Stato	Proprietà
gassoso	1. La capacità di prendere il volume e la forma della nave. 2. Comprimibilità. 3. Diffusione rapida (movimento caotico delle molecole). 4. E cinetica. > pentola E.
	1. La capacità di assumere la forma di quella parte del vaso che la sostanza occupa. 2. Impossibilità di espandersi finché il vaso non è pieno. 3. Leggera comprimibilità. 4. Diffusione lenta. 5. Fluidità. 6. E cinetica. = E pentola.
	1. La capacità di mantenere la forma e il volume adeguati. 2. Leggera comprimibilità (sotto pressione). 3. Diffusione molto lenta dovuta ai moti oscillatori delle particelle. 4. Mancanza di fluidità. 5. E cinetica.< Е потенц.

Lo stato aggregato della materia è determinato dalle forze che agiscono tra le molecole, dalla distanza tra le particelle e dalla natura del loro movimento.

A solido le particelle occupano una certa posizione l'una rispetto all'altra. Ha bassa comprimibilità, resistenza meccanica, poiché le molecole non hanno libertà di movimento, ma solo vibrazioni. Si chiamano molecole, atomi o ioni che formano un solido unità strutturali. I solidi sono divisi in amorfo e cristallino(Tabella 27 ).

Tabella 33

Caratteristiche comparative di sostanze amorfe e cristalline

Sostanza	Caratteristica
amorfo	1. Disposizione delle particelle a corto raggio. 2. Isotropia Proprietà fisiche. 3. Nessun punto di fusione specifico. 4. Instabilità termodinamica (grande fornitura di energia interna). 5. Fluidità. Esempi: ambra, vetro, polimeri organici, ecc.
cristallino	1. Ordine di disposizione delle particelle a lungo raggio. 2. Anisotropia delle proprietà fisiche. 3. Punto di fusione specifico. 4. Stabilità termodinamica (piccola energia interna). 5. Ci sono elementi di simmetria. Esempi: metalli, leghe, sali duri, carbonio (diamante, grafite), ecc.

Le sostanze cristalline fondono a una temperatura rigorosamente definita (T pl), quelle amorfe non hanno un punto di fusione pronunciato; una volta riscaldati, si ammorbidiscono (caratterizzati da un intervallo di rammollimento) e passano allo stato liquido o viscoso. Struttura interna sostanze amorfe caratterizzato da una disposizione casuale delle molecole . Lo stato cristallino della materia implica la corretta disposizione nello spazio delle particelle che compongono il cristallo, e la formazione cristallino (spaziale)grate. La caratteristica principale dei corpi cristallini è il loro anisotropia - irregolarità delle proprietà (conducibilità termica, elettrica, resistenza meccanica, velocità di dissoluzione, ecc.) in direzioni diverse, mentre corpi amorfi isotropo .

Solidocristalli- formazioni tridimensionali caratterizzate da stretta ripetibilità dello stesso elemento strutturale (cella elementare) in tutte le direzioni. cellula elementare- rappresenta il volume più piccolo del cristallo a forma di parallelepipedo, ripetuto nel cristallo un numero infinito di volte.

Parametri di base del reticolo cristallino:

L'energia del reticolo cristallino (E cr. , kJ/mol) – questa è l'energia che viene rilasciata durante la formazione di 1 mole di cristallo dalle microparticelle (atomi, molecole, ioni) che si trovano allo stato gassoso e sono separate tra loro da una distanza che ne esclude l'interazione.

Costante del reticolo cristallino ( d , [ UN 0 ]) – la distanza minima tra il centro di due particelle in un cristallo collegato da un legame chimico.

Numero di coordinamento (c.a.) - il numero di particelle che circondano la particella centrale nello spazio, collegate ad essa da un legame chimico.

Vengono chiamati i punti in cui si trovano le particelle di cristallo nodi reticolari

Nonostante la varietà di forme dei cristalli, possono essere classificati. È stata introdotta la sistematizzazione delle forme cristalline AV Gadolin(1867), si basa sulle caratteristiche della loro simmetria. A seconda della forma geometrica dei cristalli, sono possibili i seguenti sistemi (singonie): cubico, tetragonale, ortorombico, monoclino, triclino, esagonale e romboedrico (Fig. 18).

La stessa sostanza può avere diverse forme cristalline, che differiscono per struttura interna, e quindi per proprietà fisico-chimiche. Un tale fenomeno è chiamato polimorfismo . isomorfismo – due sostanze di natura diversa formano cristalli della stessa struttura. Tali sostanze possono sostituirsi a vicenda nel reticolo cristallino, formando cristalli misti.

Riso. 18. Sistemi di base dei cristalli.

A seconda del tipo di particelle situate ai nodi del reticolo cristallino e del tipo di legami tra di loro, i cristalli sono di quattro tipi: ionici, atomici, molecolari e metallici(Riso . 19).

Riso. 19. Tipi di cristalli

Le caratteristiche dei reticoli cristallini sono presentate nella tabella. 34.

Stato di aggregazione- questo è lo stato della materia in un determinato intervallo di temperature e pressioni, caratterizzato da proprietà: capacità ( solido) o incapacità (liquido, gas) di mantenere volume e forma; la presenza o l'assenza di ordine a lungo raggio (solido) o a corto raggio (liquido) e altre proprietà.

Una sostanza può trovarsi in tre stati di aggregazione: solido, liquido o gassoso, attualmente si distingue uno stato plasma (ionico) aggiuntivo.

A gassoso stato, la distanza tra atomi e molecole di una sostanza è grande, le forze di interazione sono piccole e le particelle, muovendosi casualmente nello spazio, hanno una grande energia cinetica che supera l'energia potenziale. Il materiale allo stato gassoso non ha né forma né volume. Il gas riempie tutto lo spazio disponibile. Questo stato è tipico per le sostanze a bassa densità.

A liquido stato, viene preservato solo l'ordine a corto raggio di atomi o molecole, quando nel volume di una sostanza compaiono periodicamente sezioni separate con una disposizione ordinata di atomi, tuttavia, anche l'orientamento reciproco di queste sezioni è assente. L'ordine a corto raggio è instabile e può scomparire o riapparire sotto l'azione delle vibrazioni termiche degli atomi. Le molecole di un liquido non hanno una posizione definita e allo stesso tempo non hanno completa libertà di movimento. Il materiale allo stato liquido non ha una forma propria, mantiene solo il volume. Il liquido può occupare solo una parte del volume della nave, ma fluire liberamente sull'intera superficie della nave. Lo stato liquido è generalmente considerato intermedio tra un solido e un gas.

A solido sostanza, la disposizione degli atomi diventa rigorosamente definita, regolarmente ordinata, le forze di interazione delle particelle sono reciprocamente bilanciate, quindi i corpi mantengono la loro forma e volume. La caratterizza la disposizione regolarmente ordinata degli atomi nello spazio stato cristallino, gli atomi formano un reticolo cristallino.

I solidi hanno una struttura amorfa o cristallina. Per amorfo I corpi sono caratterizzati solo da un ordine a corto raggio nella disposizione di atomi o molecole, una disposizione caotica di atomi, molecole o ioni nello spazio. Esempi di corpi amorfi sono il vetro, la pece e la pece, che sembrano essere allo stato solido, sebbene in realtà scorrano lentamente, come un liquido. I corpi amorfi, a differenza di quelli cristallini, non hanno un punto di fusione definito. I corpi amorfi occupano una posizione intermedia tra solidi e liquidi cristallini.

La maggior parte dei solidi lo ha cristallino una struttura caratterizzata da una disposizione ordinata di atomi o molecole nello spazio. La struttura cristallina è caratterizzata da un ordine a lungo raggio, quando gli elementi della struttura si ripetono periodicamente; non c'è una ripetizione così regolare nell'ordine a corto raggio. Una caratteristica di un corpo cristallino è la capacità di mantenere la sua forma. Un segno di un cristallo ideale, il cui modello è un reticolo spaziale, è la proprietà della simmetria. La simmetria è intesa come la capacità teorica del reticolo cristallino di un corpo solido di essere allineato con se stesso quando i suoi punti sono specchiati da un certo piano, chiamato piano di simmetria. La simmetria della forma esterna riflette la simmetria della struttura interna del cristallo. Ad esempio, tutti i metalli hanno una struttura cristallina, caratterizzata da due tipi di simmetria: cubica ed esagonale.

Nelle strutture amorfe con una distribuzione disordinata degli atomi, le proprietà della sostanza sono le stesse in direzioni diverse, cioè le sostanze vetrose (amorfe) sono isotrope.

Tutti i cristalli sono caratterizzati da anisotropia. Nei cristalli, le distanze tra gli atomi sono ordinate, ma il grado di ordine può essere diverso in direzioni diverse, il che porta a una differenza nelle proprietà della sostanza cristallina in direzioni diverse. Viene chiamata la dipendenza delle proprietà di una sostanza cristallina dalla direzione nel suo reticolo anisotropia proprietà. L'anisotropia si manifesta quando si misurano caratteristiche sia fisiche che meccaniche e di altro tipo. Ci sono proprietà (densità, capacità termica) che non dipendono dalla direzione nel cristallo. La maggior parte delle caratteristiche dipendono dalla scelta della direzione.

È possibile misurare le proprietà di oggetti che hanno un certo volume materiale: dimensioni: da pochi millimetri a decine di centimetri. Questi oggetti con una struttura identica alla cellula cristallina sono chiamati cristalli singoli.

L'anisotropia delle proprietà si manifesta nei monocristalli ed è praticamente assente in una sostanza policristallina costituita da tanti piccoli cristalli orientati casualmente. Pertanto, le sostanze policristalline sono chiamate quasi isotropiche.

La cristallizzazione dei polimeri, le cui molecole possono essere disposte in modo ordinato con la formazione di strutture supramolecolari sotto forma di fasci, bobine (globuli), fibrille, ecc., avviene in un determinato intervallo di temperatura. La complessa struttura delle molecole e dei loro aggregati determina il comportamento specifico dei polimeri al riscaldamento. Non possono passare allo stato liquido a bassa viscosità, non hanno uno stato gassoso. In forma solida, i polimeri possono trovarsi in stati vetrosi, altamente elastici e viscosi. I polimeri con molecole lineari o ramificate possono passare da uno stato all'altro con un cambiamento di temperatura, che si manifesta nel processo di deformazione del polimero. Sulla fig. 9 mostra la dipendenza della deformazione dalla temperatura.

Riso. 9 Curva termomeccanica del polimero amorfo: t c , t t, t p - rispettivamente temperatura di transizione vetrosa, fluidità e inizio della decomposizione chimica; I - III - zone rispettivamente di uno stato vetroso, altamente elastico e viscoso; Δ l- deformazione.

La struttura spaziale della disposizione delle molecole determina solo lo stato vetroso del polimero. A basse temperature, tutti i polimeri si deformano elasticamente (Fig. 9, zona I). Al di sopra della temperatura di transizione vetrosa t c un polimero amorfo con struttura lineare passa in uno stato altamente elastico ( zona II), e la sua deformazione negli stati vetrosi e altamente elastici è reversibile. Riscaldamento sopra il punto di scorrimento t t trasforma il polimero in uno stato viscoso ( zona III). La deformazione del polimero allo stato viscoso è irreversibile. Un polimero amorfo con una struttura spaziale (rete, reticolata) non ha uno stato viscoso, la regione di temperatura dello stato altamente elastico si espande alla temperatura di decomposizione del polimero t R. Questo comportamento è tipico per i materiali in gomma.

La temperatura di una sostanza in qualsiasi stato aggregato caratterizza l'energia cinetica media delle sue particelle (atomi e molecole). Queste particelle nei corpi hanno principalmente l'energia cinetica dei moti oscillatori rispetto al centro di equilibrio, dove l'energia è minima. Quando viene raggiunta una certa temperatura critica, il materiale solido perde la sua forza (stabilità) e si scioglie, e il liquido si trasforma in vapore: bolle ed evapora. Queste temperature critiche sono i punti di fusione e di ebollizione.

Quando un materiale cristallino viene riscaldato a una certa temperatura, le molecole si muovono così vigorosamente che i legami rigidi nel polimero si rompono e i cristalli vengono distrutti - passano allo stato liquido. La temperatura alla quale cristalli e liquido sono in equilibrio è chiamata punto di fusione del cristallo o punto di solidificazione del liquido. Per lo iodio, questa temperatura è di 114 o C.

Tutti elemento chimico ha il suo punto di fusione t pl che separa l'esistenza di un solido e di un liquido e il punto di ebollizione t kip, corrispondente alla transizione del liquido in gas. A queste temperature, le sostanze sono dentro equilibrio termodinamico. Un cambiamento nello stato di aggregazione può essere accompagnato da un cambiamento simile a un salto nell'energia libera, nell'entropia, nella densità e altri. quantità fisiche.

Per descrivere i vari stati in la fisica utilizza un concetto più ampio fase termodinamica. I fenomeni che descrivono le transizioni da una fase all'altra sono detti critici.

Quando riscaldate, le sostanze subiscono trasformazioni di fase. Quando fuso (1083 o C), il rame si trasforma in un liquido in cui gli atomi hanno solo un ordine a corto raggio. Alla pressione di 1 atm, il rame bolle a 2310 ° C e si trasforma in rame gassoso con atomi di rame disposti casualmente. Al punto di fusione, le pressioni del vapore saturo del cristallo e del liquido sono uguali.

Il materiale nel suo insieme è un sistema.

Sistema- un gruppo di sostanze combinate fisico, interazioni chimiche o meccaniche. fase detta parte omogenea del sistema, separata dalle altre parti interfacce fisiche (in ghisa: grafite + grani di ferro; in acqua ghiacciata: ghiaccio + acqua).Componenti i sistemi sono diverse fasi che si formano questo sistema. Componenti del sistema- sono sostanze che costituiscono tutte le fasi (componenti) di questo sistema.

I materiali costituiti da due o più fasi sono disperso sistemi. I sistemi dispersi sono divisi in sol, il cui comportamento ricorda il comportamento dei liquidi, e gel con le proprietà caratteristiche dei solidi. Nei sol il mezzo di dispersione in cui è distribuita la sostanza è liquido; nei gel predomina la fase solida. I gel sono metallo semicristallino, cemento, una soluzione di gelatina in acqua a bassa temperatura (ad alta temperatura, la gelatina si trasforma in un sol). Un idrolato è una dispersione nell'acqua, un aerosol è una dispersione nell'aria.

Diagrammi di stato.

In un sistema termodinamico, ogni fase è caratterizzata da parametri come la temperatura T, concentrazione insieme a e pressione R. Per descrivere le trasformazioni di fase, viene utilizzata una singola caratteristica energetica: l'energia libera di Gibbs ΔG(potenziale termodinamico).

La termodinamica nella descrizione delle trasformazioni si limita alla considerazione dello stato di equilibrio. stato di equilibrio sistema termodinamico è caratterizzato da invariabilità parametri termodinamici(temperature e concentrazioni, come nei trattamenti tecnologici R= const) nel tempo e l'assenza di flussi di energia e materia in esso - con la costanza delle condizioni esterne. Equilibrio di fase- stato di equilibrio di un sistema termodinamico costituito da due o di più fasi.

Per descrizione matematica esistono condizioni di equilibrio del sistema regola di fase data da Gibbs. Collega il numero di fasi (F) e componenti (K) in un sistema di equilibrio con la varianza del sistema, cioè il numero di gradi di libertà termodinamici (C).

Il numero di gradi di libertà termodinamici (varianza) di un sistema è il numero di variabili indipendenti come interne ( Composizione chimica fasi) ed esterno (temperatura), a cui possono essere assegnati vari valori arbitrari (in un certo intervallo) in modo che non appaiano nuove fasi e non scompaiano le vecchie fasi.

Equazione della regola di fase di Gibbs:

C \u003d K - F + 1.

In accordo con questa regola, in un sistema di due componenti (K = 2), sono possibili i seguenti gradi di libertà:

Per uno stato monofase (F = 1) C = 2, cioè è possibile modificare la temperatura e la concentrazione;

Per uno stato bifase (F = 2) C = 1, cioè è possibile modificare un solo parametro esterno (ad esempio temperatura);

Per uno stato trifase, il numero di gradi di libertà è zero, cioè è impossibile modificare la temperatura senza disturbare l'equilibrio nel sistema (il sistema è invariante).

Ad esempio, per un metallo puro (K = 1) durante la cristallizzazione, quando sono presenti due fasi (F = 2), il numero di gradi di libertà è zero. Ciò significa che la temperatura di cristallizzazione non può essere modificata finché il processo non termina e rimane una fase: un cristallo solido. Dopo la fine della cristallizzazione (F = 1), il numero di gradi di libertà è 1, quindi puoi cambiare la temperatura, cioè raffreddare il solido senza disturbare l'equilibrio.

Il comportamento dei sistemi in funzione della temperatura e della concentrazione è descritto da un diagramma di stato. Il diagramma di stato dell'acqua è quindi un sistema con una componente H 2 O numero più grande ci sono tre fasi che possono essere contemporaneamente in equilibrio (Fig. 10). Queste tre fasi sono liquido, ghiaccio, vapore. Il numero di gradi di libertà in questo caso è uguale a zero, cioè è impossibile modificare né la pressione né la temperatura in modo che nessuna delle fasi scompaia. ghiaccio normale, acqua liquida e il vapore acqueo può esistere in equilibrio contemporaneamente solo ad una pressione di 0,61 kPa e una temperatura di 0,0075°C. Il punto in cui le tre fasi convivono è detto punto triplo ( o).

Curva Sistema operativo separa le regioni di vapore e liquido e rappresenta la dipendenza della pressione del vapore acqueo saturo dalla temperatura. La curva OC mostra quei valori correlati di temperatura e pressione ai quali l'acqua liquida e il vapore acqueo sono in equilibrio tra loro, quindi è chiamata curva di equilibrio liquido-vapore o curva di ebollizione.

Fig 10 Diagramma dello stato dell'acqua

Curva OV separa la regione liquida da quella ghiacciata. È una curva di equilibrio solido-liquido ed è chiamata curva di fusione. Questa curva mostra quelle coppie correlate di temperature e pressioni alle quali il ghiaccio e l'acqua liquida sono in equilibrio.

Curva OAè chiamata curva di sublimazione e mostra le coppie interconnesse di valori di pressione e temperatura a cui il ghiaccio e il vapore acqueo sono in equilibrio.

Un diagramma di stato è un modo visivo per rappresentare le regioni di esistenza di varie fasi a seconda delle condizioni esterne, come la pressione e la temperatura. I diagrammi di stato sono utilizzati attivamente nella scienza dei materiali nelle varie fasi tecnologiche dell'ottenimento di un prodotto.

Un liquido si differenzia da un corpo solido cristallino per bassi valori di viscosità (attrito interno delle molecole) e alti valori di fluidità (il reciproco della viscosità). Un liquido è costituito da molti aggregati di molecole, all'interno delle quali le particelle sono disposte in un certo ordine, simile all'ordine dei cristalli. La natura delle unità strutturali e dell'interazione interparticellare determina le proprietà del liquido. Esistono liquidi: monoatomici (gas nobili liquefatti), molecolari (acqua), ionici (sali fusi), metallici (metalli fusi), semiconduttori liquidi. Nella maggior parte dei casi, un liquido non è solo uno stato di aggregazione, ma anche una fase termodinamica (liquida).

Le sostanze liquide sono molto spesso soluzioni. Soluzione omogenea, ma non una sostanza chimicamente pura, è costituita da un soluto e da un solvente (esempi di solvente sono acqua o solventi organici: dicloroetano, alcool, tetracloruro di carbonio, ecc.), quindi è una miscela di sostanze. Un esempio è una soluzione di alcol in acqua. Tuttavia, le soluzioni sono anche miscele di sostanze gassose (ad esempio aria) o solide (leghe metalliche).

Dopo il raffreddamento in condizioni di bassa velocità di formazione di centri di cristallizzazione e un forte aumento della viscosità, può verificarsi uno stato vetroso. I vetri sono materiali solidi isotropi ottenuti mediante il superraffreddamento di composti organici e inorganici fusi.

Sono note molte sostanze il cui passaggio da uno stato cristallino a un liquido isotropo avviene attraverso uno stato intermedio di cristallo liquido. È caratteristico delle sostanze le cui molecole sono sotto forma di lunghe aste (bastoncini) con una struttura asimmetrica. Tale transizioni di fase, accompagnato da effetti termici, provocano un brusco cambiamento delle proprietà meccaniche, ottiche, dielettriche e di altro tipo.

cristalli liquidi, come un liquido, possono assumere la forma di una goccia allungata o la forma di un vaso, hanno un'elevata fluidità e sono in grado di fondersi. Sono ampiamente utilizzati in vari campi della scienza e della tecnologia. Le loro proprietà ottiche dipendono fortemente da piccoli cambiamenti nelle condizioni esterne. Questa funzione è utilizzata nei dispositivi elettro-ottici. In particolare, i cristalli liquidi sono utilizzati nella fabbricazione di orologi elettronici, apparecchiature visive, ecc.

Tra i principali stati di aggregazione c'è plasma- gas parzialmente o totalmente ionizzato. Secondo il metodo di formazione, si distinguono due tipi di plasma: termico, che si verifica quando un gas viene riscaldato a temperature elevate, e gassoso, che si forma quando scariche elettriche in un ambiente gassoso.

I processi plasmachimici hanno preso un posto fisso in numerosi rami della tecnologia. Sono usati per tagliare e saldare metalli refrattari, sintetizzare varie sostanze, fanno largo uso di sorgenti luminose al plasma, e l'uso del plasma in termonucleari centrali elettriche eccetera.

In questa sezione, esamineremo stati aggregati, in cui risiede la materia che ci circonda e le forze di interazione tra particelle di materia, caratteristica di ciascuno degli stati aggregati.

1. Stato solido,

2. stato liquido e

3. stato gassoso.

Spesso si distingue un quarto stato di aggregazione - plasma.

A volte, lo stato plasmatico è considerato uno dei tipi di stato gassoso.

Plasma: gas parzialmente o completamente ionizzato, più spesso presente ad alte temperature.

Plasmaè lo stato più comune della materia nell'universo, poiché la materia delle stelle è in questo stato.

Per tutti stato di aggregazione caratteristiche nella natura dell'interazione tra le particelle di una sostanza, che influisce sulle sue proprietà fisiche e chimiche.

Ogni sostanza può trovarsi in diversi stati di aggregazione. A temperature sufficientemente basse, tutte le sostanze sono all'interno stato solido. Ma quando si scaldano, diventano liquidi, poi gas. Dopo un ulteriore riscaldamento, si ionizzano (gli atomi perdono alcuni dei loro elettroni) e passano allo stato plasma.

Gas

stato gassoso(dall'olandese. gas, risale ad altro greco. Χάος ) caratterizzato da legami molto deboli tra le sue particelle costituenti.

Le molecole o gli atomi che formano il gas si muovono in modo casuale e, allo stesso tempo, si trovano a grandi distanze (rispetto alle loro dimensioni) per la maggior parte del tempo. In tal modo le forze di interazione tra le particelle di gas sono trascurabili.

La caratteristica principale del gasè che riempie tutto lo spazio disponibile senza formare una superficie. I gas si mescolano sempre. Il gas è una sostanza isotropa, cioè le sue proprietà non dipendono dalla direzione.

In assenza di gravità pressione lo stesso in tutti i punti del gas. Nel campo delle forze gravitazionali, densità e pressione non sono le stesse in ogni punto, diminuendo con l'altezza. Di conseguenza, nel campo di gravità, la miscela di gas diventa disomogenea. gas pesanti tendono a stabilirsi sempre più in basso polmoni- salire.

Il gas ha un'elevata comprimibilità- quando la pressione aumenta, la sua densità aumenta. Quando la temperatura aumenta, si espandono.

Quando viene compresso, un gas può trasformarsi in un liquido., ma la condensazione non avviene a nessuna temperatura, ma a una temperatura inferiore alla temperatura critica. La temperatura critica è una caratteristica di un particolare gas e dipende dalle forze di interazione tra le sue molecole. Quindi, per esempio, il gas elio può essere liquefatto solo a temperature inferiori 4.2K.

Ci sono gas che, una volta raffreddati, passano in un corpo solido, bypassando la fase liquida. La trasformazione di un liquido in un gas si chiama evaporazione e si chiama la trasformazione diretta di un solido in un gas sublimazione.

Solido

Stato solido rispetto ad altri stati di aggregazione caratterizzato da stabilità di forma.

Distinguere cristallino e solidi amorfi.

Stato cristallino della materia

La stabilità della forma dei solidi è dovuta al fatto che la maggior parte dei solidi ha struttura cristallina.

In questo caso, le distanze tra le particelle della sostanza sono piccole e le forze di interazione tra loro sono grandi, il che determina la stabilità della forma.

È facile verificare la struttura cristallina di molti solidi scindendo un pezzo di materia ed esaminando la frattura risultante. Di solito, in una pausa (ad esempio, nello zucchero, nello zolfo, nei metalli, ecc.), sono chiaramente visibili piccole facce di cristallo posizionate ad angoli diversi, luccicanti per il diverso riflesso della luce da parte loro.

Nei casi in cui i cristalli sono molto piccoli, la struttura cristallina della sostanza può essere stabilita utilizzando un microscopio.

Forme di cristallo

Ogni sostanza si forma cristalli forma perfettamente definita.

La varietà delle forme cristalline può essere riassunta in sette gruppi:

1. Triclinico(parallelepipedo),

2.Monoclinico(prisma con un parallelogramma alla base),

3. Rombico (cuboide),

4. tetragonale(parallelepipedo rettangolare con un quadrato alla base),

5. Trigonale,

6. Esagonale(prisma con la base di destra centrata
esagono),

7. cubo(cubo).

Molte sostanze, in particolare ferro, rame, diamante, cloruro di sodio, si cristallizzano all'interno sistema cubico. Le forme più semplici di questo sistema sono cubo, ottaedro, tetraedro.

Magnesio, zinco, ghiaccio, quarzo si cristallizzano sistema esagonale. Le forme principali di questo sistema sono prismi esagonali e bipiramide.

I cristalli naturali, così come i cristalli ottenuti artificialmente, raramente corrispondono esattamente a forme teoriche. Solitamente, quando la sostanza fusa solidifica, i cristalli crescono insieme e quindi la forma di ciascuno di essi non è del tutto corretta.

Tuttavia, non importa quanto in modo non uniforme si sviluppi il cristallo, non importa quanto sia distorta la sua forma, gli angoli a cui le facce del cristallo convergono nella stessa sostanza rimangono costanti.

Anisotropia

Le caratteristiche dei corpi cristallini non si limitano alla forma dei cristalli. Sebbene la sostanza in un cristallo sia perfettamente omogenea, molte delle sue proprietà fisiche - forza, conducibilità termica, relazione con la luce, ecc. - non sono sempre le stesse nelle varie direzioni all'interno del cristallo. Questa importante caratteristica delle sostanze cristalline è chiamata anisotropia.

Struttura interna dei cristalli. Reticoli cristallini.

La forma esterna di un cristallo riflette la sua struttura interna ed è dovuta alla corretta disposizione delle particelle che compongono il cristallo - molecole, atomi o ioni.

Questa disposizione può essere rappresentata come reticolo cristallino- una cornice spaziale formata da linee rette intersecanti. Nei punti di intersezione delle linee - nodi reticolari sono i centri delle particelle.

A seconda della natura delle particelle situate nei nodi del reticolo cristallino e di quali forze di interazione tra loro prevalgono in un dato cristallo, si distinguono i seguenti tipi reticoli cristallini:

1. molecolare,

2. atomico,

3. ionico e

4. metallo.

I reticoli molecolari e atomici sono inerenti alle sostanze con legame covalente, ionici - composti ionici, metallici - metalli e loro leghe.

Reticoli cristallini atomici

Ai nodi dei reticoli atomici ci sono gli atomi. Sono collegati tra loro legame covalente.

Ci sono relativamente poche sostanze che hanno reticoli atomici. Appartengono a diamante, silicio e alcuni no composti organici.

Queste sostanze sono caratterizzate da elevata durezza, sono refrattarie e praticamente insolubili in qualsiasi solvente. Queste proprietà sono dovute alla loro durata. legame covalente.

Reticoli cristallini molecolari

Le molecole si trovano ai nodi dei reticoli molecolari. Sono collegati tra loro forze intermolecolari.

Ci sono molte sostanze con un reticolo molecolare. Appartengono a non metalli, ad eccezione del carbonio e del silicio, tutti composti organici con legame non ionico e molti composti inorganici.

Le forze dell'interazione intermolecolare sono molto più deboli delle forze dei legami covalenti, quindi i cristalli molecolari hanno una bassa durezza, fusibili e volatili.

Reticoli cristallini ionici

Nei nodi dei reticoli ionici si trovano ioni caricati positivamente e negativamente, alternati. Sono collegati tra loro da forze attrazione elettrostatica.

I composti ionici che formano reticoli ionici includono la maggior parte dei sali e un piccolo numero di ossidi.

Per forza reticoli ionici inferiore all'atomico, ma superiore al molecolare.

I composti ionici hanno punti di fusione relativamente alti. La loro volatilità nella maggior parte dei casi non è eccezionale.

Reticoli cristallini metallici

Ai nodi dei reticoli metallici ci sono atomi di metallo, tra i quali gli elettroni comuni a questi atomi si muovono liberamente.

La presenza elettroni liberi nei reticoli cristallini dei metalli si possono spiegare molte delle loro proprietà: plasticità, malleabilità, lucentezza metallica, elevata conducibilità elettrica e termica

Ci sono sostanze nei cui cristalli giocano un ruolo significativo due tipi di interazioni tra le particelle. Quindi, nella grafite, gli atomi di carbonio sono collegati tra loro nelle stesse direzioni. legame covalente, e in altri metallico. Pertanto, il reticolo di grafite può anche essere considerato come nucleare, E come metallo.

In molti composti inorganici, ad esempio, in BeO, ZnS, CuCl, la connessione tra le particelle situate nei siti del reticolo è parziale ionico, e in parte covalente. Pertanto, i reticoli di tali composti possono essere considerati intermedi tra ionico e atomico.

Stato amorfo della materia

Proprietà delle sostanze amorfe

Tra i corpi solidi ci sono quelli in cui non si trovano segni di cristalli nella frattura. Ad esempio, se dividi un pezzo di vetro ordinario, la sua rottura sarà liscia e, a differenza delle rotture dei cristalli, sarà limitata non da superfici piatte, ma ovali.

Un'immagine simile si osserva quando si dividono pezzi di resina, colla e altre sostanze. Questo stato della materia è chiamato amorfo.

Differenze tra cristallino e amorfo corpi è particolarmente pronunciato nella loro relazione con il riscaldamento.

Mentre i cristalli di ciascuna sostanza si fondono a una temperatura rigorosamente definita e alla stessa temperatura si verifica una transizione da uno stato liquido a uno solido, i corpi amorfi non hanno un punto di fusione costante. Quando riscaldato, il corpo amorfo si ammorbidisce gradualmente, inizia a diffondersi e, infine, diventa completamente liquido. Una volta raffreddato, anche gradualmente si indurisce.

A causa della mancanza di un punto di fusione specifico, i corpi amorfi hanno una diversa capacità: molti di loro scorrono come liquidi, cioè. con l'azione prolungata di forze relativamente piccole, cambiano gradualmente la loro forma. Ad esempio, un pezzo di resina posto su una superficie piana si stende in una stanza calda per diverse settimane, assumendo la forma di un disco.

La struttura delle sostanze amorfe

Differenze tra cristallino e amorfo lo stato della materia è il seguente.

Disposizione ordinata delle particelle in un cristallo, riflessa dalla cellula unitaria, è conservata in ampie aree di cristalli e, nel caso di cristalli ben formati - nella loro interezza.

Nei corpi amorfi si osserva solo l'ordine nella disposizione delle particelle in aree molto piccole. Inoltre, in un certo numero di corpi amorfi anche questo ordinamento locale è solo approssimativo.

Questa differenza può essere riassunta come segue:

• la struttura cristallina è caratterizzata da un ordine a lungo raggio,
• struttura di corpi amorfi - vicino.

Esempi di sostanze amorfe.

Le sostanze amorfe stabili includono bicchiere(artificiali e vulcanici), naturali e artificiali resine, colle, paraffina, cera e così via.

Passaggio da uno stato amorfo a uno cristallino.

Alcune sostanze possono trovarsi sia in stato cristallino che amorfo. Biossido di silicio SiO 2 si presenta in natura sotto forma di ben formato cristalli di quarzo, nonché allo stato amorfo ( minerale di selce).

in cui lo stato cristallino è sempre più stabile. Pertanto, una transizione spontanea da una sostanza cristallina a una amorfa è impossibile, ed è possibile e talvolta osservata la trasformazione inversa - una transizione spontanea da uno stato amorfo a uno cristallino.

Un esempio di tale trasformazione è devitrificazione- cristallizzazione spontanea del vetro a temperature elevate, accompagnata dalla sua distruzione.

stato amorfo molte sostanze si ottengono ad un'elevata velocità di solidificazione (raffreddamento) del liquido fuso.

Per metalli e leghe stato amorfo si forma, di regola, se il fuso viene raffreddato per un tempo dell'ordine di frazioni o decine di millisecondi. Per gli occhiali è sufficiente una velocità di raffreddamento molto più bassa.

Quarzo (SiO2) ha anche una bassa velocità di cristallizzazione. Pertanto, i prodotti che ne derivano sono amorfi. Tuttavia, il quarzo naturale, che ha avuto centinaia e migliaia di anni per cristallizzarsi quando la crosta terrestre o gli strati profondi dei vulcani si sono raffreddati, ha una struttura a grana grossa, in contrasto con il vetro vulcanico, che si è congelato in superficie ed è quindi amorfo.

Liquidi

Il liquido è uno stato intermedio tra un solido e un gas.

stato liquidoè intermedio tra gassoso e cristallino. Secondo alcune proprietà, i liquidi sono vicini gas, secondo altri - a corpi solidi.

Con i gas, i liquidi sono riuniti, prima di tutto, dal loro isotropia e fluidità. Quest'ultimo determina la capacità del liquido di cambiare facilmente forma.

Tuttavia alta densità e bassa comprimibilità liquidi li avvicina corpi solidi.

La capacità dei liquidi di cambiare facilmente la loro forma indica l'assenza di forze dure di interazione intermolecolare in essi.

Allo stesso tempo, la bassa comprimibilità dei liquidi, che determina la capacità di mantenere un volume costante ad una data temperatura, indica la presenza, seppur non rigida, di forze di interazione tra le particelle comunque significative.

Il rapporto tra potenziale e energia cinetica.

Ogni stato di aggregazione è caratterizzato da un proprio rapporto tra le energie potenziali e cinetiche delle particelle di materia.

Nei solidi, l'energia potenziale media delle particelle è maggiore della loro energia cinetica media. Pertanto, nei solidi, le particelle occupano determinate posizioni l'una rispetto all'altra e oscillano solo rispetto a queste posizioni.

Per i gas, il rapporto energetico è invertito, per cui le molecole di gas sono sempre in uno stato di moto caotico e non ci sono praticamente forze di coesione tra le molecole, per cui il gas occupa sempre l'intero volume a lui fornito.

Nel caso dei liquidi, le energie cinetiche e potenziali delle particelle sono approssimativamente le stesse, cioè. le particelle sono collegate tra loro, ma non rigidamente. Pertanto, i liquidi sono fluidi, ma hanno un volume costante a una data temperatura.

Le strutture dei liquidi e dei corpi amorfi sono simili.

Come risultato dell'applicazione dei metodi di analisi strutturale ai liquidi, si è riscontrato che la struttura i liquidi sono come corpi amorfi. La maggior parte dei liquidi ha ordine a corto raggioè il numero di vicini più vicini per ciascuna molecola e la loro disposizione reciproca approssimativamente lo stesso per tutto il volume del liquido.

Il grado di ordinamento delle particelle in liquidi diversi è diverso. Inoltre, cambia con la temperatura.

A basse temperature, leggermente superiori al punto di fusione di una data sostanza, il grado di ordine nella disposizione delle particelle di un determinato liquido è elevato.

Quando la temperatura aumenta, diminuisce e man mano che il liquido si riscalda, le proprietà del liquido si avvicinano sempre di più alle proprietà del gas. Quando viene raggiunta la temperatura critica, la distinzione tra liquido e gas scompare.

A causa della somiglianza nella struttura interna dei liquidi e dei corpi amorfi, questi ultimi sono spesso considerati liquidi con una viscosità molto elevata e solo le sostanze allo stato cristallino sono classificate come solide.

Paragonare corpi amorfi liquidi, tuttavia, va ricordato che nei corpi amorfi, a differenza dei liquidi ordinari, le particelle hanno una leggera mobilità, la stessa dei cristalli.

DEFINIZIONE

Sostanza- è una collezione un largo numero particelle (atomi, molecole o ioni).

Le sostanze hanno una struttura complessa. Le particelle nella materia interagiscono tra loro. La natura dell'interazione delle particelle in una sostanza determina il suo stato di aggregazione.

Tipi di stati aggregati

Si distinguono i seguenti stati di aggregazione: solido, liquido, gassoso, plasma.

Allo stato solido, le particelle, di regola, sono combinate in una struttura geometrica regolare. L'energia di legame delle particelle è maggiore dell'energia delle loro vibrazioni termiche.

Se la temperatura corporea viene aumentata, l'energia delle oscillazioni termiche delle particelle aumenta. Ad una certa temperatura, l'energia delle vibrazioni termiche diventa maggiore dell'energia di legame. A questa temperatura, i legami tra le particelle vengono distrutti e formati di nuovo. In questo caso, le particelle eseguono vari tipi di movimenti (oscillazioni, rotazioni, spostamenti l'uno rispetto all'altro, ecc.). Tuttavia, sono ancora in contatto tra loro. La struttura geometrica corretta è rotta. La sostanza è allo stato liquido.

Con un ulteriore aumento della temperatura, le fluttuazioni termiche si intensificano, i legami tra le particelle diventano ancora più deboli e praticamente assenti. La sostanza è allo stato gassoso. Il modello più semplice della materia è un gas ideale, in cui si presume che le particelle si muovano liberamente in qualsiasi direzione, interagiscano tra loro solo al momento delle collisioni, mentre le leggi dell'impatto elastico sono soddisfatte.

Si può concludere che all'aumentare della temperatura la sostanza passa da una struttura ordinata a uno stato disordinato.

Il plasma è sostanza gassosa, costituito da una miscela di particelle neutre di ioni ed elettroni.

Temperatura e pressione nei diversi stati della materia

Diversi stati aggregati della materia determinano: temperatura e pressione. Bassa pressione e alta temperatura corrispondono ai gas. A basse temperature, di solito la sostanza è allo stato solido. Le temperature intermedie si riferiscono a sostanze allo stato liquido. Il diagramma di fase viene spesso utilizzato per caratterizzare gli stati aggregati di una sostanza. Questo è un diagramma che mostra la dipendenza dello stato di aggregazione dalla pressione e dalla temperatura.

La caratteristica principale dei gas è la loro capacità di espansione e comprimibilità. I gas non hanno una forma, prendono la forma del recipiente in cui sono posti. Il volume del gas determina il volume della nave. I gas possono mescolarsi tra loro in qualsiasi proporzione.

Il liquido non ha forma, ma ha volume. I liquidi si comprimono male, solo ad alta pressione.

I solidi hanno forma e volume. Allo stato solido possono esserci composti con legami metallici, ionici e covalenti.

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Esercizio

Disegna un diagramma di fase degli stati per una sostanza astratta. Spiega il suo significato.

Decisione

Facciamo un disegno. Il diagramma di stato è mostrato in Fig.1. È costituito da tre aree che corrispondono allo stato cristallino (solido) della materia, allo stato liquido e gassoso. Queste aree sono separate da curve che indicano i confini di processi reciprocamente inversi: 01 - fusione - cristallizzazione; 02 - ebollizione - condensazione; 03 - sublimazione - desublimazione. Il punto di intersezione di tutte le curve (O) è un punto triplo. A questo punto, la materia può esistere in tre stati di aggregazione. Se la temperatura della sostanza è superiore a quella critica () (punto 2), l'energia cinetica delle particelle è maggiore energia potenziale loro interazioni, a tali temperature la sostanza diventa un gas a qualsiasi pressione. A partire dal diagramma di fase si può vedere che se la pressione è maggiore di , all'aumentare della temperatura il solido fonde. Dopo la fusione, un aumento della pressione porta ad un aumento del punto di ebollizione. Se la pressione è inferiore a , allora un aumento della temperatura del solido porta al suo passaggio direttamente allo stato gassoso (sublimazione) (punto G).

ESEMPIO 2

Esercizio

Ci spieghi cosa distingue uno stato di aggregazione da un altro?

Decisione

In vari stati di aggregazione, gli atomi (molecole) hanno disposizioni diverse. Quindi gli atomi (molecole o ioni) dei reticoli cristallini sono disposti in modo ordinato, possono fare piccole vibrazioni attorno alle posizioni di equilibrio. Le molecole di gas sono in uno stato disordinato e possono spostarsi a distanze considerevoli. Inoltre, l'energia interna di sostanze in diversi stati aggregati (per le stesse masse di materia) a diverse temperature diverso. I processi di transizione da uno stato di aggregazione all'altro sono accompagnati da un cambiamento di energia interna. La transizione: solido - liquido - gas, significa un aumento dell'energia interna, poiché c'è un aumento dell'energia cinetica del movimento delle molecole.

Tutta la materia può esistere in una delle quattro forme. Ciascuno di essi è un certo stato aggregato della materia. Nella natura della Terra, solo uno è rappresentato in tre di essi contemporaneamente. Questa è acqua. È facile vederlo evaporato, sciolto e indurito. Questo è vapore, acqua e ghiaccio. Gli scienziati hanno imparato a modificare gli stati aggregati della materia. La più grande difficoltà per loro è solo il plasma. Questo stato richiede condizioni speciali.

Che cos'è, da cosa dipende e come si caratterizza?

Se il corpo è passato in un altro stato aggregato della materia, ciò non significa che sia apparso qualcos'altro. La sostanza rimane la stessa. Se il liquido avesse molecole d'acqua, lo stesso sarà in vapore con ghiaccio. Solo la loro posizione, velocità di movimento e forze di interazione reciproca cambieranno.

Quando si studia l'argomento "Stati aggregati (Grado 8)", ne vengono presi in considerazione solo tre. Questi sono liquidi, gas e solidi. Le loro manifestazioni dipendono dalle condizioni fisiche. ambiente. Le caratteristiche di questi stati sono presentate nella tabella.

Nome dello stato aggregato	solido	liquido	gas
Le sue proprietà	mantiene la sua forma con il volume	ha un volume costante, assume la forma di un vaso	non ha volume e forma costanti
Disposizione delle molecole	ai nodi del reticolo cristallino	disordinato	caotico
Distanza tra loro	paragonabile alla dimensione delle molecole	approssimativamente uguale alla dimensione delle molecole	molto più grandi delle loro dimensioni.
Come si muovono le molecole	oscillare attorno ad un punto del reticolo	non muoverti dal punto di equilibrio, ma a volte fai grandi salti	irregolare con collisioni occasionali
Come interagiscono	fortemente attratto	fortemente attratti l'uno dall'altro	non vengono attratti, durante gli impatti si manifestano forze repulsive

Primo stato: solido

La sua differenza fondamentale dalle altre è che le molecole hanno un posto rigorosamente definito. Quando si parla di uno stato solido di aggregazione, il più delle volte significano cristalli. In essi, la struttura reticolare è simmetrica e rigorosamente periodica. Pertanto, viene sempre preservato, non importa quanto lontano si diffonderebbe il corpo. Moto oscillatorio non ci sono abbastanza molecole della sostanza per distruggere questo reticolo.

Ma ci sono anche corpi amorfi. Mancano di una struttura rigida nella disposizione degli atomi. Possono essere ovunque. Ma questo luogo è stabile come nel corpo cristallino. La differenza tra sostanze amorfe e cristalline è che non hanno una specifica temperatura di fusione (solidificazione) e sono caratterizzate da fluidità. Esempi vividi di tali sostanze sono il vetro e la plastica.

Secondo stato: liquido

Questo stato aggregato della materia è un incrocio tra un solido e un gas. Pertanto, combina alcune proprietà della prima e della seconda. Quindi, la distanza tra le particelle e la loro interazione è simile a quella dei cristalli. Ma ecco la posizione e il movimento più vicini al gas. Pertanto, il liquido non mantiene la sua forma, ma si diffonde sul recipiente in cui viene versato.

Terzo stato: gas

Per una scienza chiamata "fisica", lo stato di aggregazione sotto forma di gas non è all'ultimo posto. Perché sta studiando il mondo, e l'aria al suo interno è molto comune.

Le caratteristiche di questo stato sono che le forze di interazione tra le molecole sono praticamente assenti. Questo spiega la loro libera circolazione. A causa della quale la sostanza gassosa riempie l'intero volume fornitole. Inoltre, tutto può essere trasferito in questo stato, devi solo aumentare la temperatura della quantità desiderata.

Quarto stato: plasma

Questo stato aggregato della materia è un gas completamente o parzialmente ionizzato. Ciò significa che il numero di particelle caricate negativamente e positivamente al suo interno è quasi lo stesso. Questa situazione si verifica quando il gas viene riscaldato. Quindi c'è una forte accelerazione del processo di ionizzazione termica. Sta nel fatto che le molecole sono divise in atomi. Questi ultimi si trasformano poi in ioni.

All'interno dell'universo, un tale stato è molto comune. Perché contiene tutte le stelle e il mezzo tra di loro. entro i confini superficie terrestre si verifica estremamente raramente. A parte la ionosfera e il vento solare, il plasma è possibile solo durante i temporali. Nei lampi si creano condizioni in cui i gas dell'atmosfera passano al quarto stato della materia.

Ma questo non significa che il plasma non sia stato creato in laboratorio. La prima cosa che poteva essere riprodotta era una scarica di gas. Il plasma ora riempie le luci fluorescenti e le insegne al neon.

Come avviene la transizione tra gli stati?

Per fare ciò, è necessario creare determinate condizioni: una pressione costante e una temperatura specifica. In questo caso, un cambiamento negli stati aggregati di una sostanza è accompagnato dal rilascio o dall'assorbimento di energia. Inoltre, questa transizione non avviene alla velocità della luce, ma richiede un certo lasso di tempo. Durante questo periodo, le condizioni devono rimanere invariate. La transizione avviene con l'esistenza simultanea della materia in due forme, che mantengono l'equilibrio termico.

I primi tre stati della materia possono passare l'uno nell'altro. Ci sono processi diretti e processi inversi. Hanno i seguenti nomi:

• fusione(da solido a liquido) e cristallizzazione, ad esempio, lo scioglimento del ghiaccio e la solidificazione dell'acqua;
• vaporizzazione(da liquido a gassoso) e condensazione, un esempio è l'evaporazione dell'acqua e la sua produzione da vapore;
• sublimazione(da solido a gassoso) e desublimazione, ad esempio, l'evaporazione di una fragranza secca per il primo e di motivi gelidi sul vetro per il secondo.

Fisica della fusione e della cristallizzazione

Se un corpo solido viene riscaldato, allora a una certa temperatura, chiamato punto di fusione una determinata sostanza, inizierà un cambiamento nello stato di aggregazione, che prende il nome di fusione. Questo processo va con l'assorbimento di energia, che viene chiamato quantità di calore ed è contrassegnato dalla lettera Q. Per calcolarlo, devi sapere calore specifico di fusione, che è indicato λ . E la formula si presenta così:

Q=λ*m, dove m è la massa della sostanza coinvolta nella fusione.

Se si verifica il processo inverso, cioè la cristallizzazione del liquido, le condizioni si ripetono. L'unica differenza è che l'energia viene rilasciata e nella formula appare il segno meno.

Fisica della vaporizzazione e della condensazione

Con il riscaldamento continuo della sostanza, si avvicinerà gradualmente alla temperatura alla quale inizierà la sua evaporazione intensiva. Questo processo è chiamato vaporizzazione. È di nuovo caratterizzato dall'assorbimento di energia. Solo per calcolarlo, devi sapere calore specifico di vaporizzazione r. E la formula sarà:

Q=r*m.

Il processo inverso o condensazione avviene con il rilascio della stessa quantità di calore. Pertanto, nella formula appare di nuovo un meno.