры  молекул.  На  таких  расстояниях  молекулы практически не взаимодействуют друг с другом, поэтому молекулы газа разлетаются и газ занимает  весь  предоставленный  объем. Большими расстоя­ниями между молекулами  объясняется и  тот факт,  что газы легко  сжать.

    Чтобы понять, как двигаются молекулы газа,  представим себе движение одной молекулы.  Вот  она двигается в  каком-то направлении,  на своем пути сталкивается  с  другой  молекулой,  изменяет  направление  и  скорость  свое­го движения  и летит  дальше,  к  следующему  удару  (рис.  2.29).  Чем  больше количество молекул в  сосуде,  тем чаще они сталкиваются. Например,  каж­дая молекула,  входящая в состав воздуха в классной комнате,  сталкивается с другими молекулами и изменяет скорость своего движения приблизитель­ но пять миллиардов раз  в  секунду.

    • Подводим итоги

    Практически  любое  вещество  в  зависимости  от  физических  условий может  существовать  в  трех  агрегатных  состояниях:  твердом,  жидком  и  га­зообразном.

    Когда вещество переходит из одного состояния в другое, изменяется вза­имное расположение молекул и характер их движения,  однако состав моле­кул остается неизменным.

    • Контрольные вопросы

    1.  Назовите  вещество,  которое часто можно  наблюдать  в  трех  разных агрегатных  состояниях. 

    2.  Можно ли утверждать,  что ртуть —  всег­да  жидкость,  а  кислород  —  всегда  газ? 

    3.  Отличаются  ли  друг  от друга  молекулы  водяного  пара  и  льда? 

    4. Почему  твердые  тела  со­храняют объем и форму? 

    5. В чем сходство и в чем отличие кристал­лических и аморфных веществ? 

    6.  Как двигаются молекулы в жидко­стях? 

    7.  Почему газы занимают весь предоставленный об’ем?

    • Упражнения

    1.  Выберите правильный ответ.

    Если перелить жидкость из  одного сосуда в другой,  она:

    а) изменяет и форму,  и объем;
    б)  сохраняет и форму,  и  объем;
    в) сохраняет  объем,  но изменяет форму;
    г)  сохраняет форму,  но изменяет объем.

    2.  Вода испарилась и превратилась в пар. Изменились ли при этом мо­лекулы  воды?  Как  изменились  расположение  молекул  и  характер их движения?
    3.  Может ли алюминий находиться  в  газообразном  состоянии?
    4.  Может ли  газ  заполнить банку наполовину?
    5.  Легко ли  сжать воду? Ответ  обоснуйте.
    6.   Можно ли  утверждать,  что  в  закрытом  сосуде,  частично  заполнен­ном водой,  над поверхностью воды воды нет?
    7.  В  чайнике  кипит  вода.  Действительно  ли  мы  видим  водяной  пар, выходящий из носика?

    • Физика и техника в Украине

    Н.Н. Боголюбов

    Отец  выдающегося  ученого  Николая  Николаевича Боголюбова  (1909— 1992)  считал,  что  ребенок  быстрее приобретает  знания,  чем  взрослый  человек,  поэтому  на­чал учить своих сыновей чтению и письму с 4-летнего воз­раста,  а  в  скором  времени  познакомил  их  и  с  основами иностранных языков. Николай  с детства  был  необычайно трудоспособным. Знания талантливого 13-летнего мальчи­ка по математике и физике почти равны были университет­скому курсу. Поэтому в 1925  году Президиум Укрглавнауки принял решение: «Учитывая феноменальные способности по математике, считать H. Н. Боголюбова  (в 16 лет!!!) на по­ложении  аспиранта  научно-исследовательской  кафедры  в  Киеве».  H.  Н.  Боголюбов  (на  фото в центре) на  протяжении всей жизни был тесно связан  с украинской  наукой. Свыше 45 лет он работал в Академии  наук Украины, был  профессором Киевского университета.

    • Экспериментальные задания

    1.  Используя  стакан  с  водой,  докажите,  что  в  резиновой  груше  есть воздух.

    2. Аморфные  тела  называют  очень  вязкими  жидкостями.  Используя свечку и,  например,  маркер,  докажите,  что  воск,  пусть  очень  мед­ленно,  но  течет.  Для  этого  положите  маркер  на  подоконник,  свер­ху  —  перпендикулярно  к  маркеру  —  положите  свечку  и  оставьте так на несколько дней. Объясните результаты своего эксперимента.


    Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

    Содержание урока 1236084776 kr.jpg конспект урока и опорный каркас  презентация урока  интерактивные технологии   акселеративные методы обучения  Практика  тесты, тестирование онлайн  задачи и упражнения   домашние задания  практикумы и тренинги  вопросы для дискуссий в классе  Иллюстрации  видео- и аудиоматериалы  фотографии, картинки   графики, таблицы, схемы  комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты  Дополнения  рефераты  шпаргалки   фишки для любознательных   статьи (МАН)  литература основная и дополнительная  словарь терминов  Совершенствование учебников и уроков  исправление ошибок в учебнике  замена устаревших знаний новыми   Только для учителей  календарные планы  учебные программы  методические рекомендации   обсуждения  New2.jpg Идеальные уроки-кейсы 

    Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

    Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

    Источник: edufuture.biz

    Агрегатные состояния вещества

    Рассмотрим еще один пример: после дождя на асфальте появилась лужа (Рис. 7). Мы понимаем, что она состоит из молекул воды . Также мы понимаем, что если случайно туда наступить, то нога промокнет. Но если температура опустится ниже нуля, то тогда лужа замерзнет. И по ней можно будет пройтись и даже прокатиться. Получается, что свойства изменились, это теперь другое вещество? Нет, вещество осталось тем же, лужа по-прежнему состоит молекул воды . А если вода в луже испарится и превратится в пар – это всё равно будут те же молекулы (Рис. 8). Получается, что лёд, вода, пар состоят из одних и тех же частиц, это одно вещество (Рис. 9). Но молекулы в них по-разному расположены и по-разному взаимодействуют. Вещество находится в различных состояниях. Это как человек, который может быть сонным, веселым, или, например, расстроенным (Рис. 10). Он будет выглядеть по-разному и вести себя по-другому, но будет оставаться самим собой.

    Лужа

    Рис. 7. Лужа

    Испарение воды в луже

    Рис. 8. Испарение воды в луже

    Молекулы воды в разных агрегатных состояниях

    Рис. 9. Молекулы воды в разных агрегатных состояниях

    Состояния вещества можно сравнить с настроением человека

    Рис. 10. Состояния вещества можно сравнить с настроением человека

    Для таких состояний вещества, когда их свойства существенно отличаются, есть специальный термин. Их называют агрегатными состояниями вещества. Выделяют три основных агрегатных состояния: твердое тело, жидкость и газ.


     

    Другие состояния вещества

    Что такое огонь? На жидкость и твёрдое тело не похоже. Оказывается, это газ. Но здесь он находится в особом состоянии, и его свойства сильно отличаются от привычного нам газа. При очень высоких температурах молекулы распадаются на составляющие. Это атомы, электроны, ионы, о которых вы подробнее узнаете в старших классах. Именно из этих частиц состоит плазма, ещё одно состояние вещества (Рис. 11).

    Пламя представляет собой плазму

    Рис. 11. Пламя представляет собой плазму

    Пламя свечи, костра – все это примеры плазмы, которые каждый из нас видел.

    Вещества, составляющие Солнце, также находятся в состоянии плазмы, плазма присутствует в атмосфере, когда происходит полярное сияние. Ну а в технике на свойствах плазмы основан принцип работы, например, плазменных телевизоров.

    Также есть неустойчивые состояние вещества, такие как перегретая и переохлажденная жидкость. Эти состояния достигаются, когда при определенных условиях жидкость нагревают выше её температуры кипения или же охлаждают ниже температуры плавления. При этом она все равно остается жидкостью. Но при незначительном воздействии на неё жидкость резко переходит в газообразное или твердое состояние соответственно.

    Переохлажденная и перегретая жидкость

    Рис. 12. Переохлажденная и перегретая жидкость


    В нашем примере: лед – твердое тело, вода – жидкость, а водяной пар – газ (Рис. 13). Другие вещества также могут находиться в каждом из этих агрегатных состояний. В итоге получается, что свойства вещества задаются не только составом молекул, но и агрегатным состоянием. А само агрегатное состояние определяется расположением молекул и их движением.

    Агрегатные состояния вещества

    Рис. 13. Агрегатные состояния вещества


     

    «Пар», «газ», «лёд», «вода» и прочие названия

    Трудно сказать, чем отличается пар от газа. Но различие, очевидно, есть: ведь из кипящего чайника выходит именно пар, а на плите горит именно газ. Чтобы правильно применять эти термины, обратимся к их определениям. Газ – это агрегатное состояние вещества. А пар – это газ, который испарился из жидкости. Соответственно, вещества принято называть так: если при обычных природных условиях вещество находится в жидком или твердом состоянии, то его газообразное состояние называют паром. Например, испарившуюся воду называют водяными парами, испарившуюся медь – парами меди. Ну а если в обычных условиях вещество находится в газообразном состоянии, то его называют просто газом. Например, кислород, азот, неон – это все газы, парами их не называют.

    Названия некоторых агрегатных состояний веществ сложились исторически. Например, человек мог встретить в природе и лёд, и воду. Поэтому два состояния одного и того же вещества имеют разное название. А вот металлы в природе обычно встречаются только в твердом состоянии и имеют одно название. Если хотят сказать про их жидкое или газообразное состояние, то тогда добавляет слово «жидкий» или «пар». Например, «жидкое золото» или «пары ртути».

    Похожую ситуацию мы увидим, если проанализируем названия животных. Например, в случае с домашними животными очень часто бывает важен не только вид животного, но его пол и возраст, поэтому для самки, самца и детеныша сформировались разные названия. Например, бык-корова-теленок, петух-курица-цыпленок. Если в лесу человек встретит, например, медведя, то ему в принципе неважно, какого он пола, поэтому названия особей имеют один корень: медведь-медведица-медвежонок.

    Кстати, название вещества может также пойти и от внешнего вида. Например, углекислый газ в твердом состоянии называют «сухим льдом», поскольку внешне он похож на лёд (Рис. 14).

    Сухой лед

    Рис. 14. Сухой лед


     

    Твердое состояние вещества

    Поговорим подробнее о каждом агрегатном состоянии. Начнем с твердого тела. Керамическая чашка, металлическая ложка, пластмассовый или алюминиевый корпус телефона – все это твердые тела. Если их не разбивать и не ломать, то тогда они будут сохранять свою форму. Получится, что твердое тело – это агрегатное состояние, которому свойственно сохранение формы и объема. Конечно, если не будет сильных воздействий.

    Примеры твердых веществ

    Рис. 15. Примеры твердых веществ

    Положение молекул в твердом теле можно представить, как строй солдат (Рис. 16). Они находятся в строго установленных местах, их положение относительно друг друга практически не меняется. Происходит это благодаря взаимодействию частиц: они одновременно и отталкиваются, и притягиваются. Силы притяжения и отталкивания уравновешиваются, поэтому частицы практически не меняют своего положения.

    Положение молекул в твердом теле

    Рис. 16. Положение молекул в твердом теле

    Что имеется в виду? Если постараться уменьшить расстояния между молекулами, отталкивание становится сильнее (Рис. 17), если увеличить расстояния – преобладает притяжение (рис. 18). Поэтому при незначительных воздействиях молекулы возвращаются в начальное положение и форма сохраняется. Это хорошо можно увидеть на примере пружины: растягивая её, мы чувствуем, что она стремится сжаться, и наоборот (Рис. 19). Причем при очень сильном воздействии молекулы могут даже не вернуться в исходное положение. Например, если очень сильно потянуть за нитку, то она может порваться; если сильно растянуть пружину, то она, может, так и останется растянутой. А чашка, которую уронили со стола, может сильно удариться о пол и разбиться.

    Отталкивание молекул в твердом теле

    Рис. 17. Отталкивание молекул в твердом теле

    Притяжение молекул в твердом теле

    Рис. 18. Притяжение молекул в твердом теле

    Растягивание пружины

    Рис. 19. Растягивание пружины

    В целом деформировать твердое тело достаточно сложно, ведь молекулы практически не меняют своего относительного положения. Тем не менее, движение все-таки есть. Примером этого служит диффузия в твердых телах.

    Жидкое состояние вещества

    Когда вещество находится в твердом состоянии, его форму изменить достаточно сложно. Однако мы часто сталкиваемся с телами, форму которых изменить легко. Например, когда мы переливаем лимонад из бутылки в чашку или же в кувшин, форма лимонада ведь меняется (Рис. 20). Вещества в таком состоянии называют жидкостью. Причем, если форму жидкости изменить легко, то объем – достаточно трудно. Убедиться в этом можно так: наполните шприц водой, закройте пальцем отверстие и попытайтесь сжать воду. У вас ничего не выйдет. Жидкость – это агрегатное состояние, в котором тело сохраняет объем, но не сохраняет форму.

    Переливание лимонада из кувшина в чашку

    Рис. 20. Переливание лимонада из кувшина в чашку

    Молекулы в жидкости ведут себя подобно людям, стоящим на концерте перед сценой (Рис. 21). Они расположены достаточно близко, но строго порядка нет, как было в твердом теле (Рис. 22). Время от времени происходит движение друг относительно друга, но не очень активное.

    Люди, стоящие на концерте перед сценой

    Рис. 21. Люди, стоящие на концерте перед сценой

    Расположение и движение молекул в жидкости

    Рис. 22. Расположение и движение молекул в жидкости

    Как люди стремятся занять место ближе к сцене, так и жидкость притягивается к земле (Рис. 23). Как очертания толпы сразу перед сценой определяются контурами сцены, так и жидкость принимает форму сосуда, в котором находится (Рис. 24).

    Притягивание жидкости к земле

    Рис. 23. Притягивание жидкости к земле

    Форма жидкости

    Рис. 24. Форма жидкости

    Молекулы в жидкости расположены достаточно близко, поэтому их взаимодействие ощутимо. Поэтому у вас ничего не получится при сжатии воды в шприце.


     

    Взаимодействие молекул в жидкости

    Кроме несжимаемости, можно привести еще несколько примеров взаимодействия молекул в жидкости. Так, молекулы на поверхности жидкости притягиваются достаточно сильно, чтобы удержать небольшое тело (Рис. 25). Например, на поверхность воды можно положить иголку и даже монетку, и они не утонут (Рис. 26). Это похоже на то, как гамак удерживает человека.

    Притяжение молекул на поверхности жидкости

    Рис. 25. Притяжение молекул на поверхности жидкости

     Монета на поверхности воды

    Рис. 26. Монета на поверхности воды

    Еще один пример: жидкость в состоянии невесомости всегда принимает форму шара (Рис. 27). Ведь для изменения формы должны действовать силы. А в невесомости все внешние силы скомпенсированы, поэтому форму изменять могут только силы взаимодействия между молекулами. Выделенного направления нет, поэтому форма должна быть симметричной во всех направлениях, а это форма шара.

    Форма жидкости в невесомости

    Рис. 27. Форма жидкости в невесомости


     

    Газообразное состояние вещества

    Как было сказано выше, твердые тела и жидкости не меняют своего объема при малых воздействиях. Есть состояние вещества, при котором его объем можно легко изменить, – это газообразное состояние.

    Газ – это агрегатное состояние вещества, для которого характерно изменение и формы, и объема. Гелий в воздушном шарике, неон в лампах, составляющие воздуха: кислород, азот – все это примеры газов (Рис. 28).

    Примеры газов

    Рис. 28. Примеры газов

    Продемонстрировать изменение формы и объема газа можно с помощью газового огнетушителя (Рис. 29). Сначала углекислый газ в нём занимает немного места. При использовании огнетушителя газ под давлением выходит из него (Рис. 30) и очень сильно расширяется. Форма газа, очевидно, тоже меняется.

    Углекислый газ в огнетушителе

    Рис. 29. Углекислый газ в огнетушителе

    Расширение газа при использовании огнетушителя

    Рис. 30. Расширение газа при использовании огнетушителя

    Молекулы в газе как люди на большой площади, движутся в различных направлениях, расстояния между ними достаточно большие (Рис. 31). И, чем больше расстояние, тем людям сложнее взаимодействовать друг с другом: приходится кричать, хуже видно собеседника. Аналогично и в газе: взаимодействие молекул уменьшается при увеличении расстоянии. Именно поэтому газ легко изменяет свою форму и объем.

    Движение молекул газа

    Рис. 31. Движение молекул газа


     

    Условность разделения на агрегатные состояния

    В некоторых случаях достаточно сложно отнести вещество к какому-то конкретному агрегатному состоянию.

    Существует целый класс веществ, которые называются аморфными. К ним, например, относится стекло и смола (Рис. 32). Аморфные тела не имеют четкой температуры перехода от твердого состояния к жидкому. Так, в обычном состоянии стекло можно считать твердым телом, ведь его форму изменить достаточно сложно. Однако при высокой температуре оно легко меняет форму, это пользуется при изготовлении стеклянных изделий. То есть, получается, его можно назвать жидкостью. А в процессе нагревания очень сложно определить состояние стекла. С одной стороны, оно остаётся твердым, но уже и приобретает текучесть.

    Смола

    Рис. 32. Смола

    И вообще для любой жидкости и газа существуют условия, которые называются критическими. При достижении определенной температуры и давления уже нельзя однозначно сказать, в каком из состояний находится данное вещество.

    Помимо этого, выбор агрегатного состояния может зависеть от условий решаемой задачи. Например, если рассматривать поведение асфальта, когда по нему проезжает автомобиль, мы будем считать его твердым телом. Но если рассмотреть асфальт в течение длительного времени, то тогда он растекается по неровностям поверхности. То есть ремонтники дорог могут считать тот же асфальт уже жидкостью.

    По сути мы выбираем физическую модель: твердое тело, жидкость или газ. В некоторых случаях выбор однозначен. Но в некоторых мы можем использовать разные модели для решения разных задач, как в примере с асфальтом. Еще одним хороший пример – песок. Многие согласятся, что это измельченное твердое тело. Однако в песочных часах, где он перетекает из одной части в другую, более точным было бы применить к нему модель именно жидкости.


     

    Источник: interneturok.ru


    You May Also Like

    About the Author: admind

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.