Maddenin halleri nelerdir? Toplu durum nedir? Maddenin toplam durumu. Katı ve sıvı gövdeler
Bir maddenin toplanma durumuna genellikle şeklini ve hacmini koruma yeteneği denir. Ek bir özellik, bir maddenin bir toplama durumundan diğerine geçiş yollarıdır. Buna dayanarak, üç toplama durumu vardır: katı, sıvı ve gaz. Görünür özellikleri aşağıdaki gibidir:
Katı - hem şeklini hem de hacmini korur. Hem eriyerek sıvıya hem de süblimasyonla direkt olarak gaza geçebilir.
- Sıvı - hacmi korur, ancak şekli değil, yani akışkanlığa sahiptir. Dökülen sıvı, üzerine döküldüğü yüzeyin üzerine süresiz olarak yayılma eğilimindedir. Bir sıvı, kristalizasyon yoluyla bir katıya ve buharlaşma yoluyla bir gaza geçebilir.
- Gaz - ne şeklini ne de hacmini korur. Herhangi bir kabın dışındaki gaz, her yöne süresiz olarak genişleme eğilimindedir. Dünya atmosferinin uzaya dağılmaması nedeniyle onu yalnızca yerçekimi kuvveti engelleyebilir. Gaz yoğunlaşma yoluyla bir sıvıya geçer ve doğrudan katı bir cisim içine çökelme yoluyla geçebilir.
Faz geçişleri
Bir maddenin bir kümelenme durumundan diğerine geçişine faz geçişi denir, çünkü kümelenmenin bilimsel durumu bir maddenin aşamasıdır. Örneğin, su katı (buz), sıvı (normal su) ve gaz halinde (su buharı) olabilir.
Su örneği de iyi gösterilmiştir. Soğuk, rüzgarsız bir günde kuruması için bahçede asılı kalmak hemen donar, ancak bir süre sonra kuru hale gelir: buz süblimleşerek doğrudan su buharına geçer.
Kural olarak, katıdan sıvıya ve gaza faz geçişi ısıtma gerektirir, ancak bu durumda ortamın sıcaklığı artmaz: Maddedeki iç bağları kırmak için termal enerji harcanır. Bu sözde gizli ısıdır. Ters faz geçişleri sırasında (yoğunlaşma, kristalleşme) bu ısı açığa çıkar.
Bu yüzden buhar yanıkları çok tehlikelidir. Deri ile temas ettiğinde yoğunlaşır. Suyun buharlaşması / yoğunlaşmasının gizli ısısı çok yüksektir: su bu açıdan anormal bir maddedir; bu yüzden Dünya'da yaşam mümkündür. Bir buhar yanığı durumunda, suyun gizli yoğunlaşma ısısı yanmış yeri çok derinden "haşlar" ve buhar yanmasının sonuçları, vücudun aynı bölgesindeki bir alevden çok daha şiddetli olur.
Pseudophases
Bir maddenin sıvı fazının akışkanlığı, viskozitesi ile belirlenir ve viskozite, bir sonraki bölümün ayrıldığı iç bağların doğası tarafından belirlenir. Sıvının viskozitesi çok yüksek olabilir ve sıvı gözle fark edilmeden akabilir.
Cam klasik bir örnektir. Katı değil, çok viskoz bir sıvıdır. Depolardaki cam tabakaların asla duvara yaslanarak depolanmadığını unutmayın. Birkaç gün içinde kendi ağırlıkları altında bükülecek ve kullanılamaz hale gelecektir.
Sahte katıların diğer örnekleri, önyükleme zifti ve inşaat ziftidir. Çatıdaki köşeli bitüm parçasını unutursanız, yaz boyunca bir pastaya yayılır ve tabana yapışır. Sözde katılar, erimenin doğası gereği gerçek olanlardan ayırt edilebilir: gerçek olanlar ya bir kerede yayılıncaya kadar şekillerini korurlar (lehimleme sırasında lehimlenirler) ya da su birikintilerine ve nehirlere (buz) girerek yüzer. Ve çok viskoz sıvılar, aynı zift veya bitüm gibi yavaş yavaş yumuşar.
Plastikler, yıllarca ve on yıllardır fark edilmeyen son derece viskoz sıvılardır. Polimerlerin, binlerce ve milyonlarca hidrojen atomundaki muazzam moleküler ağırlıkları, şekillerini koruma konusundaki yüksek yeteneklerini sağlar.
Maddenin faz yapısı
Gaz fazında, bir maddenin molekülleri veya atomları birbirinden çok uzaktır, aralarındaki mesafeden birçok kez daha büyüktür. Sadece çarpışmalarda birbirleriyle ara sıra ve düzensiz etkileşime girerler. Etkileşim esnektir: Sert toplar gibi çarpışırlar ve sonra uçup giderler.
Bir sıvıda moleküller / atomlar, çok zayıf kimyasal bağlar nedeniyle sürekli olarak birbirlerini "hissederler". Bu bağlar her zaman kopar ve hemen tekrar eski haline döner, sıvının molekülleri sürekli olarak birbirlerine göre hareket eder, böylece sıvı akar. Ancak onu bir gaza dönüştürmek için, tüm bağları bir kerede kırmanız gerekir ve bu çok fazla enerji gerektirir, çünkü sıvı hacmini korur.
Bu bakımdan su, sıvı içindeki moleküllerinin oldukça güçlü olan hidrojen bağları ile birbirine bağlı olmasıyla diğer maddelerden farklıdır. Bu nedenle su, ömür boyu normal bir sıcaklıkta sıvı olabilir. Moleküler ağırlığa sahip birçok madde sudan onlarca ve yüzlerce kat daha büyüktür, normal koşullar altında bunlar gazdır, tıpkı sıradan ev gazı gibi.
Bir katıda, tüm molekülleri, aralarındaki güçlü kimyasal bağlar nedeniyle sağlam bir şekilde yerindedir ve bir kristal kafes oluşturur. Doğru şekle sahip kristaller, büyümeleri için özel koşullar gerektirir ve bu nedenle doğada nadiren bulunur. Katıların çoğu, mekanik ve elektriksel doğanın kuvvetleriyle sıkıca birbirine bağlanan küçük ve çok küçük kristallerden oluşan kümelerdir.
Okuyucu, örneğin, bir arabanın çatlak bir yarı aksını veya bir dökme demir ızgarayı daha önce görmüşse, o zaman kırılmadaki kristalit taneleri orada görülebilir. basit bir gözle... Kırık porselen veya çanak çömlek parçalarında ise büyüteç altında görülebilirler.
Plazma
Fizikçiler ayrıca maddenin dördüncü kümelenme durumu olan plazmayı da ayırt ederler. Plazmada elektronlar atom çekirdeklerinden koparılır ve elektrik yüklü parçacıkların bir karışımıdır. Plazma çok yoğun olabilir. Örneğin, yıldızların bağırsaklarından bir santimetre küp plazma - beyaz cüceler, onlarca ve yüzlerce ton ağırlığındadır.
Plazma, parçacıklarının yüklü olması nedeniyle elektromanyetik alanlarla aktif olarak etkileşime girdiğinden ayrı bir kümelenme durumuna izole edilmiştir. Boş alanda, plazma genişleme, soğuma ve gaza dönüşme eğilimindedir. Ancak elektromanyetik alanların etkisi altında, bir katı gibi şeklini ve hacmini damar dışında tutabilir. Plazmanın bu özelliği, termonükleer enerji reaktörlerinde - geleceğin enerji santrallerinin prototiplerinde kullanılır.
Maddeler çeşitli toplanma hallerinde olabilir: katı, sıvı, gaz. Farklı kümelenme durumlarındaki moleküler kuvvetler farklıdır: katı halde en büyüktürler, gaz halinde en küçüktürler. Moleküler kuvvetlerdeki fark açıklıyor farklı toplama durumlarında görünen özellikler:
Katılarda, moleküller arasındaki mesafe küçüktür ve etkileşim kuvvetleri hakimdir. Bu nedenle, katılar şekil ve hacim koruma özelliğine sahiptir. Katıların molekülleri sürekli hareket halindedir, ancak her molekül bir denge konumu etrafında hareket eder.
Sıvılarda moleküller arasındaki mesafe daha büyüktür, bu da etkileşim kuvvetlerinin de daha küçük olduğu anlamına gelir. Bu nedenle sıvı hacmini korur, ancak kolayca şeklini değiştirir.
Gazlarda, etkileşim kuvvetleri oldukça küçüktür, çünkü gaz molekülleri arasındaki mesafe moleküllerin boyutundan birkaç on kat daha büyüktür. Bu nedenle, gaz kendisine sağlanan tüm hacmi kaplar.
Bir toplama durumundan diğerine geçişler
Tanım
Eriyen madde Maddenin katı halden sıvı hale geçişi $ - $.
Bu faz geçişine her zaman enerji absorpsiyonu eşlik eder, yani maddeye ısı sağlanması gerekir. Nerede içsel enerji madde artar. Erime, yalnızca erime noktası adı verilen belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir. Her maddenin kendi erime noktası vardır. Örneğin, buzda $ t_ (pl) \u003d 0 ^ 0 \\ textrm (C) $ vardır.
Erime meydana gelirken maddenin sıcaklığı değişmez.
M $ kütleli bir maddeyi eritmek için ne yapılması gerekir? Öncelikle, $ c (\\ cdot) m (\\ cdot) (\\ Delta) T $ ısı miktarını bildirerek $ t_ (pl) $ erime noktasına kadar ısıtmanız gerekir, burada $ c $ $ özgül ısıdır maddenin. Daha sonra $ (\\ lambda) (\\ cdot) m $ ısı miktarını eklemek gerekir, burada $ \\ lambda $ $ maddenin özgül füzyon ısısıdır. Erime, erime sıcaklığına eşit sabit bir sıcaklıkta gerçekleşecektir.
Tanım
Bir maddenin kristalleşmesi (katılaşması) Bir maddenin sıvı halden katı hale geçişi $ - $.
Bu eritme işleminin tersidir. Kristalleşmeye her zaman enerji salınımı eşlik eder, yani ısıyı maddeden uzaklaştırmak gerekir. Bu durumda maddenin iç enerjisi azalır. Sadece erime noktası ile çakışan belirli bir sıcaklıkta oluşur.
Kristalleşme meydana gelirken maddenin sıcaklığı değişmez.
$ M $ kütlesindeki maddeyi kristalleştirmek için ne yapılmalıdır? Öncelikle, $ c $ $ özgül ısı olduğu $ c (\\ cdot) m (\\ cdot) (\\ Delta) T $ ısı miktarını kaldırarak $ t_ (pl) $ erime noktasına kadar soğutmanız gerekir maddenin. Daha sonra $ (\\ lambda) (\\ cdot) m $ ısı miktarını kaldırmak gerekir, burada $ \\ lambda $ $ maddenin özgül füzyon ısısıdır. Kristalleşme, erime noktasına eşit sabit bir sıcaklıkta gerçekleşecektir.
Tanım
Maddenin buharlaşması $ - $ Bir maddenin sıvı halden gaz haline geçişi.
Bu faz geçişine her zaman enerji absorpsiyonu eşlik eder, yani maddeye ısı sağlanması gerekir. Bu durumda maddenin iç enerjisi artar.
İki tür buharlaştırma vardır: buharlaşma ve kaynatma.
Tanım
Buharlaşma Herhangi bir sıcaklıkta bir sıvının yüzeyinden $ - $ buharlaşma.
Buharlaşma hızı şunlara bağlıdır:
sıcaklık;
yüzey alanı;
bir çeşit sıvı;
rüzgar.
Tanım
Kaynamak Kaynama noktası olarak adlandırılan, yalnızca belirli bir sıcaklıkta meydana gelen bir sıvının hacmi boyunca $ - $ buharlaşma.
Her maddenin kendi kaynama noktası vardır. Örneğin, suda $ t_ (balya) \u003d 100 ^ 0 \\ textrm (C) $ vardır. Kaynama meydana gelirken maddenin sıcaklığı değişmez.
$ M $ kütleli maddenin kaynamasını sağlamak için ne yapılmalıdır? Öncelikle, $ t_ (kaynama) $ kaynama noktasına kadar ısıtmanız gerekir, ısı miktarını $ c (\\ cdot) m (\\ cdot) (\\ Delta) T $, burada $ c $ $ özgül ısıdır maddenin. Ardından, $ (L) (\\ cdot) m $ ısı miktarını eklemek gerekir, burada $ L $ $, maddenin özgül buharlaşma ısısıdır. Kaynama, kaynama noktasına eşit sabit bir sıcaklıkta gerçekleşecektir.
Tanım
Maddenin yoğunlaşması $ - $ Bir maddenin gaz halinden sıvıya geçişi.
Bu, buharlaşmanın tersi sürecidir. Yoğuşmaya her zaman enerji salınımı eşlik eder, yani ısıyı maddeden çıkarmak gerekir. Bu durumda maddenin iç enerjisi azalır. Yalnızca kaynama noktasıyla çakışan belirli bir sıcaklıkta oluşur.
Yoğuşma meydana gelirken maddenin sıcaklığı değişmez.
M $ kütlesini yoğunlaştırmak için ne yapılması gerekiyor? İlk önce, $ t_ (kaynama) $ kaynama noktasına kadar soğutmanız ve $ c (\\ cdot) m (\\ cdot) (\\ Delta) T $ ısı miktarını kaldırmanız gerekir, burada $ c $ $ özgül ısıdır maddenin. Daha sonra, $ (L) (\\ cdot) m $ ısı miktarını kaldırmak gerekir, burada $ L $ $, maddenin özgül buharlaşma ısısıdır. Kaynama noktasına eşit sabit bir sıcaklıkta yoğuşma meydana gelecektir.
Dersin Hedefleri:
- maddenin toplam halleri hakkındaki bilgileri derinleştirmek ve genellemek, maddelerin hangi durumlarda olabileceğini incelemek.
Dersin Hedefleri:
Eğitim - katıların, gazların, sıvıların özellikleri hakkında bir fikir oluşturmak için.
Geliştirme - öğrencilerin geçen ve çalışılan materyallere dayalı olarak konuşma, analiz, sonuçlar konusundaki becerilerinin geliştirilmesi.
Eğitim - zihinsel emeği aşılamak, çalışılan konuya ilgiyi artırmak için tüm koşulları yaratmak.
Temel kurallar:
Toplanma durumu- bu, belirli niteliksel özelliklerle karakterize edilen bir maddenin durumudur: - şekil ve hacmi muhafaza etme yeteneği veya yetersizliği; - kısa ve uzun vadeli düzenin varlığı veya yokluğu; - diğerleri.
Şekil 6. Sıcaklık değiştiğinde maddenin toplam durumu.
Bir madde katı halden sıvıya geçtiğinde buna erime, tersi süreç ise kristalleşmedir. Bir madde sıvıdan gaza geçtiğinde, bu işleme buharlaşma, gazdan sıvıya - yoğunlaşma denir. Ve bir katıdan doğrudan gaza geçiş, sıvıyı - süblimasyonla, ters işlemle - desüblimasyonla atlayarak.
1.Kristalizasyon; 2. Erime; 3. Yoğunlaşma; 4. Buhar üretimi;
5. Süblimasyon; 6. Desüblimasyon.
Bu geçiş örneklerini sürekli olarak gözlemliyoruz. gündelik Yaşam... Buz eridiğinde suya dönüşür ve su da buharlaşır ve buhar oluşur. Ters yöne bakarsak, yoğunlaşan buhar tekrar suya geçmeye başlar ve sırayla donarak su buz olur. Herhangi bir katının kokusu süblimasyondur. Moleküllerin bir kısmı vücuttan kaçarken, koku veren bir gaz oluşur. Tersine işlemin bir örneği, havadaki buharın donarken camın üzerine yerleştiği kış mevsiminde cam üzerindeki desenlerdir.
Video, maddenin toplanma durumundaki değişikliği gösterir.
Kontrol bloğu.
1. Donduktan sonra su buza dönüştü. Su molekülleri değişti mi?
2. Odada tıbbi eter kullanıyorlar. Ve bu nedenle, genellikle orada güçlü kokarlar. Eterin durumu nedir?
3. Sıvının şekline ne olur?
4. Buz. Suyun durumu nedir?
5. Su donduğunda ne olur?
Ödev.
Soruları cevapla:
1. Tankın hacminin yarısını gazla doldurabilir misiniz? Neden?
2. Nitrojen ve oksijen oda sıcaklığında sıvı olabilir mi?
3. Oda sıcaklığında demir ve cıva gaz halinde olabilir mi?
4. Soğuk bir kış gününde nehir üzerinde sis oluştu. Bu madde durumu nedir?
Bir maddenin üç toplama durumu olduğuna inanıyoruz. Aslında, en az on beş tane var, ancak bu koşulların listesi her geçen gün büyümeye devam ediyor. Bunlar: amorf katı, katı, nötronyum, kuark-gluon plazması, güçlü simetrik madde, zayıf simetrik madde, fermiyon yoğunlaşması, Bose-Einstein yoğunlaşması ve garip maddedir.
Bu bölümde bakacağız toplu durumlar, çevreleyen maddenin bulunduğu ve madde parçacıkları arasındaki etkileşim kuvvetlerinin, toplam hallerin her birinin doğasında var.
1. Katı hal,
2. Sıvı hal ve
3. Gaz hali.
Dördüncü toplu durum genellikle ayırt edilir - plazma.
Bazen plazma durumu bir tür gaz hali olarak kabul edilir.
Plazma - kısmen veya tamamen iyonize gaz, çoğunlukla yüksek sıcaklıklarda bulunur.
Plazma Evrendeki maddenin en yaygın halidir, çünkü yıldızlar maddesi bu durumdadır.
Herkes için toplam durum fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkileyen bir maddenin parçacıkları arasındaki etkileşimin doğasındaki karakteristik özellikler.
Her madde farklı toplanma durumlarında olabilir. Yeterince düşük sıcaklıklarda, tüm maddeler katı hal... Ama ısındıkça, sıvılarsonra gazlar... Daha fazla ısıtıldıktan sonra iyonlaşırlar (atomlar elektronlarının bir kısmını kaybeder) ve duruma geçerler. plazma.
Gaz
Gaz hali (Dutch.gas'tan eski Yunancaya geri döner. Χάος ) kurucu parçacıkları arasında çok zayıf bağlarla karakterize edilir.
Gazı oluşturan moleküller veya atomlar düzensiz bir şekilde hareket ederler ve çoğu zaman birbirlerinden (boyutlarına göre) büyük mesafelerdedirler. Bu nedenle gaz parçacıkları arasındaki etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir.
Gazın ana özelliği bir yüzey oluşturmadan mevcut tüm alanı doldurmasıdır. Gazlar her zaman karıştırılır. Gaz izotropik bir maddediryani özellikleri yönden bağımsızdır.
Yerçekimi kuvvetlerinin yokluğunda basınç gazın tüm noktalarında aynı. Yerçekimi kuvvetleri alanında yoğunluk ve basınç her noktada aynı olmayıp, yükseklik ile azalıyor. Buna göre, yerçekimi alanında, gaz karışımı homojen hale gelmez. Ağır gazlar daha aşağı ve daha fazla batma eğilimi akciğerler - kadar gitmek.
Gazın yüksek sıkıştırılabilirliği vardır - artan basınçla yoğunluğu artar. Sıcaklık yükseldiğinde genişler.
Sıkıştırılmış gaz sıvıya dönüşebilir, ancak yoğuşma herhangi bir sıcaklıkta değil, kritik sıcaklığın altındaki bir sıcaklıkta meydana gelir. Kritik sıcaklık, belirli bir gazın özelliğidir ve molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerine bağlıdır. Örneğin, gaz helyum sadece aşağıdaki sıcaklıklarda sıvılaştırılabilir 4,2 bin.
Soğutulduğunda sıvı fazı atlayarak bir katıya geçen gazlar vardır. Bir sıvının gaza dönüşmesine buharlaşma adı verilir ve bir katının gaza doğrudan dönüşümü süblimasyon.
Katı
Katı hal diğer toplama durumlarıyla karşılaştırıldığında şekil stabilitesi ile karakterize.
Ayırmak kristal ve amorf katılar.
Kristalin madde hali
Katıların şeklinin kararlılığı, katı haldeki çoğunun sahip olmasından kaynaklanmaktadır. kristal yapı.
Bu durumda, maddenin parçacıkları arasındaki mesafeler küçüktür ve aralarındaki etkileşim kuvvetleri büyüktür, bu da formun kararlılığını belirler.
Bir parça maddeyi bölerek ve ortaya çıkan kırılmayı inceleyerek birçok katının kristal yapısına ikna olmak kolaydır. Genellikle, bir çatlakta (örneğin şeker, kükürt, metaller vb.), Farklı açılarda yerleştirilmiş küçük kristal yüzler açıkça görülebilir ve ışığın farklı yansımaları nedeniyle parlar.
Kristallerin çok küçük olduğu durumlarda mikroskop kullanılarak bir maddenin kristal yapısı oluşturulabilir.
Kristal şekiller
Her madde formu kristaller oldukça kesin şekil.
Kristal formların çeşitliliği yedi grupta özetlenebilir:
1. Triclinnaya (paralel yüzlü),
2. Monoklinik (tabanda paralelkenar olan prizma),
3. Eşkenar dörtgen (dikdörtgen paralel yüzlü),
4. Dörtgen (tabanda kare bulunan dikdörtgen paralel yüzlü),
5. Üçgen,
6. Altıgen (doğru ortalanmış tabanı olan prizma
altıgen),
7. Kübik (küp).
Başta demir, bakır, elmas, sodyum klorür olmak üzere birçok madde içinde kristalleşir. kübik sistem... Bu sistemin en basit biçimleri küp, oktahedron, tetrahedron.
Magnezyum, çinko, buz, kuvars kristalleşir altıgen sistem... Bu sistemin ana biçimleri: altıgen prizmalar ve çift piramit.
Yapay yollarla elde edilen kristallerin yanı sıra doğal kristaller, nadiren teorik formlara tam olarak karşılık gelir. Genellikle erimiş madde katılaştığında kristaller birlikte büyür ve bu nedenle her birinin şekli tamamen doğru değildir.
Bununla birlikte, bir kristalin gelişimi ne kadar dengesiz olursa olsun, şekli ne kadar bozulmuş olursa olsun, kristalin yüzlerinin aynı madde için birleştiği açılar sabit kalır.
Anizotropi
Kristalin cisimlerin özellikleri sadece kristallerin şekli ile sınırlı değildir. Kristaldeki madde tamamen homojen olmasına rağmen, çoğu fiziki ozellikleri - güç, termal iletkenlik, ışığa karşı tutum vb. - kristalin içinde farklı yönlerde her zaman aynı değildir. Kristalin maddelerin bu önemli özelliğine anizotropi.
Kristallerin iç yapısı. Kristalin kafesler.
Kristalin dış şekli onu yansıtır iç yapı ve kristali oluşturan parçacıkların - moleküller, atomlar veya iyonların - doğru düzenlenmesinden kaynaklanmaktadır.
Bu düzenleme şu şekilde temsil edilebilir: kristal kafes - kesişen düz çizgilerden oluşan bir kafes çerçeve. Çizgilerin kesişme noktalarında - kafes düğümleri - parçacıkların merkezleri yatar.
Kristal kafesin düğüm noktalarında bulunan parçacıkların doğasına ve belirli bir kristalde aralarındaki hangi etkileşim kuvvetlerinin geçerli olduğuna bağlı olarak, aşağıdaki türler ayırt edilir. kristal kafesler:
1. moleküler,
2. atomik,
3. iyonik ve
4. metal.
Moleküler ve atomik kafesler, kovalent bağa sahip maddelerde bulunur; iyonik - iyonik bileşikler için, metalik - metaller ve alaşımları için.
Atomlar, atomik kafeslerin düğümlerindedir... Birbirleriyle ilişkilidirler kovalent bağ.
Atomik kafeslere sahip nispeten az sayıda madde vardır. Bunlar arasında elmas, silikon ve bazı inorganik bileşikler.
Bu maddeler, yüksek sertlik ile karakterize edilirler, refrakterdirler ve hemen hemen her çözücüde çözünmezler. Bu özellikler güçlerinden kaynaklanmaktadır kovalent bağ.
Moleküller, moleküler kafeslerin yerlerinde bulunur... Birbirleriyle ilişkilidirler moleküller arası kuvvetler.
Moleküler kafesi olan birçok madde var. Bunlar arasında metal olmayankarbon ve silikon hariç tümü organik bileşikler iyonik olmayan iletişim ile ve birçok inorganik bileşik.
Moleküller arası etkileşim kuvvetleri, kovalent bağların kuvvetlerinden çok daha zayıftır; bu nedenle, moleküler kristaller düşük sertliğe, eriyebilir ve uçucudur.
İyonik kafeslerin bölgelerinde, pozitif ve negatif yüklü iyonlar sırayla düzenlenmiştir.... Kuvvetlerle birbirine bağlılar elektrostatik çekim.
İyonik kafes oluşturan iyonik bağlara sahip bileşikler şunları içerir: çoğu tuz ve az oksit.
Güçle iyonik kafesler atomikten aşağı, ancak molekülerden daha fazla.
İyonik bileşikler nispeten yüksek erime noktalarına sahiptir. Çoğu durumda, oynaklıkları büyük değildir.
Metal kafeslerin bölgelerinde, aralarında bu atomlar için ortak olan elektronların serbestçe hareket ettiği metal atomları bulunur.
Metallerin kristal kafeslerinde serbest elektronların varlığı, birçok özelliğini açıklayabilir: plastiklik, işlenebilirlik, metalik parlaklık, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik
Kristallerde, parçacıklar arasında iki tür etkileşimin önemli bir rol oynadığı maddeler vardır. Yani grafitte karbon atomları birbirine aynı yönlerde bağlanır. kovalent bağve diğerlerinde - metal... Bu nedenle, grafit kafes şu şekilde düşünülebilir: atomik, Ve nasıl metal.
Birçok inorganik bileşikte, örneğin BeO, ZnS, CuClkafes düğümlerinde bulunan parçacıklar arasındaki bağlantı kısmen iyonikve kısmen kovalent... Bu nedenle, bu tür bileşiklerin kafesleri, aralarında ara madde olarak kabul edilebilir. iyonik ve atomik.
Amorf madde durumu
Amorf maddelerin özellikleri
Katılar arasında, kırılmasında hiçbir kristal belirtisi bulunmayanlar vardır. Örneğin, sıradan bir cam parçasını kırarsanız, kırılması pürüzsüz olur ve kristal kırıklarının aksine, düz değil oval yüzeylerle sınırlıdır.
Reçine, tutkal ve diğer bazı maddeler parçalandığında da benzer bir model gözlemlenir. Bu maddenin hali denir amorf.
Arasındaki fark kristal ve amorf vücutlar özellikle ısınmaya karşı tutumlarında belirgindir.
Her bir maddenin kristalleri kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklıkta ve aynı sıcaklıkta erirken, sıvıdan katı hale geçiş olurken, amorf cisimlerin sabit bir erime noktası yoktur... Isıtıldığında, şekilsiz vücut yavaş yavaş yumuşar, yayılmaya başlar ve sonunda tamamen sıvı hale gelir. Soğutulduğunda da yavaş yavaş sertleşir.
Belirli bir erime noktasının olmaması nedeniyle, amorf cisimlerin farklı bir yeteneği vardır: çoğu sıvı gibi akaryani nispeten küçük kuvvetlerin uzun süreli etkisiyle, yavaş yavaş şekillerini değiştirirler. Örneğin, düz bir yüzeye serilmiş bir reçine parçası, bir disk şeklini alarak sıcak bir odada birkaç hafta boyunca yayılır.
Amorf maddelerin yapısı
Arasındaki fark kristal ve amorf maddenin durumu aşağıdaki gibidir.
Parçacıkların bir kristalde düzenli olarak düzenlenmesibirim hücre tarafından yansıtılan, geniş kristal alanları üzerinde tutulur ve iyi biçimlendirilmiş kristaller durumunda - bütünüyle.
Amorf cisimlerde sadece parçacıkların diziliş sırası gözlenir. çok küçük alanlarda... Ek olarak, bazı şekilsiz cisimlerde bu yerel sıralama bile yalnızca yaklaşıktır.
Bu ayrım şu şekilde özetlenebilir:
- kristal yapı uzun menzilli düzen ile karakterizedir,
- amorf cisimlerin yapısı - komşulara.
Amorf madde örnekleri.
Kararlı amorf maddeler şunları içerir: bardak (yapay ve volkanik), doğal ve yapay reçineler, yapıştırıcılar, parafin, mum ve benzeri.
Amorf bir durumdan kristal bir duruma geçiş.
Bazı maddeler hem kristal hem de amorf halde olabilir. Silikon dioksit SiO 2 iyi eğitimli olduğu kadar doğal olarak oluşur kuvars kristalleriamorf durumda olduğu gibi ( maden çakmaktaşı).
Nerede kristal hal her zaman daha kararlıdır... Bu nedenle, kristalli bir maddeden amorf bir maddeye kendiliğinden bir geçiş imkansızdır ve ters dönüşüm - amorf bir durumdan kristalli bir duruma kendiliğinden bir geçiş - mümkündür ve bazen gözlemlenir.
Böyle bir dönüşümün bir örneği devitrifikasyon - camın yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden kristalleşmesi ve yıkımı.
Amorf durum sıvı eriyiğin yüksek oranda katılaşması (soğutma) ile birçok madde elde edilir.
Metaller ve alaşımlar için amorf durum kural olarak, eriyik on milisaniyelik kesirler mertebesinde bir sürede soğutulursa oluşur. Cam için çok daha düşük bir soğutma hızı yeterlidir.
Kuvars (SiO 2) ayrıca düşük bir kristalleşme oranına sahiptir. Bu nedenle, ondan dökülen ürünler amorftur. Ancak yer kabuğunun veya volkanların derin katmanlarının soğuması sırasında kristalleşmesi yüzlerce ve binlerce yıla mal olan doğal kuvars, volkanik camın aksine, yüzeyde donmuş ve dolayısıyla şekilsiz bir kaba kristal yapıya sahiptir.
Sıvılar
Sıvı, bir katı ile bir gaz arasındaki bir ara durumdur.
Sıvı hal gazlı ve kristalli arasında bir ara maddedir. Bazı özelliklere göre sıvılar gazlar, diğerlerinde - katılar.
Sıvı gazlar, her şeyden önce, izotropi ve akışkanlık... İkincisi, sıvının şeklini kolayca değiştirme yeteneğini belirler.
fakat yüksek yoğunluk ve düşük sıkıştırılabilirlik sıvılar onları yaklaştırır katılar.
Sıvıların şekillerini kolayca değiştirme yeteneği, içlerinde katı moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin olmadığını gösterir.
Aynı zamanda, belirli bir sıcaklıkta sabit bir hacmi muhafaza etme kabiliyetini belirleyen sıvıların düşük sıkıştırılabilirliği, katı olmasa da, parçacıklar arasında hala önemli etkileşim kuvvetlerinin varlığını gösterir.
Potansiyel ve kinetik enerjinin oranı.
Her bir toplanma durumu, madde parçacıklarının potansiyel ve kinetik enerjileri arasındaki kendi oranıyla karakterize edilir.
Katılarda, parçacıkların ortalama potansiyel enerjisi, ortalama kinetik enerjilerinden daha büyüktür. Bu nedenle katılarda, parçacıklar birbirlerine göre belirli konumlarda bulunurlar ve yalnızca bu konumlara göre titreşirler.
Gazlar için enerji oranı tersidirBunun sonucu olarak, gaz molekülleri daima kaotik bir hareket halindedir ve moleküller arasındaki yapışma kuvvetleri pratikte yoktur, böylece gaz her zaman kendisine sağlanan tüm hacmi kaplar.
Sıvılar söz konusu olduğunda, parçacıkların kinetik ve potansiyel enerjileri yaklaşık olarak aynıdır.yani parçacıklar birbirine bağlıdır, ancak katı bir şekilde değildir. Bu nedenle sıvılar akışkandır, ancak belirli bir sıcaklıkta sabit bir hacme sahiptir.
Sıvıların ve şekilsiz cisimlerin yapıları benzerdir.
Yapısal analiz yöntemlerinin sıvılara uygulanması sonucunda yapının sıvılar şekilsiz cisimler gibidir... Çoğu sıvının yakın sipariş - her molekül için en yakın komşuların sayısı ve göreceli konumları, sıvının tüm hacmi içinde yaklaşık olarak aynıdır.
Parçacıkların düzenlenme derecesi, farklı sıvılar için farklıdır. Ayrıca sıcaklıkla birlikte değişir.
Düşük sıcaklıklarda, belirli bir maddenin erime noktasını biraz aşan, belirli bir sıvının parçacıklarının düzenlenmesindeki sıralama derecesi büyüktür.
Artan sıcaklıkla birlikte düşer ve ısındıkça sıvının özellikleri gazın özelliklerine gittikçe daha fazla yaklaşır.... Kritik sıcaklığa ulaşıldığında sıvı ve gaz arasındaki ayrım ortadan kalkar.
Sıvıların ve amorf cisimlerin iç yapısındaki benzerlik nedeniyle, ikincisi genellikle çok yüksek viskoziteye sahip sıvılar olarak kabul edilir ve sadece kristal haldeki maddeler katı olarak sınıflandırılır.
Benzeterek amorf cisimler Bununla birlikte, sıvılar, amorf cisimlerde, sıradan sıvıların aksine, parçacıkların, kristallerdeki gibi önemsiz bir hareketliliğe sahip olduğu unutulmamalıdır.
Toplu durumlar. Sıvılar. Termodinamikte aşamalar. Faz geçişleri.
Ders 1.16
Tüm maddeler üç toplama durumunda bulunabilir - katı, sıvıve gazlı... Aralarındaki geçişlere bir dizi fiziksel özellikte (yoğunluk, termal iletkenlik vb.) Ani bir değişiklik eşlik eder.
Toplanma durumu, maddenin bulunduğu fiziksel koşullara bağlıdır. Bir maddede çeşitli kümelenme durumlarının varlığı, moleküllerinin (atomlarının) termal hareketindeki ve farklı koşullar altındaki etkileşimindeki farklılıklardan kaynaklanmaktadır.
Gaz - parçacıkların etkileşim kuvvetleriyle bağlı olmadığı veya çok zayıf bir şekilde bağlandığı maddenin toplam durumu; parçacıklarının (moleküller, atomlar) termal hareketinin kinetik enerjisi, aralarındaki etkileşimlerin potansiyel enerjisini önemli ölçüde aşar, bu nedenle parçacıklar neredeyse serbestçe hareket eder, bulundukları kabı tamamen doldurur ve şeklini alır. Gaz halindeki bir madde ne kendi hacmine ne de kendi biçimine sahiptir. Basınç ve sıcaklık değiştirilerek herhangi bir madde gaz haline dönüştürülebilir.
Sıvı - Maddenin kümelenme durumu, katı ve gaz halindeki ara madde. Parçacıkların yüksek hareketliliği ve aralarında küçük bir boş alan ile karakterizedir. Bu, sıvıların hacimlerini korumasına ve bir kap şeklini almasına yol açar. Bir sıvıda moleküller birbirine çok yakındır. Bu nedenle sıvının yoğunluğu gazların yoğunluğundan (normal basınçta) çok daha yüksektir. Bir sıvının özellikleri, sıvı kristaller haricinde tüm yönlerde aynıdır (izotropik). Yoğunluğu ısıtırken veya azaltırken, sıvının özellikleri, ısıl iletkenlik, viskozite, kural olarak, gazların özelliklerine yaklaşma yönünde değişir.
Sıvı moleküllerin termal hareketi, kolektif titreşim hareketlerinin ve ara sıra moleküllerin bir denge konumundan diğerine atlamalarının bir kombinasyonundan oluşur.
Katı (kristal) cisimler - Formun kararlılığı ve atomların termal hareketinin doğası ile karakterize edilen maddenin toplanma durumu. Bu hareket, katıyı oluşturan atomların (veya iyonların) titreşimleridir. Titreşim genliği, atomlar arası mesafelere kıyasla genellikle küçüktür.
Sıvıların özellikleri.
Sıvı haldeki bir maddenin molekülleri neredeyse birbirine yakın konumdadır. Moleküllerin kristalin tüm hacmi boyunca düzenli yapılar oluşturduğu ve sabit merkezler etrafında termal titreşimler gerçekleştirebildiği kristal katıların aksine, sıvı moleküller daha fazla özgürlüğe sahiptir. Bir sıvının her bir molekülü ve bir katı, komşu moleküller tarafından her taraftan "kenetlenir" ve belirli bir denge pozisyonu etrafında termal titreşimler gerçekleştirir. Ancak zaman zaman herhangi bir molekül bitişik boş bir yere hareket edebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller, kristallerdeki gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilir. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın aralıklı moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) sıralı gruplar oluşturabilirler. Bu fenomen denir kısa sipariş.
Moleküllerin yakın paketlenmesi nedeniyle, sıvıların sıkıştırılabilirliği, yani basınçtaki bir değişiklikle hacimdeki değişiklik çok küçüktür; gazlardan onlarca ve yüz binlerce kat daha azdır. Örneğin, su hacmini% 1 değiştirmek için, basıncı yaklaşık 200 kat artırmanız gerekir. Atmosferik basınca kıyasla bu tür bir basınç artışı, yaklaşık 2 km derinlikte elde edilir.
Katılar gibi sıvılar da sıcaklık değiştiğinde hacimlerini değiştirirler. Çok büyük olmayan sıcaklık aralıkları için bağıl hacim değişimi Δ V / V 0 sıcaklık değişimiyle orantılı Δ T:
| |
Katsayı β denir hacimsel genleşme sıcaklık katsayısı... Sıvılar için bu katsayı, katılarınkinden onlarca kat daha büyüktür. Su için, örneğin, 20 ° C β in ≈ 2 · 10 –4 K –1 sıcaklıkta, çelik için - β st ≈ 3,6 · 10 –5 K –1, kuvars cam için - β q ≈ 9 · 10 - 6 K –1.
Termal Genleşme su, dünyadaki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda, su azalan sıcaklıkla genleşir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Su donduğunda genişler, böylece buz, donma rezervuarının yüzeyinde yüzer halde kalır. Buzun altındaki donma suyunun sıcaklığı 0 ° C'dir. Rezervuarın altındaki daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 ° C'dir. Bu sayede donma rezervuarlarının suyunda hayat olabilir.
Sıvıların en ilginç özelliği varlığı serbest yüzey... Sıvı, gazlardan farklı olarak, içine döküldüğü kabın tüm hacmini doldurmaz. Sıvı kütlenin geri kalanına kıyasla özel koşullarda olan sıvı ile gaz (veya buhar) arasında bir arayüz oluşur. Bir sıvının sınır katmanındaki moleküller, derinliklerindeki moleküllerin aksine, her taraftan aynı sıvının diğer molekülleri tarafından çevrelenmez. Sıvı içindeki moleküllerden birine komşu moleküllerin yanından etki eden moleküller arası etkileşim kuvvetleri, ortalama olarak karşılıklı olarak dengelenir. Sınır tabakasındaki herhangi bir molekül, sıvının içindeki moleküller tarafından çekilir (gaz (veya buhar) moleküllerinin yanından belirli bir sıvı moleküle etki eden kuvvetler ihmal edilebilir). Sonuç olarak, sıvının derinliklerine doğru yönlendirilmiş belirli bir kuvvet ortaya çıkar. Yüzey molekülleri, moleküller arası çekim kuvvetleri tarafından sıvıya çekilir. Ancak sınır tabakasındakiler de dahil olmak üzere tüm moleküller dengede olmalıdır. Bu denge, yüzey katmanının molekülleri ile sıvı içindeki en yakın komşuları arasındaki mesafenin hafif bir şekilde azalması nedeniyle elde edilir. Moleküller arasındaki mesafenin azalmasıyla itici kuvvetler ortaya çıkar. Sıvı içindeki moleküller arasındaki ortalama mesafe r O zaman, yüzey katmanının molekülleri biraz daha yoğun bir şekilde paketlenir ve bu nedenle iç moleküllere kıyasla ek bir potansiyel enerji deposuna sahiptirler. Son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle, daha yoğun şekilde paketlenmiş bir yüzey tabakasının varlığının, sıvının hacminde gözle görülür bir değişikliğe yol açmadığı unutulmamalıdır. Molekül yüzeyden sıvının içine doğru hareket ederse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri olumlu bir iş çıkaracaktır. Aksine belirli sayıda molekülü sıvının derinliğinden yüzeye çekmek için (yani sıvının yüzey alanını arttırmak), dış kuvvetler olumlu iş yapmalı Bir ext, Δ'deki değişiklikle orantılı S yüzey alanı:
| Bir ext \u003d σΔ S. |
Σ katsayısına yüzey gerilimi katsayısı (σ\u003e 0) denir. Dolayısıyla, yüzey gerilim katsayısı, sabit sıcaklıkta sıvının yüzey alanını bir birim arttırmak için gereken işe eşittir.
SI'da, yüzey gerilimi joule / joule cinsinden ölçülür. metrekare (J / m2) veya metre başına newton (1 N / m \u003d 1 J / m2).
Sonuç olarak sıvının yüzey tabakasının molekülleri, sıvının içindeki moleküllere göre fazlalık taşır. potansiyel enerji... Potansiyel enerji E Sıvı yüzeyinin p'si alanıyla orantılıdır: (1.16.1)
Mekanikten, bir sistemin denge durumlarının, potansiyel enerjisinin minimum değerine karşılık geldiği bilinmektedir. Bunu, sıvının serbest yüzeyinin alanını azaltma eğiliminde olduğu takip eder. Bu nedenle, serbest bir damla sıvı küresel bir şekil alır. Akışkan, kuvvetler yüzeyine teğet olarak etki ediyormuş gibi davranarak bu yüzeyi azaltır (çeker). Bu kuvvetlere denir yüzey gerilimi kuvvetleri.
Yüzey gerilimi kuvvetlerinin varlığı, bir sıvının yüzeyini elastik gerilmiş bir filme benzer kılar; tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani, filmin nasıl deforme olduğuna) ve yüzey gerilim kuvvetlerine bağlıdır. yüzey alanı sıvılarına bağlı değildir.
Yüzey gerilimi kuvvetleri film yüzeyini küçültme eğilimindedir. Bu nedenle şöyle yazabiliriz: (1.16.2)
Böylece, yüzey gerilimi katsayısı σ, yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğuna etki eden yüzey gerilimi kuvvetinin modülü olarak tanımlanabilir ( lbu çizginin uzunluğu).
Sıvı damlacıklarda ve iç kısımda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi nedeniyle sabun köpüğü aşırı basınç Δ p... Zihinsel olarak küresel bir yarıçap damlasını kestiyseniz R iki yarıya bölündükten sonra, her biri, kesme sınırına uygulanan yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında dengede olmalıdır 2π R ve bölgeye etki eden aşırı basınç kuvvetleri π R 2 bölüm (Şekil 1.16.1). Denge koşulu şu şekilde yazılır:
Bir sıvı, bir katı ve bir gaz arasındaki sınırın yakınında, bir sıvının serbest yüzeyinin şekli, sıvı moleküllerin katı moleküller ile etkileşim kuvvetlerine bağlıdır (gaz (veya buhar) molekülleri ile etkileşim ihmal edilebilir). Bu kuvvetler, sıvının molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetinden büyükse, o zaman sıvı ıslatmak katı yüzey. Bu durumda, sıvı, belirli bir sıvı-katı çiftinin karakteristiği olan belirli bir dar açıyla θ katının yüzeyine yaklaşır. Θ açısı denir kenar açısı... Sıvı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri, bir katının molekülleri ile etkileşim kuvvetlerini aşarsa, temas açısı θ geniş olur (Şekil 1.16.2 (2)). Bu durumda sıvının ıslak değil katı yüzey. Aksi takdirde (açı - keskin) sıvı ıslatmakyüzey (Şekil 1.16.2 (1)). Ne zaman tam ıslanmaθ \u003d 0 için tamamen ıslatmayanθ \u003d 180 °.
Kılcal fenomen küçük çaplı tüplerde bir sıvının yükselmesi veya alçalması olarak adlandırılır - kılcal damarlar... Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar aşağı iner.
Şekil 1.16.3, belirli bir yarıçapa sahip bir kılcal boruyu göstermektedir ralt ucu tarafından ρ yoğunluğundaki ıslatıcı bir sıvıya indirildi. Kılcal damarın üst ucu açıktır. Kılcal damar içindeki sıvının yükselmesi, kılcal damar içindeki sıvı kolona etki eden yerçekimi kuvveti, ortaya çıkan değere büyüklük olarak eşit olana kadar devam eder. F n Sıvı ve kılcal yüzey arasındaki arayüz boyunca etki eden yüzey gerilim kuvvetleri: F t \u003d F n, nerede F t \u003d mg = ρ hπ r 2 g, F n \u003d σ2π r çünkü θ.
Bu şu anlama gelir:
Tam ıslatma ile θ \u003d 0, cos θ \u003d 1. Bu durumda
Tam ıslanmayan θ \u003d 180 °, cos θ \u003d -1 ve bu nedenle, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Su, temiz cam yüzeyini neredeyse tamamen ıslatır. Tersine, cıva cam yüzeyini tamamen ıslatmaz. Bu nedenle, kılcal camdaki cıva seviyesi kaptaki seviyenin altına düşer.