Država	Svojstva
gasoviti	1. Sposobnost preuzimanja volumena i oblika posude. 2. Kompresibilnost. 3. Brza difuzija (haotično kretanje molekula). 4. E kinetički. > E pot.
	1. Sposobnost preuzimanja oblika onog dijela posude koji supstanca zauzima. 2. Nemogućnost širenja dok se posuda ne napuni. 3. Mala kompresibilnost. 4. Spora difuzija. 5. Fluidnost. 6. E kinetički. = E pot.
	1. Sposobnost održavanja pravilnog oblika i volumena. 2. Mala kompresibilnost (pod pritiskom). 3. Vrlo spora difuzija zbog oscilatornih kretanja čestica. 4. Nedostatak fluidnosti. 5. E kinetički.< Е потенц.

Agregatno stanje tvari određeno je silama koje djeluju između molekula, udaljenosti između čestica i prirodom njihovog kretanja.

AT solidan čestice zauzimaju određeni položaj jedna u odnosu na drugu. Ima nisku kompresibilnost, mehaničku čvrstoću, jer molekuli nemaju slobodu kretanja, već samo vibracije. Molekuli, atomi ili ioni koji formiraju čvrstu supstancu nazivaju se strukturne jedinice.Čvrste materije se dele na amorfna i kristalna(Tabela 27 ).

Tabela 33

Uporedne karakteristike amorfnih i kristalnih supstanci

Supstanca	Karakteristično
amorfna	1. Kratki poredak rasporeda čestica. 2. Izotropija fizička svojstva. 3. Nema specifične tačke topljenja. 4. Termodinamička nestabilnost (velika zaliha unutrašnje energije). 5. Fluidnost. Primjeri: ćilibar, staklo, organski polimeri, itd.
kristalno	1. Daleki poredak rasporeda čestica. 2. Anizotropija fizičkih svojstava. 3. Specifična tačka topljenja. 4. Termodinamička stabilnost (mala unutrašnja energija). 5. Postoje elementi simetrije. Primjeri: metali, legure, tvrde soli, ugljik (dijamant, grafit) itd.

Kristalne tvari se tope na strogo određenoj temperaturi (T pl), amorfne nemaju izraženu tačku topljenja; kada se zagriju, omekšaju (karakteriše ih interval omekšavanja) i prelaze u tečno ili viskozno stanje. Unutrašnju strukturu amorfnih supstanci karakteriše nasumični raspored molekula . Kristalno stanje materije podrazumijeva pravilan raspored u prostoru čestica koje čine kristal, i formiranje kristalno (prostorni)rešetke. Glavna karakteristika kristalnih tijela je njihova anizotropija - neujednačenost svojstava (toplotna i električna provodljivost, mehanička čvrstoća, brzina rastvaranja itd.) u različitim smjerovima, dok amorfna tijela izotropna .

Solidkristali- trodimenzionalne formacije koje karakteriše striktna ponovljivost istog strukturnog elementa (elementarne ćelije) u svim pravcima. elementarna ćelija- predstavlja najmanji volumen kristala u obliku paralelepipeda, koji se u kristalu ponavlja beskonačan broj puta.

Osnovni parametri kristalne rešetke:

Energija kristalne rešetke (E cr. , kJ/mol) – to je energija koja se oslobađa prilikom formiranja 1 mol kristala iz mikročestica (atoma, molekula, jona) koje su u plinovitom stanju i međusobno su razmaknute na udaljenosti koja isključuje njihovu interakciju.

Konstanta kristalne rešetke ( d , [ A 0 ]) – najmanja udaljenost između središta dviju čestica u kristalu povezanih hemijskom vezom.

Koordinacioni broj (k.h.) - broj čestica koje okružuju centralnu česticu u svemiru, povezanih sa njom hemijskom vezom.

Tačke u kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se rešetkasti čvorovi

Unatoč raznolikosti oblika kristala, oni se mogu klasificirati. Uvedena je sistematizacija kristalnih oblika A.V. Gadolin(1867), zasniva se na osobinama njihove simetrije. U skladu sa geometrijskim oblikom kristala mogući su sledeći sistemi (singonije): kubni, tetragonalni, ortorombni, monoklinski, triklinski, heksagonalni i romboedarski (sl. 18).

Ista tvar može imati različite kristalne oblike, koji se razlikuju po unutrašnjoj strukturi, a time i po fizičko-hemijskim svojstvima. Takav fenomen se zove polimorfizam . izomorfizam – dvije supstance različite prirode formiraju kristale iste strukture. Takve tvari mogu zamijeniti jedna drugu u kristalnoj rešetki, formirajući miješane kristale.

Rice. 18. Osnovni sistemi kristala.

Ovisno o vrsti čestica koje se nalaze na čvorovima kristalne rešetke i vrsti veza između njih, kristali su četiri tipa: jonski, atomski, molekularni i metalni(pirinač . 19).

Rice. 19. Vrste kristala

Karakteristično kristalne rešetke predstavljeno u tabeli. 34.

Stanje agregacije- ovo je stanje materije u određenom rasponu temperatura i pritisaka, koje karakterišu svojstva: sposobnost ( solidan) ili nemogućnost (tečnost, gas) da održi zapreminu i oblik; prisustvo ili odsustvo dugog dometa (čvrsto) ili kratkog dometa (tečno) i druga svojstva.

Supstanca može biti u tri agregatna stanja: čvrstom, tekućem ili gasovitom, trenutno se razlikuje dodatno plazma (jonsko) stanje.

AT gasoviti U stanju, udaljenost između atoma i molekula tvari je velika, sile interakcije su male, a čestice, koje se nasumično kreću u prostoru, imaju veliku kinetičku energiju koja premašuje potencijalnu energiju. Materijal u gasovitom stanju nema ni svoj oblik ni zapreminu. Plin ispunjava sav raspoloživi prostor. Ovo stanje je tipično za supstance male gustine.

AT tečnost U stanju, očuvan je samo poredak atoma ili molekula kratkog dometa, kada se u zapremini supstance periodično pojavljuju odvojeni delovi sa uređenim rasporedom atoma, međutim, međusobna orijentacija ovih delova takođe izostaje. Poredak kratkog dometa je nestabilan i može ili nestati ili se ponovo pojaviti pod dejstvom toplotnih vibracija atoma. Molekuli tečnosti nemaju određen položaj, a istovremeno nemaju punu slobodu kretanja. materijal u tečno stanje Nema formu, zadržava samo volumen. Tečnost može zauzeti samo dio zapremine posude, ali slobodno teći po cijeloj površini posude. Tečno stanje se obično smatra srednjim između čvrste supstance i gasa.

AT solidan supstance, raspored atoma postaje striktno određen, pravilno uređen, interakcijske sile čestica su međusobno uravnotežene, pa tijela zadržavaju svoj oblik i zapreminu. Pravilno uređen raspored atoma u prostoru karakteriše kristalno stanje, atomi formiraju kristalnu rešetku.

Čvrste tvari imaju amorfnu ili kristalnu strukturu. Za amorfna Tijela karakterizira samo poredak kratkog dometa u rasporedu atoma ili molekula, haotični raspored atoma, molekula ili iona u prostoru. Primjeri amorfnih tijela su staklo, smola i smola, koja izgledaju kao da su u čvrstom stanju, iako u stvarnosti teku sporo, poput tekućine. Amorfna tijela, za razliku od kristalnih, nemaju određenu tačku topljenja. Amorfna tijela zauzimaju srednju poziciju između kristalnih čvrstih tijela i tekućina.

Većina čvrstih materija ima kristalno struktura koju karakteriše uređen raspored atoma ili molekula u prostoru. Kristalnu strukturu karakterizira dugoročni red, kada se elementi strukture periodično ponavljaju; nema tako redovnog ponavljanja u kratkom dometu. Karakteristična karakteristika kristalnog tijela je sposobnost da zadrži svoj oblik. Znak idealnog kristala, čiji je model prostorna rešetka, svojstvo je simetrije. Simetrija se shvata kao teorijska sposobnost kristalne rešetke čvrstog tela da se kombinuje sa sobom kada se njene tačke ogledaju iz određene ravni, koja se naziva ravan simetrije. Simetrija spoljašnjeg oblika odražava simetriju unutrašnje strukture kristala. Na primjer, svi metali imaju kristalnu strukturu, koju karakteriziraju dvije vrste simetrije: kubna i heksagonalna.

U amorfnim strukturama s neuređenom raspodjelom atoma svojstva tvari su ista u različitim smjerovima, odnosno staklaste (amorfne) tvari su izotropne.

Sve kristale karakteriše anizotropija. U kristalima su udaljenosti između atoma uređene, ali stepen uređenosti može biti različit u različitim smjerovima, što dovodi do razlike u svojstvima kristalne tvari u različitim smjerovima. Ovisnost svojstava kristalne tvari o smjeru u njenoj rešetki naziva se anizotropija svojstva. Anizotropija se manifestuje pri mjerenju i fizičkih i mehaničkih i drugih karakteristika. Postoje svojstva (gustina, toplinski kapacitet) koja ne zavise od smjera u kristalu. Većina karakteristika ovisi o izboru smjera.

Moguće je izmjeriti svojstva predmeta koji imaju određenu zapreminu materijala: veličine - od nekoliko milimetara do desetina centimetara. Ovi objekti sa strukturom identičnom kristalnoj ćeliji nazivaju se monokristali.

Anizotropija svojstava očituje se u pojedinačnim kristalima i praktički je odsutna u polikristalnoj tvari koja se sastoji od mnogo malih nasumično orijentiranih kristala. Stoga se polikristalne tvari nazivaju kvazi-izotropnim.

Kristalizacija polimera, čiji se molekuli mogu rasporediti na uredan način, formiranjem supramolekularnih struktura u obliku snopova, zavojnica (globula), fibrila itd., događa se u određenom temperaturnom rasponu. Složena struktura molekula i njihovih agregata određuje specifično ponašanje polimera pri zagrijavanju. Ne mogu preći u tečno stanje niskog viskoziteta, nemaju gasovito stanje. U čvrstom obliku, polimeri mogu biti u staklastom, visokoelastičnom i viskoznom stanju. Polimeri s linearnim ili razgranatim molekulima mogu prelaziti iz jednog stanja u drugo s promjenom temperature, što se manifestira u procesu deformacije polimera. Na sl. 9 prikazuje ovisnost deformacije o temperaturi.

Rice. 9 Termomehanička kriva amorfnog polimera: t c , t t, t p - temperatura staklastog prelaza, fluidnost i početak hemijskog raspadanja, respektivno; I - III - zone staklastog, visoko elastičnog i viskoznog stanja; Δ l- deformacija.

Prostorna struktura rasporeda molekula određuje samo staklasto stanje polimera. Na niskim temperaturama svi polimeri se elastično deformiraju (slika 9, zona I). Iznad temperature prelaska stakla t c amorfni polimer sa linearnom strukturom prelazi u visoko elastično stanje ( zona II), a njegova deformacija u staklastom i visokoelastičnom stanju je reverzibilna. Grejanje iznad tačke stinjavanja t t pretvara polimer u viskozno stanje ( zona III). Deformacija polimera u viskoznom stanju je nepovratna. Amorfni polimer sa prostornom (mrežnom, umreženom) strukturom nema viskozno stanje, temperaturno područje visoko elastičnog stanja se širi do temperature raspadanja polimera t R. Ovo ponašanje je tipično za materijale tipa gume.

Temperatura tvari u bilo kojem agregatnom stanju karakterizira prosječnu kinetičku energiju njenih čestica (atoma i molekula). Ove čestice u tijelima imaju uglavnom kinetičku energiju oscilatornih kretanja u odnosu na centar ravnoteže, gdje je energija minimalna. Kada se postigne određena kritična temperatura, čvrsti materijal gubi snagu (stabilnost) i topi se, a tekućina se pretvara u paru: ključa i isparava. Ove kritične temperature su tačke topljenja i ključanja.

Kada se kristalni materijal zagrije na određenoj temperaturi, molekuli se kreću tako snažno da se krute veze u polimeru raskidaju i kristali se uništavaju – prelaze u tekuće stanje. Temperatura na kojoj su kristali i tečnost u ravnoteži naziva se tačka topljenja kristala ili tačka očvršćavanja tečnosti. Za jod je ova temperatura 114 o C.

Svaki hemijski element ima svoju tačku topljenja t pl razdvaja postojanje čvrste i tečnosti, i tačku ključanja t kip, što odgovara prelasku tečnosti u gas. Na ovim temperaturama materije su unutra termodinamička ravnoteža. Promjena agregacijskog stanja može biti praćena skokovitom promjenom slobodne energije, entropije, gustine i drugih. fizičke veličine.

Da opišem različite države u fizika koristi širi koncept termodinamička faza. Pojave koje opisuju prelaze iz jedne faze u drugu nazivaju se kritičnim.

Kada se zagriju, tvari prolaze kroz fazne transformacije. Kada se rastopi (1083 o C), bakar se pretvara u tečnost u kojoj atomi imaju samo poredak kratkog dometa. Pri pritisku od 1 atm, bakar ključa na 2310 ° C i pretvara se u gasoviti bakar sa nasumično raspoređenim atomima bakra. Na tački topljenja, pritisci zasićene pare kristala i tečnosti su jednaki.

Materijal kao celina je sistem.

Sistem- grupa kombinovanih supstanci fizički, hemijski ili mehaničke interakcije. faza naziva se homogeni deo sistema, odvojen od ostalih delova fizički interfejsi (u livenom gvožđu: grafit + zrna gvožđa; u ledenoj vodi: led + voda).Komponente sistemi su različite faze koje se formiraju ovaj sistem. Sistemske komponente- to su supstance koje formiraju sve faze (komponente) ovog sistema.

Materijali koji se sastoje od dvije ili više faza su raspršen sistemi. Disperzni sistemi se dele na solove, čije ponašanje podseća na ponašanje tečnosti, i gelove sa karakteristična svojstvačvrsta tela. U solovima je disperzioni medij u kojem je supstanca raspoređena tečna, u gelovima prevladava čvrsta faza. Gelovi su polukristalni metal, beton, rastvor želatine u vodi na niskoj temperaturi (na visokoj temperaturi želatina se pretvara u sol). Hidrosol je disperzija u vodi, a aerosol je disperzija u vazduhu.

Dijagrami stanja.

U termodinamičkom sistemu, svaku fazu karakterišu parametri kao što je temperatura T, koncentracija With i pritisak R. Za opis faznih transformacija koristi se jedna energetska karakteristika - Gibbsova slobodna energija ΔG(termodinamički potencijal).

Termodinamika u opisu transformacija je ograničena na razmatranje stanja ravnoteže. stanje ravnoteže termodinamički sistem karakteriše nepromenljivost termodinamičkih parametara(temperature i koncentracije, kao u tehnološkim tretmanima R= const) u vremenu i odsustvu tokova energije i materije u njemu – uz postojanost spoljašnjih uslova. Fazni balans- ravnotežno stanje termodinamičkog sistema koji se sastoji od dva ili više faze.

Za matematički opis postoje uslovi ravnoteže sistema fazno pravilo dao Gibbs. On povezuje broj faza (F) i komponenti (K) u ravnotežnom sistemu sa varijansom sistema, odnosno brojem termodinamičkih stepeni slobode (C).

Broj termodinamičkih stupnjeva slobode (varijanse) sistema je broj nezavisnih varijabli kao internih ( hemijski sastav faze), i eksterne (temperature), kojima se mogu dati različite proizvoljne (u određenom intervalu) vrijednosti kako se nove faze ne bi pojavljivale, a stare ne bi nestajale.

jednadžba Gibbsovog faznog pravila:

C \u003d K - F + 1.

U skladu sa ovim pravilom, u sistemu od dve komponente (K = 2) mogući su sledeći stepeni slobode:

Za jednofazno stanje (F = 1) C = 2, tj. možete promijeniti temperaturu i koncentraciju;

Za dvofazno stanje (F = 2) C = 1, tj. možete promijeniti samo jedan vanjski parametar (na primjer, temperaturu);

Za trofazno stanje, broj stupnjeva slobode je nula, odnosno nemoguće je promijeniti temperaturu bez narušavanja ravnoteže u sistemu (sistem je invarijantan).

Na primjer, za čisti metal (K = 1) tokom kristalizacije, kada postoje dvije faze (F = 2), broj stupnjeva slobode je nula. To znači da se temperatura kristalizacije ne može mijenjati dok se proces ne završi i ne ostane jedna faza – čvrsti kristal. Nakon završetka kristalizacije (F = 1), broj stupnjeva slobode je 1, tako da možete promijeniti temperaturu, odnosno hladiti čvrstu supstancu bez narušavanja ravnoteže.

Ponašanje sistema ovisno o temperaturi i koncentraciji opisano je dijagramom stanja. Dakle, dijagram stanja vode je sistem sa jednom komponentom H 2 O najveći broj postoje tri faze koje mogu istovremeno biti u ravnoteži (slika 10). Ove tri faze su tečnost, led, para. Broj stepeni slobode u ovom slučaju je jednak nuli, tj. nemoguće je promijeniti ni tlak ni temperaturu tako da nijedna faza ne nestane. Običan led, tečna voda i vodena para mogu postojati u ravnoteži istovremeno samo pri pritisku od 0,61 kPa i temperaturi od 0,0075°C. Tačka u kojoj koegzistiraju tri faze naziva se trostruka tačka ( O).

Curve OS razdvaja oblasti pare i tečnosti i predstavlja zavisnost pritiska zasićene vodene pare od temperature. OC kriva pokazuje one međusobno povezane vrijednosti temperature i tlaka pri kojima su tekuća voda i vodena para u ravnoteži jedna s drugom, stoga se naziva krivulja ravnoteže tekućina-para ili krivulja ključanja.

Slika 10 Dijagram stanja vode

Curve OV odvaja područje tečnosti od regiona leda. To je kriva ravnoteže čvrsto-tečnost i naziva se kriva topljenja. Ova kriva pokazuje one međusobno povezane parove temperatura i pritisaka na kojima su led i tečna voda u ravnoteži.

Curve OA naziva se krivulja sublimacije i prikazuje međusobno povezane parove vrijednosti tlaka i temperature pri kojima su led i vodena para u ravnoteži.

Dijagram stanja je vizuelni način predstavljanja regiona postojanja različitih faza u zavisnosti od spoljašnjih uslova, kao što su pritisak i temperatura. Dijagrami stanja se aktivno koriste u nauci o materijalima u različitim tehnološkim fazama dobivanja proizvoda.

Tečnost se od čvrstog kristalnog tela razlikuje po niskim vrednostima viskoziteta (unutrašnje trenje molekula) i visokim vrednostima fluidnosti (recipročna vrednost viskoziteta). Tečnost se sastoji od mnogih agregata molekula, unutar kojih su čestice raspoređene u određenom redosledu, sličnom redosledu u kristalima. Priroda strukturnih jedinica i interakcija među česticama određuju svojstva tečnosti. Postoje tečnosti: jednoatomne (ukapljeni plemeniti gasovi), molekularne (voda), jonske (otopljene soli), metalne (otopljeni metali), tečni poluprovodnici. U većini slučajeva tečnost nije samo agregatno stanje, već i termodinamička (tečna) faza.

Tečne supstance su najčešće rastvori. Rješenje homogena, ali ne i hemijski čista supstanca, sastoji se od otopljene supstance i rastvarača (primeri rastvarača su voda ili organski rastvarači: dihloretan, alkohol, ugljen-tetrahlorid itd.), dakle mešavina supstanci. Primjer je otopina alkohola u vodi. Međutim, otopine su također mješavine plinovitih (na primjer, zrak) ili čvrstih (legura metala) tvari.

Prilikom hlađenja u uslovima niske brzine formiranja centara kristalizacije i snažnog povećanja viskoznosti, može doći do staklastog stanja. Stakla su izotropni čvrsti materijali koji se dobijaju superhlađenjem rastopljenih neorganskih i organskih jedinjenja.

Poznate su mnoge supstance čiji se prelazak iz kristalnog stanja u izotropnu tečnost odvija kroz srednje tečno-kristalno stanje. Karakteristična je za supstance čije su molekule u obliku dugih štapića (šipova) asimetrične strukture. Takve fazni prelazi, praćeni termičkim efektima, uzrokuju naglu promjenu mehaničkih, optičkih, dielektričnih i drugih svojstava.

tečni kristali, poput tečnosti, mogu imati oblik izdužene kapi ili oblik posude, imaju visoku fluidnost i mogu se spajati. Široko se koriste u raznim oblastima nauke i tehnologije. Njihova optička svojstva u velikoj mjeri zavise od malih promjena u vanjskim uvjetima. Ova karakteristika se koristi u elektro-optičkim uređajima. Konkretno, tekući kristali se koriste u proizvodnji elektronskih satova, vizualne opreme itd.

Među glavnim stanjima agregacije je plazma- delimično ili potpuno jonizovani gas. Prema načinu formiranja razlikuju se dvije vrste plazme: termička, koja nastaje kada se plin zagrije na visoke temperature, i plinovita koja nastaje kada se električna pražnjenja u gasnom okruženju.

Plazma-hemijski procesi zauzeli su čvrsto mjesto u brojnim granama tehnologije. Koriste se za rezanje i zavarivanje vatrostalnih metala, sintezu raznih supstanci, naširoko koriste plazma izvore svjetlosti, a primjenu plazme u termonuklearnim elektrane itd.

U ovom dijelu ćemo pogledati agregatna stanja, u kojoj se nalazi materija koja nas okružuje i sile interakcije između njih čestice materije, karakterističan za svako od agregatnih stanja.

1. Solid State,

2. tečno stanje i

3. gasovitom stanju.

Često se razlikuje četvrto stanje agregacije - plazma.

Ponekad se stanje plazme smatra jednim od tipova gasovitog stanja.

Plazma - djelomično ili potpuno jonizirani plin, najčešće prisutni na visokim temperaturama.

Plazma je najčešće stanje materije u svemiru, budući da je materija zvijezda u ovom stanju.

Za sve stanje agregacije karakteristične karakteristike u prirodi interakcije između čestica supstance, što utiče na njena fizička i hemijska svojstva.

Svaka tvar može biti u različitim agregacijskim stanjima. Na dovoljno niskim temperaturama sve tvari su unutra čvrsto stanje. Ali kako se zagreju, postaju tečnosti, onda gasovi. Daljnjim zagrijavanjem ioniziraju se (atomi gube dio svojih elektrona) i prelaze u stanje plazma.

Gas

gasovitom stanju(od holandskog. gas, vraća se na drugi grčki. Χάος ) karakteriziraju vrlo slabe veze između njegovih sastavnih čestica.

Molekuli ili atomi koji formiraju plin kreću se nasumično, a istovremeno su smješteni na velikim (u usporedbi s njihovim veličinama) udaljenosti jedni od drugih veći dio vremena. Time sile interakcije između čestica gasa su zanemarljive.

Glavna karakteristika gasa je da ispunjava sav raspoloživi prostor bez formiranja površine. Gasovi se uvijek miješaju. Gas je izotropna supstanca, odnosno njegova svojstva ne zavise od smjera.

U odsustvu gravitacije pritisak isti na svim tačkama u gasu. U polju gravitacionih sila, gustina i pritisak nisu isti u svakoj tački, smanjujući se sa visinom. Shodno tome, u polju gravitacije, mješavina plinova postaje nehomogena. teški gasovi imaju tendenciju da se talože niže i više pluća- ići gore.

Plin ima visoku kompresibilnost- kada se pritisak poveća, njegova gustina se povećava. Kako temperatura raste, oni se šire.

Kada se komprimuje, gas se može pretvoriti u tečnost., ali do kondenzacije ne dolazi pri bilo kojoj temperaturi, već na temperaturi ispod kritične temperature. Kritična temperatura je karakteristika određenog plina i ovisi o silama interakcije između njegovih molekula. Tako, na primjer, plin helijum može se ukapljivati ​​samo na temperaturama ispod 4.2K.

Postoje gasovi koji, kada se ohlade, prelaze u čvrsto telo, zaobilazeći tečnu fazu. Transformacija tečnosti u gas naziva se isparavanjem, a direktna transformacija čvrste supstance u gas se naziva sublimacija.

Solid

Solid State u poređenju sa drugim agregatnim stanjima karakterizira stabilnost oblika.

Razlikovati kristalno i amorfne čvrste materije.

Kristalno stanje materije

Stabilnost oblika čvrstih tijela je zbog činjenice da većina čvrstih tijela ima kristalna struktura.

U ovom slučaju, udaljenosti između čestica tvari su male, a sile interakcije između njih velike, što određuje stabilnost oblika.

Lako je provjeriti kristalnu strukturu mnogih čvrstih tijela cijepanjem komada materije i ispitivanjem nastalog loma. Obično se na lomu (na primjer, u šećeru, sumporu, metalima itd.) jasno vide mala kristalna lica koja se nalaze pod različitim uglovima, koja blistaju zbog različitog odraza svjetlosti od njih.

U slučajevima kada su kristali vrlo mali, kristalna struktura supstance može se utvrditi pomoću mikroskopa.

Kristalne forme

Svaka supstanca se formira kristali savršeno definisan oblik.

Raznolikost kristalnih oblika može se sažeti u sedam grupa:

1. Triklinika(paralelepiped),

2.Monoclinic(prizma sa paralelogramom u osnovi),

3. Rombični (kuboid),

4. tetragonalni(pravougaoni paralelepiped sa kvadratom u osnovi),

5. Trigonalno,

6. Hexagonal(prizma sa osnovom desnog centra
šestougao),

7. kubni(kocka).

U njoj se kristališu mnoge supstance, posebno gvožđe, bakar, dijamant, natrijum hlorid kubni sistem. Najjednostavniji oblici ovog sistema su kocka, oktaedar, tetraedar.

Magnezijum, cink, led, kvarc kristališu heksagonalni sistem. Glavni oblici ovog sistema su heksagonalne prizme i bipiramide.

Prirodni kristali, kao i kristali dobijeni veštački, retko ko tačno odgovaraju teorijskim oblicima. Obično, kada se rastopljena tvar stvrdne, kristali rastu zajedno i stoga oblik svakog od njih nije sasvim ispravan.

Međutim, bez obzira na to koliko se kristal neravnomjerno razvija, bez obzira koliko je njegov oblik izobličen, uglovi pod kojima se kristalna lica konvergiraju u istoj tvari ostaju konstantni.

Anizotropija

Karakteristike kristalnih tijela nisu ograničene na oblik kristala. Iako je supstanca u kristalu savršeno homogena, mnoga njena fizička svojstva - čvrstoća, toplotna provodljivost, odnos prema svetlosti, itd. - nisu uvek ista u različitim pravcima unutar kristala. Ovo važna karakteristika kristalne supstance se nazivaju anizotropija.

Unutrašnja struktura kristala. Kristalne rešetke.

Vanjski oblik kristala odražava njegovu unutrašnju strukturu i nastaje zbog pravilnog rasporeda čestica koje čine kristal - molekula, atoma ili jona.

Ovaj aranžman se može predstaviti kao kristalna rešetka- prostorni okvir formiran ukrštanjem pravih linija. U tačkama preseka linija - rešetkasti čvorovi su centri čestica.

Ovisno o prirodi čestica smještenih u čvorovima kristalne rešetke i o tome koje sile interakcije među njima prevladavaju u datom kristalu, razlikuju se sljedeće vrste: kristalne rešetke:

1. molekularni,

2. atomski,

3. jonski i

4. metal.

Molekularne i atomske rešetke svojstvene su supstancama sa kovalentna veza, jonski - do jonskih jedinjenja, metalni - prema metalima i njihovim legurama.

Atomske kristalne rešetke

Na čvorovima atomske rešetke nalaze se atomi. One su međusobno povezane kovalentna veza.

Postoji relativno malo supstanci koje imaju atomske rešetke. Oni pripadaju dijamant, silicijum a neki ne organska jedinjenja.

Ove tvari se odlikuju velikom tvrdoćom, vatrostalne su i praktički netopive u bilo kojim rastvaračima. Ova svojstva su posljedica njihove trajnosti. kovalentna veza.

Molekularne kristalne rešetke

Molekule se nalaze na čvorovima molekularne rešetke. One su međusobno povezane intermolekularne sile.

Postoji mnogo supstanci sa molekularnom rešetkom. Oni pripadaju nemetali, sa izuzetkom ugljenika i silicijuma, sve organska jedinjenja sa nejonskom vezom i mnoga neorganska jedinjenja.

Sile međumolekularne interakcije su značajne slabije snage kovalentna veza, tako da molekularni kristali imaju nisku tvrdoću, topljivi su i hlapljivi.

Jonske kristalne rešetke

U čvorovima ionskih rešetki nalaze se pozitivno i negativno nabijeni ioni, naizmjenično. One su međusobno povezane silama elektrostatička privlačnost.

Jonska jedinjenja koja formiraju ionske rešetke uključuju većina soli i mali broj oksida.

Po snazi jonske rešetke inferiorniji od atomskih, ali su veći od molekularnih.

Jonska jedinjenja imaju relativno visoke tačke topljenja. Njihova volatilnost u većini slučajeva nije velika.

Metalne kristalne rešetke

Na čvorovima metalnih rešetki nalaze se atomi metala, između kojih se slobodno kreću elektroni zajednički za ove atome.

Prisustvo slobodnih elektrona u kristalnim rešetkama metala mogu se objasniti mnoga njihova svojstva: duktilnost, duktilnost, metalni sjaj, visoka električna i toplotna provodljivost

Postoje tvari u čijim kristalima dvije vrste interakcija između čestica igraju značajnu ulogu. Dakle, u grafitu su atomi ugljika međusobno povezani u istim smjerovima. kovalentna veza, iu drugima metalik. Stoga se grafitna rešetka može smatrati i kao nuklearna, I kako metal.

U mnogim neorganskim jedinjenjima, na primjer, u BeO, ZnS, CuCl, veza između čestica smještenih na mjestima rešetke je djelomična jonski, i djelimično kovalentna. Stoga se rešetke takvih spojeva mogu smatrati srednjim između jonski i atomski.

Amorfno stanje materije

Svojstva amorfnih supstanci

Među čvrstim tijelima postoje ona kod kojih se u lomu ne mogu naći tragovi kristala. Na primjer, ako podijelite komad običnog stakla, tada će njegov lom biti gladak i, za razliku od loma kristala, ograničen je ne ravnim, već ovalnim površinama.

Slična slika se uočava pri cijepanju komada smole, ljepila i nekih drugih tvari. Ovo stanje materije se zove amorfna.

Razlika između kristalno i amorfna tijela posebno je izražena u njihovom odnosu prema grijanju.

Dok se kristali svake supstance tope na strogo određenoj temperaturi, a na istoj temperaturi dolazi do prijelaza iz tekućeg u čvrsto stanje, amorfna tijela nemaju konstantnu tačku topljenja. Kada se zagrije, amorfno tijelo postepeno omekšava, počinje se širiti i konačno postaje potpuno tečno. Kada se ohladi, takođe postepeno stvrdnjava.

Zbog nedostatka određene tačke topljenja, amorfna tijela imaju drugačiju sposobnost: mnoge od njih teku poput tečnosti, tj. uz produženo djelovanje relativno malih sila, postupno mijenjaju svoj oblik. Na primjer, komad smole postavljen na ravnu površinu širi se u toploj prostoriji nekoliko sedmica, poprimivši oblik diska.

Struktura amorfnih supstanci

Razlika između kristalno i amorfno stanje materije je sledeće.

Naručeni raspored čestica u kristalu, reflektovan od jedinične ćelije, očuvan je u velikim površinama kristala, au slučaju dobro oblikovanih kristala - u cijelosti.

U amorfnim tijelima se samo uočava red u rasporedu čestica na veoma malim prostorima. Štaviše, u brojnim amorfnim tijelima čak je i ovaj lokalni poredak samo približan.

Ova razlika se može sažeti na sljedeći način:

• kristalnu strukturu karakteriše poredak dugog dometa,
• struktura amorfnih tijela - blizu.

Primjeri amorfnih supstanci.

Stabilne amorfne supstance uključuju staklo(vještački i vulkanski), prirodni i umjetni smole, ljepila, parafin, vosak i sl.

Prijelaz iz amorfnog stanja u kristalno.

Neke supstance mogu biti u kristalnom i amorfnom stanju. Silicijum dioksid SiO 2 javlja se u prirodi u obliku dobro formiranih kristali kvarca, kao i u amorfnom stanju ( mineral kremena).

Gde kristalno stanje je uvijek stabilnije. Dakle, spontana tranzicija iz kristalna supstanca u amorfno stanje je nemoguće, a obrnuta transformacija - spontani prijelaz iz amorfnog u kristalno stanje - je moguća i ponekad se opaža.

Primjer takve transformacije je devitrifikacija- spontana kristalizacija stakla na povišenim temperaturama, praćena njegovim uništavanjem.

amorfno stanje mnoge supstance se dobijaju pri visokoj brzini očvršćavanja (hlađenja) tečne taline.

Za metale i legure amorfno stanje nastaje, po pravilu, ako se talina hladi neko vrijeme reda veličine frakcija ili desetina milisekundi. Za naočare je dovoljna mnogo niža brzina hlađenja.

Kvarc (SiO2) takođe ima nisku stopu kristalizacije. Stoga su proizvodi iz njega amorfni. Međutim, prirodni kvarc, koji je imao stotine i hiljade godina da kristališe tokom hlađenja zemljine kore ili dubokih slojeva vulkana, ima makrokristalnu strukturu, za razliku od vulkanskog stakla, koje je na površini zamrznuto i stoga amorfno.

Tečnosti

Tečnost je međustanje između čvrste supstance i gasa.

tečno stanje je srednji između gasovitog i kristalnog. Po nekim svojstvima tečnosti su bliske gasovi, prema drugima - da čvrsta tela.

Sa gasovima se tečnosti spajaju, pre svega, njihovim izotropija i fluidnost. Ovo posljednje određuje sposobnost tekućine da lako promijeni svoj oblik.

kako god velika gustoća i niska kompresibilnost tečnosti ih približava čvrsta tela.

Sposobnost tekućina da lako mijenjaju svoj oblik ukazuje na odsustvo tvrdih sila međumolekularne interakcije u njima.

U isto vrijeme, niska kompresibilnost tekućina, koja određuje sposobnost održavanja konstantnog volumena na datoj temperaturi, ukazuje na prisutnost, iako ne krutih, ali ipak značajnih sila interakcije između čestica.

Odnos potencijala i kinetička energija.

Svako stanje agregacije karakteriše sopstveni odnos između potencijalne i kinetičke energije čestica materije.

U čvrstim tijelima prosječna potencijalna energija čestica je veća od njihove prosječne kinetičke energije. Stoga, u čvrstim tijelima čestice zauzimaju određene položaje jedna u odnosu na drugu i samo osciliraju u odnosu na te položaje.

Za gasove, omjer energije je obrnut, zbog čega su molekuli plina uvijek u stanju haotičnog kretanja i praktički nema kohezivnih sila između molekula, tako da plin uvijek zauzima cijeli volumen koji mu se daje.

U slučaju tečnosti, kinetička i potencijalna energija čestica su približno iste, tj. čestice su međusobno povezane, ali ne kruto. Prema tome, tečnosti su fluidne, ali imaju konstantan volumen na datoj temperaturi.

Strukture tekućina i amorfnih tijela su slične.

Kao rezultat primjene metoda strukturne analize na tekućine, utvrđeno je da struktura tečnosti su poput amorfnih tijela. Većina tečnosti ima nalog kratkog dometa je broj najbližih susjeda za svaki molekul i njihov međusobnog dogovora približno isti u cijeloj zapremini tečnosti.

Stepen uređenosti čestica u različitim tečnostima je različit. Osim toga, mijenja se s temperaturom.

Na niskim temperaturama, koje neznatno prelaze tačku topljenja date supstance, stepen uređenosti u rasporedu čestica date tečnosti je visok.

Kako temperatura raste, ona se smanjuje i kako se tečnost zagreva, svojstva tečnosti se sve više približavaju svojstvima gasa. Kada se dostigne kritična temperatura, razlika između tečnosti i gasa nestaje.

Zbog sličnosti unutarnje strukture tekućina i amorfnih tijela, ova potonja se često smatraju tekućinama vrlo visokog viskoziteta, a samo tvari u kristalnom stanju se klasificiraju kao čvrste tvari.

Likening amorfna tela tečnosti, međutim, treba imati na umu da u amorfnim tijelima, za razliku od običnih tekućina, čestice imaju blagu pokretljivost - isto kao u kristalima.

DEFINICIJA

Supstanca- je zbirka veliki brojčestice (atomi, molekuli ili joni).

Supstance imaju složenu strukturu. Čestice u materiji međusobno djeluju. Priroda interakcije čestica u tvari određuje njeno agregacijsko stanje.

Vrste agregatnih stanja

Razlikuju se sljedeća agregatna stanja: čvrsta, tečna, plinovita, plazma.

U čvrstom stanju, čestice se po pravilu kombinuju u pravilnu geometrijsku strukturu. Energija veze čestica je veća od energije njihovih termičkih vibracija.

Ako se tjelesna temperatura poveća, energija toplinskih oscilacija čestica raste. Na određenoj temperaturi energija toplinskih vibracija postaje veća od energije veze. Na ovoj temperaturi, veze između čestica se uništavaju i ponovo formiraju. U ovom slučaju, čestice vrše različite vrste kretanja (oscilacije, rotacije, pomake jedna u odnosu na drugu, itd.). Međutim, i dalje su u kontaktu jedni s drugima. Ispravna geometrijska struktura je slomljena. Supstanca je u tečnom stanju.

Daljnjim porastom temperature toplinske fluktuacije se intenziviraju, veze između čestica postaju još slabije i praktički izostaju. Supstanca je u gasovitom stanju. Najjednostavniji model materije je idealni plin, u kojem se pretpostavlja da se čestice kreću slobodno u bilo kojem smjeru, međusobno djeluju samo u trenutku sudara, dok su zakoni elastičnog udara ispunjeni.

Može se zaključiti da s povećanjem temperature tvar prelazi iz uređene strukture u neuređeno stanje.

Plazma je gasovita materija, koji se sastoji od mješavine neutralnih čestica jona i elektrona.

Temperatura i pritisak u različitim agregatnim stanjima

Različita agregatna stanja materije određuju: temperaturu i pritisak. nizak pritisak i toplota odgovaraju gasovima. Na niskim temperaturama supstanca je obično u čvrstom stanju. Međutemperature se odnose na supstance u tečnom stanju. Fazni dijagram se često koristi za karakterizaciju agregatnih stanja supstance. Ovo je dijagram koji pokazuje ovisnost agregacijskog stanja o tlaku i temperaturi.

Glavna karakteristika plinova je njihova sposobnost širenja i kompresibilnost. Plinovi nemaju oblik, oni poprimaju oblik posude u koju su smješteni. Zapremina gasa određuje zapreminu posude. Gasovi se mogu miješati jedan s drugim u bilo kojoj proporciji.

Tečnost nema oblik, ali ima zapreminu. Tečnosti se slabo kompresuju, samo pri visokom pritisku.

Čvrste materije imaju oblik i zapreminu. U čvrstom stanju mogu postojati jedinjenja sa metalnim, jonskim i kovalentnim vezama.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Nacrtajte fazni dijagram stanja za neku apstraktnu supstancu. Objasnite njegovo značenje.

Rješenje

Hajde da napravimo crtež. Dijagram stanja je prikazan na sl.1. Sastoji se od tri oblasti koje odgovaraju kristalnom (čvrstom) stanju materije, tečnom i gasovitom stanju. Ove oblasti su odvojene krivuljama koje označavaju granice međusobno inverznih procesa: 01 - topljenje - kristalizacija; 02 - ključanje - kondenzacija; 03 - sublimacija - desublimacija. Tačka preseka svih krivih (O) je trostruka tačka. U ovom trenutku, materija može postojati u tri agregatna stanja. Ako je temperatura tvari viša od kritične () (tačka 2), tada je kinetička energija čestica veća potencijalna energija njihove interakcije, na takvim temperaturama supstanca postaje gas pod bilo kojim pritiskom. Od fazni dijagram može se vidjeti da ako je pritisak veći od , tada se s povećanjem temperature, krutina topi. Nakon topljenja, povećanje pritiska dovodi do povećanja tačke ključanja. Ako je pritisak manji od , tada povećanje temperature čvrste materije dovodi do njenog prelaska direktno u gasovito stanje (sublimacija) (tačka G).

PRIMJER 2

Vježbajte

Objasnite šta razlikuje jedno stanje agregacije od drugog?

Rješenje

U različitim stanjima agregacije, atomi (molekuli) imaju različite rasporede. Dakle, atomi (molekuli ili joni) kristalnih rešetki su raspoređeni na uredan način, mogu praviti male vibracije oko ravnotežnih pozicija. Molekuli plinova su u nesređenom stanju i mogu se kretati na značajnim udaljenostima. Osim toga, unutrašnja energija tvari u različitim agregatnim stanjima (za iste mase tvari) na različite temperature drugačije. Procesi prijelaza iz jednog agregatnog stanja u drugo praćeni su promjenom unutrašnje energije. Prelaz: čvrsto - tečnost - gas, znači povećanje unutrašnje energije, jer dolazi do povećanja kinetičke energije kretanja molekula.

Sva materija može postojati u jednom od četiri oblika. Svaki od njih je određeno agregatno stanje materije. U prirodi Zemlje samo jedan je predstavljen u tri od njih odjednom. Ovo je voda. Lako je vidjeti da je ispario, rastopljen i stvrdnuo. To su para, voda i led. Naučnici su naučili kako promijeniti agregatna stanja materije. Najveća poteškoća za njih je samo plazma. Ovo stanje zahteva posebne uslove.

Šta je to, od čega zavisi i kako se karakteriše?

Ako je tijelo prešlo u drugo agregatno stanje materije, to ne znači da se pojavilo nešto drugo. Supstanca ostaje ista. Ako tečnost ima molekule vode, onda će iste biti u pari sa ledom. Promijenit će se samo njihova lokacija, brzina kretanja i sile međusobne interakcije.

Prilikom proučavanja teme "Agregatna stanja (8. razred)" razmatraju se samo tri od njih. To su tečni, gasoviti i čvrsti. Njihove manifestacije zavise od fizičkih uslova. okruženje. Karakteristike ovih stanja prikazane su u tabeli.

Naziv agregatnog stanja	solidan	tečnost	gas
Njegova svojstva	zadržava oblik uz volumen	ima konstantan volumen, ima oblik posude	nema konstantan volumen i oblik
Raspored molekula	na čvorovima kristalne rešetke	neuredno	haotično
Udaljenost između njih	uporedivi sa veličinom molekula	približno jednaka veličini molekula	mnogo veće od njihove veličine.
Kako se molekuli kreću	osciliraju oko tačke rešetke	ne pomiču se od tačke ravnoteže, ali ponekad prave velike skokove	nepravilan sa povremenim sudarima
Kako su u interakciji	snažno privučeni	snažno privučeni jedno drugom	se ne privlače, pri udaru se manifestuju odbojne sile

Prvo stanje: čvrsto

Njegova fundamentalna razlika od ostalih je u tome što molekuli imaju strogo određeno mjesto. Kada se govori o čvrstom agregatnom stanju, najčešće se misli na kristale. Kod njih je struktura rešetke simetrična i striktno periodična. Stoga je uvijek sačuvan, bez obzira koliko se tijelo širilo. Oscilatorno kretanje nema dovoljno molekula supstance da unište ovu rešetku.

Ali postoje i amorfna tijela. Nedostaje im stroga struktura u rasporedu atoma. Mogu biti bilo gdje. Ali ovo mjesto je stabilno kao u kristalnom tijelu. Razlika između amorfnih i kristalnih supstanci je u tome što nemaju određenu temperaturu topljenja (stvrdnjavanja) i karakteriše ih fluidnost. Živopisni primjeri takvih supstanci su staklo i plastika.

Drugo stanje: tečnost

Ovo agregatno stanje materije je ukrštanje čvrste materije i gasa. Stoga kombinuje neka svojstva iz prve i druge. Dakle, udaljenost između čestica i njihova interakcija je slična onome što je bio slučaj s kristalima. Ali evo lokacije i kretanja bliže gasu. Stoga tečnost ne zadržava svoj oblik, već se širi po posudi u koju se sipa.

Treće stanje: gas

Za nauku koja se zove "fizika", stanje agregacije u obliku gasa nije na poslednjem mestu. Jer ona studira svijet, a zrak u njemu je vrlo čest.

Karakteristike ovog stanja su da su sile interakcije između molekula praktički odsutne. To objašnjava njihovo slobodno kretanje. Zbog čega plinovita tvar ispunjava cijeli volumen koji joj se daje. Štaviše, sve se može prebaciti u ovo stanje, samo trebate povećati temperaturu za željenu količinu.

Četvrto stanje: plazma

Ovo agregatno stanje materije je gas koji je potpuno ili delimično jonizovan. To znači da je broj negativno i pozitivno nabijenih čestica u njemu gotovo isti. Ova situacija se dešava kada se gas zagreva. Zatim dolazi do naglog ubrzanja procesa termičke ionizacije. Ona leži u činjenici da su molekuli podijeljeni na atome. Potonji se zatim pretvaraju u jone.

Unutar svemira, takvo stanje je vrlo uobičajeno. Zato što sadrži sve zvijezde i medij između njih. Unutar granica Zemljine površine javlja se izuzetno rijetko. Osim jonosfere i solarnog vjetra, plazma je moguća samo za vrijeme grmljavine. U bljeskovima munje stvaraju se uslovi u kojima gasovi atmosfere prelaze u četvrto stanje materije.

Ali to ne znači da plazma nije stvorena u laboratoriji. Prva stvar koja se mogla reproducirati bilo je plinsko pražnjenje. Plazma sada ispunjava fluorescentna svjetla i neonske reklame.

Kako se vrši tranzicija između država?

Da biste to učinili, morate stvoriti određene uvjete: konstantan pritisak i određenu temperaturu. U ovom slučaju, promjena agregatnih stanja tvari je praćena oslobađanjem ili apsorpcijom energije. Štaviše, ova tranzicija se ne događa brzinom munje, već zahtijeva određeno vrijeme. Za to vrijeme uslovi moraju ostati nepromijenjeni. Prijelaz se događa uz istovremeno postojanje tvari u dva oblika, koji održavaju toplinsku ravnotežu.

Prva tri stanja materije mogu međusobno prelaziti jedno u drugo. Postoje direktni i obrnuti procesi. Imaju sljedeća imena:

• topljenje(iz čvrstog u tečno) i kristalizacija, na primjer, otapanje leda i stvrdnjavanje vode;
• isparavanje(iz tečnog u gasovito) i kondenzacije, primjer je isparavanje vode i njena proizvodnja iz pare;
• sublimacija(od čvrstog do gasovitog) i desublimacija, na primjer, isparavanje suhog mirisa za prvi od njih i smrznuti uzorci na staklu za drugi.

Fizika topljenja i kristalizacije

Ako se čvrsto tijelo zagrije, tada na određenoj temperaturi, tzv tačka topljenja započet će određena tvar, promjena agregacijskog stanja, koja se naziva taljenje. Ovaj proces ide uz apsorpciju energije, što se tzv količinu toplote i označen je slovom Q. Da biste to izračunali, morate znati specifična toplota fuzije, što je označeno λ . A formula izgleda ovako:

Q=λ*m, gdje je m masa tvari uključene u topljenje.

Ako dođe do obrnutog procesa, odnosno kristalizacije tečnosti, tada se uslovi ponavljaju. Jedina razlika je u tome što se energija oslobađa, a u formuli se pojavljuje znak minus.

Fizika isparavanja i kondenzacije

Uz kontinuirano zagrijavanje tvari, ona će se postepeno približavati temperaturi na kojoj će početi njeno intenzivno isparavanje. Ovaj proces se zove vaporizacija. Ponovo ga karakterizira apsorpcija energije. Samo da biste to izračunali, morate znati specifična toplota isparavanja r. A formula će biti:

Q=r*m.

Obrnuti proces ili kondenzacija se događa s oslobađanjem iste količine topline. Stoga se u formuli ponovo pojavljuje minus.