Stat	Proprietăți
gazos	1. Capacitatea de a prelua volumul și forma vasului. 2. Compresibilitatea. 3. Difuzie rapidă (mișcare haotică a moleculelor). 4. E cinetic. > E oală.
	1. Capacitatea de a lua forma acelei părți a vasului pe care o ocupă substanța. 2. Incapacitatea de a se extinde până când vasul este plin. 3. Ușoară compresibilitate. 4. Difuzie lenta. 5. Fluiditate. 6. E cinetic. = E oală.
	1. Capacitatea de a menține forma și volumul adecvat. 2. Ușoară compresibilitate (sub presiune). 3. Difuzie foarte lentă datorită mișcărilor oscilatorii ale particulelor. 4. Lipsa de fluiditate. 5. E cinetic.< Е потенц.

Starea agregată a materiei este determinată de forțele care acționează între molecule, distanța dintre particule și natura mișcării lor.

ÎN solid particulele ocupă o anumită poziție unele față de altele. Are compresibilitate redusă, rezistență mecanică, deoarece moleculele nu au libertate de mișcare, ci doar vibrații. Moleculele, atomii sau ionii care formează un solid se numesc unități structurale. Solidele sunt împărțite în amorf si cristalin(Tabelul 27 ).

Tabelul 33

Caracteristici comparative ale substanțelor amorfe și cristaline

Substanţă	Caracteristică
amorf	1. Ordinea pe distanță scurtă a aranjamentului particulelor. 2. Izotropie proprietăți fizice. 3. Fără punct de topire specific. 4. Instabilitate termodinamică (aport mare de energie internă). 5. Fluiditate. Exemple: chihlimbar, sticlă, polimeri organici etc.
cristalin	1. Ordinea pe distanță lungă a aranjamentului particulelor. 2. Anizotropia proprietăților fizice. 3. Punct de topire specific. 4. Stabilitate termodinamică (energie internă mică). 5. Există elemente de simetrie. Exemple: metale, aliaje, săruri dure, carbon (diamant, grafit) etc.

Substantele cristaline se topesc la o temperatura strict definita (T pl), cele amorfe nu au un punct de topire pronuntat; la încălzire, se înmoaie (caracterizat printr-un interval de înmuiere) și trec în stare lichidă sau vâscoasă. Structura interna substanțe amorfe caracterizată printr-o aranjare aleatorie a moleculelor . Starea cristalină a materiei presupune aranjarea corectă în spațiu a particulelor care alcătuiesc cristalul și formarea cristalin (spațial)grătare. Caracteristica principală a corpurilor cristaline este lor anizotropie - neuniformitatea proprietăților (conductivitate termică, electrică, rezistență mecanică, viteză de dizolvare etc.) în diferite direcții, în timp ce corpurile amorfe izotrop .

Solidcristale- formațiuni tridimensionale caracterizate prin repetabilitate strictă a aceluiași element structural (celula elementară) în toate direcțiile. celulă elementară- reprezinta cel mai mic volum al unui cristal sub forma unui paralelipiped, repetat in cristal de un numar infinit de ori.

Parametrii de bază ai rețelei cristaline:

Energia rețelei cristaline (E cr. , kJ/mol) – aceasta este energia care se eliberează în timpul formării a 1 mol de cristal din microparticule (atomi, molecule, ioni) care se află în stare gazoasă și sunt separate între ele printr-o distanță care exclude interacțiunea lor.

constanta rețelei cristaline ( d , [ A 0 ]) – cea mai mică distanță dintre centrul a două particule dintr-un cristal conectat printr-o legătură chimică.

Număr de coordonare (c.h.) - numărul de particule care înconjoară particula centrală în spațiu, conectate cu aceasta printr-o legătură chimică.

Se numesc punctele în care se află particulele de cristal noduri de zăbrele

În ciuda varietății de forme de cristale, acestea pot fi clasificate. S-a introdus sistematizarea formelor cristaline A.V. Gadolin(1867), se bazează pe caracteristicile simetriei lor. În conformitate cu forma geometrică a cristalelor, sunt posibile următoarele sisteme (singonii): cubic, tetragonal, ortorombic, monoclinic, triclinic, hexagonal și romboedric (Fig. 18).

Aceeași substanță poate avea forme cristaline diferite, care diferă în structura internă și, prin urmare, în proprietățile fizico-chimice. Un astfel de fenomen se numește polimorfism . izomorfism – două substanţe de natură diferită formează cristale cu aceeaşi structură. Astfel de substanțe se pot înlocui între ele în rețeaua cristalină, formând cristale mixte.

Orez. 18. Sisteme de bază ale cristalelor.

În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de tipul de legături dintre acestea, cristalele sunt de patru tipuri: ionice, atomice, moleculare și metalice(orez . 19).

Orez. 19. Tipuri de cristale

Caracteristicile rețelelor cristaline sunt prezentate în tabel. 34.

Starea de agregare- aceasta este starea materiei într-un anumit interval de temperaturi și presiuni, caracterizată prin proprietăți: capacitate ( solid) sau incapacitatea (lichid, gaz) de a menține volumul și forma; prezența sau absența ordinii pe rază lungă (solid) sau pe rază scurtă (lichid) și a altor proprietăți.

O substanță poate fi în trei stări de agregare: solidă, lichidă sau gazoasă, în prezent este izolată o stare suplimentară de plasmă (ionică).

ÎN gazosÎn stare, distanța dintre atomi și moleculele unei substanțe este mare, forțele de interacțiune sunt mici, iar particulele, mișcându-se aleator în spațiu, au o energie cinetică mare care depășește energia potențială. Materialul în stare gazoasă nu are nici forma, nici volumul. Gazul umple tot spațiul disponibil. Această stare este tipică pentru substanțele cu densitate scăzută.

ÎN lichid starea, se păstrează doar ordinea pe rază scurtă a atomilor sau a moleculelor, atunci când în volumul unei substanțe apar periodic secțiuni separate cu un aranjament ordonat de atomi, cu toate acestea, orientarea reciprocă a acestor secțiuni este absentă. Ordinea de rază scurtă este instabilă și poate fie să dispară, fie să reapară sub acțiunea vibrațiilor termice ale atomilor. Moleculele unui lichid nu au o poziție definită și, în același timp, nu au libertate totală de mișcare. Materialul în stare lichidă nu are formă proprie, păstrează doar volum. Lichidul poate ocupa doar o parte din volumul vasului, dar curge liber pe întreaga suprafață a vasului. Starea lichidă este de obicei considerată intermediară între un solid și un gaz.

ÎN solid substanță, ordinea de aranjare a atomilor devine strict definită, ordonată în mod regulat, forțele de interacțiune ale particulelor sunt echilibrate reciproc, astfel încât corpurile își păstrează forma și volumul. Aranjarea ordonată regulat a atomilor în spațiu caracterizează stare cristalină, atomii formează o rețea cristalină.

Solidele au o structură amorfă sau cristalină. Pentru amorf Corpurile se caracterizează doar printr-o ordine cu rază scurtă de aranjare a atomilor sau moleculelor, o aranjare haotică a atomilor, moleculelor sau ionilor în spațiu. Exemple de corpuri amorfe sunt sticla, smoala și smoala, care par a fi în stare solidă, deși în realitate curg lent, ca un lichid. Corpurile amorfe, spre deosebire de cele cristaline, nu au un punct de topire definit. Corpurile amorfe ocupă o poziție intermediară între solidele cristaline și lichidele.

Majoritatea solidelor au cristalin o structură care se caracterizează printr-un aranjament ordonat de atomi sau molecule în spațiu. Structura cristalină se caracterizează printr-o ordine de lungă durată, când elementele structurii sunt repetate periodic; nu există o astfel de repetiție regulată în ordinea de scurtă durată. O trăsătură caracteristică a unui corp cristalin este capacitatea de a-și păstra forma. Un semn al unui cristal ideal, al cărui model este o rețea spațială, este proprietatea simetriei. Simetria este înțeleasă ca capacitatea teoretică a rețelei cristaline a unui solid de a fi combinată cu ea însăși atunci când punctele sale sunt oglindite dintr-un anumit plan, numit plan de simetrie. Simetria formei externe reflectă simetria structurii interne a cristalului. De exemplu, toate metalele au o structură cristalină, care se caracterizează prin două tipuri de simetrie: cubică și hexagonală.

În structurile amorfe cu o distribuție dezordonată a atomilor, proprietățile substanței sunt aceleași în direcții diferite, adică substanțele sticloase (amorfe) sunt izotrope.

Toate cristalele sunt caracterizate prin anizotropie. În cristale, distanțele dintre atomi sunt ordonate, dar gradul de ordine poate fi diferit în direcții diferite, ceea ce duce la o diferență în proprietățile substanței cristaline în direcții diferite. Dependența proprietăților unei substanțe cristaline de direcția în rețeaua sa se numește anizotropie proprietăți. Anizotropia se manifestă atunci când se măsoară atât caracteristici fizice, cât și mecanice și alte caracteristici. Există proprietăți (densitate, capacitate termică) care nu depind de direcția în cristal. Majoritatea caracteristicilor depind de alegerea direcției.

Este posibil să se măsoare proprietățile obiectelor care au un anumit volum de material: dimensiuni - de la câțiva milimetri la zeci de centimetri. Aceste obiecte cu o structură identică cu celula cristalină sunt numite monocristale.

Anizotropia proprietăților se manifestă în monocristale și este practic absentă într-o substanță policristalină constând din multe cristale mici orientate aleator. Prin urmare, substanțele policristaline sunt numite cvasiizotrope.

Cristalizarea polimerilor, ale căror molecule pot fi dispuse ordonat cu formarea de structuri supramoleculare sub formă de mănunchiuri, bobine (globuli), fibrile etc., are loc într-un anumit interval de temperatură. Structura complexă a moleculelor și agregatele acestora determină comportamentul specific al polimerilor la încălzire. Nu pot intra în stare lichidă cu vâscozitate scăzută, nu au stare gazoasă. În formă solidă, polimerii pot fi în stări sticloase, foarte elastice și vâscoase. Polimerii cu molecule liniare sau ramificate se pot schimba de la o stare la alta cu o schimbare a temperaturii, care se manifesta in procesul de deformare a polimerului. Pe fig. 9 arată dependența deformării de temperatură.

Orez. 9 Curba termomecanică a polimerului amorf: t c , t T, t p - temperatura de tranziție sticloasă, fluiditatea și, respectiv, începutul descompunerii chimice; I - III - zone de stare sticloasă, ​​înalt elastică și respectiv vâscoasă; Δ l- deformare.

Structura spațială a aranjamentului moleculelor determină doar starea sticloasă a polimerului. La temperaturi scăzute, toți polimerii se deformează elastic (Fig. 9, zona I). Peste temperatura de tranziție sticloasă t c un polimer amorf cu o structură liniară trece într-o stare foarte elastică ( zona II), iar deformarea sa în stările sticloase și foarte elastice este reversibilă. Încălzire peste punctul de curgere t t transformă polimerul într-o stare vâscoasă ( zona III). Deformarea polimerului în stare vâscoasă este ireversibilă. Un polimer amorf cu o structură spațială (rețea, reticulat) nu are o stare vâscoasă, regiunea de temperatură a stării foarte elastice se extinde la temperatura de descompunere a polimerului t R. Acest comportament este tipic pentru materialele de tip cauciuc.

Temperatura unei substanțe în orice stare agregată caracterizează energia cinetică medie a particulelor sale (atomi și molecule). Aceste particule din corpuri au în principal energia cinetică a mișcărilor oscilatorii în raport cu centrul de echilibru, unde energia este minimă. Când se atinge o anumită temperatură critică, materialul solid își pierde rezistența (stabilitatea) și se topește, iar lichidul se transformă în abur: fierbe și se evaporă. Aceste temperaturi critice sunt punctele de topire și de fierbere.

Când un material cristalin este încălzit la o anumită temperatură, moleculele se mișcă atât de puternic încât legăturile rigide din polimer sunt rupte și cristalele sunt distruse - trec în stare lichidă. Temperatura la care cristalele și lichidul sunt în echilibru se numește punctul de topire al cristalului sau punctul de solidificare a lichidului. Pentru iod, această temperatură este de 114 o C.

Fiecare element chimic are propriul punct de topire t pl separând existența unui solid și a unui lichid, și punctul de fierbere t kip, care corespunde trecerii lichidului în gaz. La aceste temperaturi, substanțele sunt în echilibru termodinamic. O schimbare a stării de agregare poate fi însoțită de o schimbare asemănătoare unui salt a energiei libere, entropiei, densității și altele. mărimi fizice.

Pentru a descrie diferitele stări în fizica folosește un concept mai larg faza termodinamica. Fenomenele care descriu tranzițiile de la o fază la alta sunt numite critice.

Când sunt încălzite, substanțele suferă transformări de fază. Când este topit (1083 o C), cuprul se transformă într-un lichid în care atomii au doar ordinul de rază scurtă. La o presiune de 1 atm, cuprul fierbe la 2310 ° C și se transformă în cupru gazos cu atomi de cupru dispuși la întâmplare. La punctul de topire, presiunile vaporilor saturați ai cristalului și lichidului sunt egale.

Materialul ca întreg este un sistem.

Sistem- un grup de substanțe combinate fizic, interacțiuni chimice sau mecanice. fază numită parte omogenă a sistemului, separată de alte părți interfețe fizice (în fontă: grafit + granule de fier; în apă cu gheață: gheață + apă).Componente sistemele sunt diferite faze care se formează acest sistem. Componentele sistemului- acestea sunt substanțe care formează toate fazele (componentele) acestui sistem.

Materialele formate din două sau mai multe faze sunt dispersat sisteme . Sistemele disperse sunt împărțite în soluri, al căror comportament seamănă cu comportamentul lichidelor și geluri cu proprietățile caracteristice solidelor. În sol, mediul de dispersie în care este distribuită substanța este lichid; în geluri predomină faza solidă. Gelurile sunt metal semi-cristalin, beton, o soluție de gelatină în apă la temperatură scăzută (la temperatură ridicată, gelatina se transformă într-un sol). Un hidrosol este o dispersie în apă, un aerosol este o dispersie în aer.

Diagrame de stări.

Într-un sistem termodinamic, fiecare fază este caracterizată de parametri precum temperatura T, concentrare din si presiune R. Pentru a descrie transformările de fază, se folosește o singură caracteristică energetică - energia liberă Gibbs ΔG(potenţial termodinamic).

Termodinamica în descrierea transformărilor se limitează la luarea în considerare a stării de echilibru. stare de echilibru sistemul termodinamic se caracterizează prin invariabilitate parametrii termodinamici(temperaturi și concentrații, ca în tratamentele tehnologice R= const) în timp și absența fluxurilor de energie și materie în el - cu constanța condițiilor externe. Echilibrul de faze- starea de echilibru a unui sistem termodinamic format din două sau Mai mult faze.

Pentru descriere matematică există condiții de echilibru a sistemului regula fazei dat de Gibbs. Ea conectează numărul de faze (F) și componente (K) dintr-un sistem de echilibru cu varianța sistemului, adică numărul de grade termodinamice de libertate (C).

Numărul de grade termodinamice de libertate (varianță) unui sistem este numărul de variabile independente ca interne ( compoziție chimică faze) și externe (temperatura), cărora li se pot da diverse valori arbitrare (într-un anumit interval), astfel încât să nu apară faze noi și să nu dispară fazele vechi.

Ecuația regulii fazei Gibbs:

C \u003d K - F + 1.

În conformitate cu această regulă, într-un sistem de două componente (K = 2), sunt posibile următoarele grade de libertate:

Pentru o stare monofazată (F = 1) C = 2, adică puteți modifica temperatura și concentrația;

Pentru o stare în două faze (F = 2) C = 1, adică puteți modifica doar un parametru extern (de exemplu, temperatura);

Pentru o stare trifazată, numărul de grade de libertate este zero, adică este imposibil să se schimbe temperatura fără a perturba echilibrul în sistem (sistemul este invariant).

De exemplu, pentru un metal pur (K = 1) în timpul cristalizării, când există două faze (F = 2), numărul de grade de libertate este zero. Aceasta înseamnă că temperatura de cristalizare nu poate fi modificată până când procesul se încheie și rămâne o fază - un cristal solid. După sfârșitul cristalizării (F = 1), numărul de grade de libertate este 1, deci puteți modifica temperatura, adică să răciți solidul fără a perturba echilibrul.

Comportarea sistemelor în funcție de temperatură și concentrație este descrisă printr-o diagramă de stare. Diagrama de stare a apei este un sistem cu o singură componentă H 2 O, prin urmare cel mai mare număr sunt trei faze care pot fi simultan în echilibru (Fig. 10). Aceste trei faze sunt lichid, gheață, abur. Numărul de grade de libertate în acest caz este egal cu zero, adică. este imposibil să schimbi nici presiunea, nici temperatura astfel încât niciuna dintre faze să nu dispară. gheață obișnuită, apa in stare lichida iar vaporii de apă pot exista în echilibru simultan numai la o presiune de 0,61 kPa și o temperatură de 0,0075°C. Punctul în care coexistă cele trei faze se numește punct triplu ( O).

Curba OS separă regiunile de vapori și lichid și reprezintă dependența presiunii vaporilor de apă saturați de temperatură. Curba OC arată acele valori interdependente ale temperaturii și presiunii la care apa lichidă și vaporii de apă sunt în echilibru între ele, de aceea se numește curba de echilibru lichid-vapori sau curba de fierbere.

Fig 10 Diagrama stării apei

Curba OV separă regiunea lichidă de regiunea gheții. Este o curbă de echilibru solid-lichid și se numește curbă de topire. Această curbă arată acele perechi interdependente de temperaturi și presiuni la care gheața și apa lichidă sunt în echilibru.

Curba OA se numește curba de sublimare și arată perechile interconectate de valori de presiune și temperatură la care gheața și vaporii de apă sunt în echilibru.

O diagramă de stare este o modalitate vizuală de a reprezenta regiunile de existență a diferitelor faze în funcție de condițiile externe, cum ar fi presiunea și temperatura. Diagramele de stare sunt utilizate în mod activ în știința materialelor în diferite etape tehnologice ale obținerii unui produs.

Un lichid se deosebește de un corp cristalin solid prin valori scăzute ale vâscozității (frecarea internă a moleculelor) și valori mari ale fluidității (reciprocul vâscozității). Un lichid este format din multe agregate de molecule, în interiorul cărora particulele sunt dispuse într-o anumită ordine, similară cu ordinea cristalelor. Natura unităților structurale și interacțiunea dintre particule determină proprietățile lichidului. Există lichide: monoatomice (gaze nobile lichefiate), moleculare (apă), ionice (săruri topite), metalice (metale topite), semiconductori lichidi. În cele mai multe cazuri, un lichid nu este doar o stare de agregare, ci și o fază termodinamică (lichid).

Substanțele lichide sunt cel mai adesea soluții. Soluţie omogenă, dar nu o substanță pură din punct de vedere chimic, constă dintr-o substanță dizolvată și un solvent (exemplele de solvent sunt apa sau solvenții organici: dicloroetanul, alcoolul, tetraclorura de carbon etc.), prin urmare este un amestec de substanțe. Un exemplu este o soluție de alcool în apă. Cu toate acestea, soluțiile sunt și amestecuri de substanțe gazoase (de exemplu, aer) sau solide (aliaje metalice).

La răcire în condiții de o rată scăzută de formare a centrelor de cristalizare și o creștere puternică a vâscozității, poate apărea o stare sticloasă. Sticlele sunt materiale izotrope solide obținute prin suprarăcirea compușilor anorganici și organici topiți.

Sunt cunoscute multe substanțe a căror tranziție de la o stare cristalină la un lichid izotrop are loc printr-o stare intermediară de cristal lichid. Este caracteristică substanțelor ale căror molecule sunt sub formă de tije lungi (tije) cu structură asimetrică. Astfel de tranziții de fază, însoțite de efecte termice, provoacă o schimbare bruscă a proprietăților mecanice, optice, dielectrice și alte proprietăți.

cristale lichide, ca un lichid, poate lua forma unei picături alungite sau forma unui vas, are o fluiditate ridicată și sunt capabile să fuzioneze. Sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii ale științei și tehnologiei. Proprietățile lor optice depind în mare măsură de mici modificări ale condițiilor externe. Această caracteristică este utilizată în dispozitivele electro-optice. În special, cristalele lichide sunt folosite la fabricarea de ceasuri electronice, echipamente vizuale etc.

Printre principalele stări de agregare se numără plasmă- gaz parțial sau total ionizat. După metoda de formare, se disting două tipuri de plasmă: termică, care apare atunci când un gaz este încălzit la temperaturi ridicate, și gazoasă, care se formează atunci când descărcări electriceîntr-un mediu gazos.

Procesele plasma-chimice au ocupat un loc ferm într-o serie de ramuri ale tehnologiei. Sunt utilizate pentru tăierea și sudarea metalelor refractare, sintetizarea diferitelor substanțe, folosesc pe scară largă surse de lumină cu plasmă și utilizarea plasmei în termonucleare. centrale electrice etc.

În această secțiune, ne vom uita la state agregate, în care se află materia care ne înconjoară și forțele de interacțiune dintre particule de materie, caracteristic fiecăreia dintre stările agregate.

1. Stare solidă,

2. stare lichidaȘi

3. stare gazoasă.

Adesea se distinge o a patra stare de agregare - plasmă.

Uneori, starea de plasmă este considerată unul dintre tipurile de stare gazoasă.

Plasma - gaz parțial sau complet ionizat, prezentă cel mai adesea la temperaturi ridicate.

Plasma este cea mai comună stare a materiei din univers, deoarece materia stelelor se află în această stare.

Pentru fiecare starea de agregare trăsături caracteristice în natura interacțiunii dintre particulele unei substanțe, care afectează proprietățile sale fizice și chimice.

Fiecare substanță poate fi în diferite stări de agregare. La temperaturi suficient de scăzute, toate substanțele sunt în stare solidă. Dar pe măsură ce se încălzesc, devin lichide, apoi gazele. La încălzire suplimentară, ei ionizează (atomii își pierd o parte din electroni) și intră în stare plasmă.

Gaz

stare gazoasă(din olandeză. gaz, se întoarce la altă greacă. Χάος ) caracterizată prin legături foarte slabe între particulele sale constitutive.

Moleculele sau atomii care formează gazul se mișcă aleatoriu și, în același timp, se află la distanțe mari (în comparație cu dimensiunile lor) unul față de celălalt în majoritatea timpului. prin urmare forțele de interacțiune dintre particulele de gaz sunt neglijabile.

Caracteristica principală a gazului este că umple tot spațiul disponibil fără a forma o suprafață. Gazele se amestecă întotdeauna. Gazul este o substanță izotropă, adică proprietățile sale nu depind de direcție.

În absența gravitației presiune la fel în toate punctele din gaz. În domeniul forțelor gravitaționale, densitatea și presiunea nu sunt aceleași în fiecare punct, scăzând cu înălțimea. În consecință, în câmpul gravitațional, amestecul de gaze devine neomogen. gaze grele tind să se așeze mai jos și mai mult plămânii- pentru a merge sus.

Gazul are o compresibilitate ridicată- când presiunea crește, densitatea acesteia crește. Pe măsură ce temperatura crește, acestea se extind.

Când este comprimat, un gaz se poate transforma într-un lichid., dar condensul nu are loc la nicio temperatură, ci la o temperatură sub temperatura critică. Temperatura critică este o caracteristică a unui anumit gaz și depinde de forțele de interacțiune dintre moleculele acestuia. Deci, de exemplu, gaz heliu poate fi lichefiat numai la temperaturi mai mici 4,2K.

Există gaze care, atunci când sunt răcite, trec într-un corp solid, ocolind faza lichidă. Transformarea unui lichid într-un gaz se numește evaporare, iar transformarea directă a unui solid în gaz se numește sublimare.

Solid

Stare solidăîn comparaţie cu alte stări de agregare caracterizat prin stabilitatea formei.

Distinge cristalinȘi solide amorfe.

Starea cristalină a materiei

Stabilitatea formei solidelor se datorează faptului că majoritatea solidelor au structură cristalină.

În acest caz, distanțele dintre particulele substanței sunt mici, iar forțele de interacțiune dintre ele sunt mari, ceea ce determină stabilitatea formei.

Este ușor de verificat structura cristalină a multor solide prin divizarea unei bucăți de materie și examinarea fracturii rezultate. De obicei, la o pauză (de exemplu, în zahăr, sulf, metale etc.), mici fețe de cristal situate în unghiuri diferite sunt clar vizibile, strălucind datorită reflectării diferite a luminii de către acestea.

În cazurile în care cristalele sunt foarte mici, structura cristalină a substanței poate fi stabilită folosind un microscop.

Forme cristaline

Fiecare substanță se formează cristale formă perfect definită.

Varietatea formelor cristaline poate fi rezumată în șapte grupuri:

1. Triclinica(paralelipiped),

2.Monoclinic(prismă cu un paralelogram la bază),

3. Rombic (cuboid),

4. tetragonală(paralepiped dreptunghiular cu un pătrat la bază),

5. Trigonală,

6. Hexagonal(prismă cu baza dreptei centrată
hexagon),

7. cub(cub).

Multe substanțe, în special fier, cupru, diamant, clorură de sodiu, cristalizează în sistem cubic. Cele mai simple forme ale acestui sistem sunt cub, octaedru, tetraedru.

Magneziul, zincul, gheața, cuarțul cristalizează în sistem hexagonal. Principalele forme ale acestui sistem sunt prisme hexagonale și bipiramidă.

Cristalele naturale, precum și cristalele obținute artificial, rareori corespund exact formelor teoretice. De obicei, atunci când substanța topită se solidifică, cristalele cresc împreună și, prin urmare, forma fiecăruia dintre ele nu este tocmai corectă.

Oricum, oricât de neuniform se dezvoltă cristalul, oricât de distorsionată ar fi forma lui, unghiurile la care converg fețele cristalului în aceeași substanță rămân constante.

Anizotropie

Caracteristicile corpurilor cristaline nu se limitează la forma cristalelor. Deși substanța dintr-un cristal este perfect omogenă, multe dintre proprietățile sale fizice - rezistență, conductivitate termică, relație cu lumina etc. - nu sunt întotdeauna aceleași în diferite direcții în interiorul cristalului. Această caracteristică importantă a substanțelor cristaline se numește anizotropie.

Structura internă a cristalelor. Grile de cristal.

Forma exterioară a unui cristal reflectă structura sa internă și se datorează aranjamentului corect al particulelor care alcătuiesc cristalul - molecule, atomi sau ioni.

Acest aranjament poate fi reprezentat ca rețea cristalină- un cadru spațial format din linii drepte care se intersectează. În punctele de intersecție a liniilor - noduri de zăbrele sunt centrele particulelor.

În funcție de natura particulelor situate în nodurile rețelei cristaline și de ce forțe de interacțiune predomină între ele într-un anumit cristal, se disting următoarele tipuri rețele cristaline:

1. moleculară,

2. atomic,

3. ionicȘi

4. metal.

Rețelele moleculare și atomice sunt inerente substanțelor cu legătură covalentă, ionic - la compuși ionici, metalic - la metale și aliajele acestora.

Rețele cristaline atomice

La nodurile rețelelor atomice se află atomi. Sunt conectați unul cu celălalt legătură covalentă.

Sunt relativ puține substanțe care au rețele atomice. Ei aparțin diamant, siliciu iar unii nu compusi organici.

Aceste substanțe se caracterizează prin duritate ridicată, sunt refractare și practic insolubile în orice solvenți. Aceste proprietăți se datorează durabilității lor. legătură covalentă.

Rețele cristaline moleculare

Moleculele sunt situate la nodurile rețelelor moleculare. Sunt conectați unul cu celălalt forte intermoleculare.

Există o mulțime de substanțe cu o rețea moleculară. Ei aparțin nemetale, cu excepția carbonului și a siliciului, toate compusi organici cu legătură neionică şi mulți compuși anorganici.

Forțele interacțiunii intermoleculare sunt mult mai slabe decât forțele legăturilor covalente, prin urmare cristalele moleculare au duritate scăzută, fuzibile și volatile.

Rețele cristaline ionice

În nodurile rețelelor ionice sunt localizați, alternând, ionii încărcați pozitiv și negativ. Ele sunt legate între ele prin forțe atracție electrostatică.

Compușii ionici care formează rețele ionice includ majoritatea sărurilor și un număr mic de oxizi.

Prin putere rețele ionice inferior atomic, dar depășește molecular.

Compușii ionici au puncte de topire relativ ridicate. Volatilitatea lor în majoritatea cazurilor nu este mare.

Rețele cristaline metalice

La nodurile rețelelor metalice se află atomi de metal, între care electroni comuni acestor atomi se mișcă liber.

Prezența electroni liberiîn rețelele cristaline ale metalelor, multe dintre proprietățile lor pot fi explicate: ductilitate, ductilitate, luciu metalic, conductivitate electrică și termică ridicată

Există substanțe în ale căror cristale două tipuri de interacțiuni între particule joacă un rol semnificativ. Deci, în grafit, atomii de carbon sunt legați între ei în aceleași direcții. legătură covalentă, iar în altele metalic. Prin urmare, rețeaua de grafit poate fi considerată și ca nuclear, Si cum metal.

În mulți compuși anorganici, de exemplu, în BeO, ZnS, CuCl, legătura dintre particulele situate la locurile rețelei este parțial ionic, și parțial covalent. Prin urmare, rețelele unor astfel de compuși pot fi considerate ca intermediare între ionicȘi atomic.

Stare amorfa a materiei

Proprietățile substanțelor amorfe

Printre corpurile solide sunt cele în care nu se găsesc semne de cristale în fractură. De exemplu, dacă spargeți o bucată de sticlă obișnuită, atunci spargerea acesteia va fi netedă și, spre deosebire de spargerile de cristale, este limitată nu de suprafețe plane, ci de suprafețe ovale.

O imagine similară se observă la despicarea bucăților de rășină, lipici și alte substanțe. Această stare a materiei se numește amorf.

Diferență între cristalinȘi amorf corpurile este deosebit de pronunțată în raportul lor cu încălzirea.

În timp ce cristalele fiecărei substanțe se topesc la o temperatură strict definită și la aceeași temperatură are loc o tranziție de la starea lichidă la starea solidă, corpurile amorfe nu au un punct de topire constant. Când este încălzit, corpul amorf se înmoaie treptat, începe să se răspândească și, în cele din urmă, devine complet lichid. Când se răcește, de asemenea se intareste treptat.

Din cauza lipsei unui punct de topire specific, corpurile amorfe au o abilitate diferită: multe dintre ele curg ca lichide, adică cu acțiune prelungită a forțelor relativ mici, își schimbă treptat forma. De exemplu, o bucată de rășină așezată pe o suprafață plană se întinde într-o cameră caldă timp de câteva săptămâni, luând forma unui disc.

Structura substanțelor amorfe

Diferență între cristalin şi amorf starea materiei este următoarea.

Dispunerea ordonată a particulelor într-un cristal, reflectat de celula unitară, se păstrează în zone mari de cristale, iar în cazul cristalelor bine formate - în întregimea lor.

În corpurile amorfe, ordinea în aranjarea particulelor este observată numai în zone foarte mici. Mai mult, într-un număr de corpuri amorfe, chiar și această ordonare locală este doar aproximativă.

Această diferență poate fi rezumată după cum urmează:

• Structura cristalină este caracterizată de ordine pe distanță lungă,
• structura corpurilor amorfe – aproape.

Exemple de substanțe amorfe.

Substanțele amorfe stabile includ sticlă(artificiale și vulcanice), naturale și artificiale rășini, cleiuri, parafină, ceară si etc.

Trecerea de la o stare amorfă la una cristalină.

Unele substanțe pot fi atât în ​​stare cristalină, cât și amorfă. Dioxid de siliciu SiO2 apare în natură sub formă de bine formate cristale de cuarț, precum și în stare amorfă ( mineral silex).

în care starea cristalină este întotdeauna mai stabilă. Prin urmare, o tranziție spontană de la o substanță cristalină la o substanță amorfă este imposibilă, iar transformarea inversă - o tranziție spontană de la o stare amorfă la una cristalină - este posibilă și uneori observată.

Un exemplu de astfel de transformare este devitrificare- cristalizarea spontană a sticlei la temperaturi ridicate, însoțită de distrugerea acesteia.

stare amorfă multe substanțe se obține cu o viteză mare de solidificare (răcire) a topiturii lichide.

Pentru metale și aliaje stare amorfă se formează, de regulă, dacă topitura este răcită un timp de ordinul fracțiilor sau zecilor de milisecunde. Pentru ochelari, este suficientă o viteză de răcire mult mai mică.

Cuarţ (SiO2) are, de asemenea, o viteză scăzută de cristalizare. Prin urmare, produsele turnate din acesta sunt amorfe. Cuarțul natural, care a avut sute și mii de ani să se cristalizeze atunci când scoarța terestră sau straturile adânci de vulcani s-au răcit, are o structură cu granulație grosieră, spre deosebire de sticla vulcanică, care a înghețat la suprafață și, prin urmare, este amorfă.

Lichide

Lichidul este o stare intermediară între un solid și un gaz.

stare lichida este intermediar între gazos și cristalin. Conform unor proprietăți, lichidele sunt aproape de gazele, după alții - să corpuri solide.

Cu gazele, lichidele sunt aduse împreună, în primul rând, prin lor izotropieȘi fluiditate. Acesta din urmă determină capacitatea lichidului de a-și schimba cu ușurință forma.

dar densitate mareȘi compresibilitate scăzută lichidele le apropie de corpuri solide.

Capacitatea lichidelor de a-și schimba cu ușurință forma indică absența forțelor dure de interacțiune intermoleculară în ele.

În același timp, compresibilitatea scăzută a lichidelor, care determină capacitatea de a menține un volum constant la o temperatură dată, indică prezența, deși nu rigidă, dar totuși semnificative forțe de interacțiune între particule.

Raportul dintre potențial și energie kinetică.

Fiecare stare de agregare este caracterizată de propriul raport între energiile potențiale și cinetice ale particulelor de materie.

În solide, energia potențială medie a particulelor este mai mare decât energia lor cinetică medie. Prin urmare, în solide, particulele ocupă anumite poziții unele față de altele și doar oscilează în raport cu aceste poziții.

Pentru gaze, raportul de energie este inversat, ca urmare a căreia moleculele de gaz se află întotdeauna într-o stare de mișcare haotică și practic nu există forțe de coeziune între molecule, astfel încât gazul ocupă întotdeauna întregul volum care îi este furnizat.

În cazul lichidelor, energiile cinetice și potențiale ale particulelor sunt aproximativ aceleași, adică particulele sunt conectate între ele, dar nu rigid. Prin urmare, lichidele sunt fluide, dar au un volum constant la o anumită temperatură.

Structurile lichidelor și ale corpurilor amorfe sunt similare.

Ca urmare a aplicării metodelor de analiză structurală la lichide, s-a constatat că structura lichidele sunt ca corpurile amorfe. Majoritatea lichidelor au comanda pe raza scurta este numărul de vecini cei mai apropiați pentru fiecare moleculă și a acestora aranjament reciproc aproximativ la fel pe tot volumul lichidului.

Gradul de ordonare a particulelor în diferite lichide este diferit. În plus, se schimbă cu temperatura.

La temperaturi scăzute, depășind ușor punctul de topire al unei substanțe date, gradul de ordine în aranjarea particulelor unui lichid dat este ridicat.

Pe măsură ce temperatura crește, aceasta scade și pe măsură ce lichidul se încălzește, proprietățile lichidului se apropie din ce în ce mai mult de proprietățile gazului. Când se atinge temperatura critică, distincția dintre lichid și gaz dispare.

Datorită asemănării structurii interne a lichidelor și a corpurilor amorfe, acestea din urmă sunt adesea considerate lichide cu o vâscozitate foarte mare, iar doar substanțele în stare cristalină sunt clasificate ca solide.

Asemuire corpuri amorfe lichidele, cu toate acestea, trebuie amintit că în corpurile amorfe, spre deosebire de lichidele obișnuite, particulele au o ușoară mobilitate - la fel ca și în cristale.

DEFINIȚIE

Substanţă- este o colecție un numar mare particule (atomi, molecule sau ioni).

Substanțele au o structură complexă. Particulele din materie interacționează între ele. Natura interacțiunii particulelor dintr-o substanță determină starea acesteia de agregare.

Tipuri de stări agregate

Se disting următoarele stări de agregare: solid, lichid, gaz, plasmă.

În stare solidă, particulele, de regulă, sunt combinate într-o structură geometrică obișnuită. Energia de legătură a particulelor este mai mare decât energia vibrațiilor lor termice.

Dacă temperatura corpului crește, energia oscilațiilor termice ale particulelor crește. La o anumită temperatură, energia vibrațiilor termice devine mai mare decât energia de legătură. La această temperatură, legăturile dintre particule sunt distruse și se formează din nou. În acest caz, particulele efectuează diverse tipuri de mișcări (oscilații, rotații, deplasări unele față de altele etc.). Cu toate acestea, ei sunt încă în contact unul cu celălalt. Structura geometrică corectă este ruptă. Substanța este în stare lichidă.

Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, fluctuațiile termice se intensifică, legăturile dintre particule devin și mai slabe și practic absente. Substanța este în stare gazoasă. Cel mai simplu model al materiei este un gaz ideal, în care se presupune că particulele se mișcă liber în orice direcție, interacționează între ele doar în momentul ciocnirilor, în timp ce legile impactului elastic sunt îndeplinite.

Se poate concluziona că odată cu creșterea temperaturii, substanța trece de la o structură ordonată la o stare dezordonată.

Plasma este substanță gazoasă, constând dintr-un amestec de particule neutre de ioni și electroni.

Temperatura și presiunea în diferite stări ale materiei

Diferite stări agregate ale materiei determină: temperatura și presiunea. Presiunea scăzută și temperatura ridicată corespund gazelor. La temperaturi scăzute, de obicei substanța este în stare solidă. Temperaturile intermediare se referă la substanțele în stare lichidă. Diagrama de fază este adesea folosită pentru a caracteriza stările agregate ale unei substanțe. Aceasta este o diagramă care arată dependența stării de agregare de presiune și temperatură.

Principala caracteristică a gazelor este capacitatea lor de a se extinde și compresibilitatea. Gazele nu au formă, ele iau forma vasului în care sunt plasate. Volumul gazului determină volumul vasului. Gazele se pot amesteca între ele în orice proporție.

Lichidul nu are formă, dar are volum. Lichidele se comprimă prost, doar la presiune mare.

Solidele au formă și volum. În stare solidă, pot exista compuși cu legături metalice, ionice și covalente.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Sarcina

Desenați o diagramă de fază a stărilor pentru o substanță abstractă. Explicați-i sensul.

Soluţie

Să facem un desen. Diagrama de stare este prezentată în Fig.1. Este format din trei zone care corespund stării cristaline (solide) a materiei, starea lichidă și starea gazoasă. Aceste zone sunt separate prin curbe care indică limitele proceselor reciproc inverse: 01 - topire - cristalizare; 02 - fierbere - condensare; 03 - sublimare - desublimare. Punctul de intersecție al tuturor curbelor (O) este un punct triplu. În acest moment, materia poate exista în trei stări de agregare. Dacă temperatura substanței este mai mare decât valoarea critică () (punctul 2), atunci energia cinetică a particulelor este mai mare energie potențială interacțiunile lor, la astfel de temperaturi substanța devine gaz la orice presiune. Din diagramă de fază se poate observa că dacă presiunea este mai mare de , atunci odată cu creșterea temperaturii, solidul se topește. După topire, o creștere a presiunii duce la o creștere a punctului de fierbere. Dacă presiunea este mai mică de , atunci o creștere a temperaturii solidului duce la trecerea acestuia direct la starea gazoasă (sublimare) (punctul G).

EXEMPLUL 2

Sarcina

Explicați ce diferențiază o stare de agregare de alta?

Soluţie

În diferite stări de agregare, atomii (moleculele) au aranjamente diferite. Deci atomii (moleculele sau ionii) rețelelor cristaline sunt aranjați ordonat, pot produce mici vibrații în jurul pozițiilor de echilibru. Moleculele de gaze sunt într-o stare dezordonată și se pot deplasa pe distanțe considerabile. În plus, energia internă a substanțelor în diferite stări agregate (pentru aceleași mase de materie) la temperaturi diferite diferit. Procesele de tranziție de la o stare de agregare la alta sunt însoțite de o schimbare a energiei interne. Tranziția: solid - lichid - gaz, înseamnă o creștere a energiei interne, deoarece are loc o creștere a energiei cinetice a mișcării moleculelor.

Toată materia poate exista în una din cele patru forme. Fiecare dintre ele este o anumită stare agregată a materiei. În natura Pământului, doar unul este reprezentat în trei dintre ele deodată. Aceasta este apa. Este ușor de văzut că s-a evaporat, s-a topit și s-a întărit. Adică abur, apă și gheață. Oamenii de știință au învățat cum să schimbe stările agregate ale materiei. Cea mai mare dificultate pentru ei este doar plasma. Această stare necesită condiții speciale.

Ce este, de ce depinde și cum se caracterizează?

Dacă corpul a trecut într-o altă stare agregată a materiei, asta nu înseamnă că a apărut altceva. Substanța rămâne aceeași. Dacă lichidul a avut molecule de apă, atunci la fel vor fi în abur cu gheață. Numai locația lor, viteza de mișcare și forțele de interacțiune între ele se vor schimba.

La studierea subiectului „Stări agregate (gradul 8)”, doar trei dintre ele sunt luate în considerare. Acestea sunt lichide, gazoase și solide. Manifestările lor depind de condițiile fizice. mediu inconjurator. Caracteristicile acestor stări sunt prezentate în tabel.

Nume de stat agregat	solid	lichid	gaz
Proprietățile sale	isi pastreaza forma cu volumul	are un volum constant, ia forma unui vas	nu are volum și formă constantă
Aranjarea moleculelor	la nodurile reţelei cristaline	dezordonat	haotic
Distanța dintre ele	comparabil cu dimensiunea moleculelor	aproximativ egală cu dimensiunea moleculelor	mult mai mare decât dimensiunea lor.
Cum se mișcă moleculele	oscilează în jurul unui punct de rețea	nu vă deplasați din punctul de echilibru, ci uneori faceți sărituri mari	neregulat cu ciocniri ocazionale
Cum interacționează ele	puternic atras	puternic atrași unul de celălalt	nu sunt atrase, forțele de respingere se manifestă în timpul impacturilor

Prima stare: solidă

Diferența sa fundamentală față de altele este că moleculele au un loc strict definit. Când se vorbește despre o stare solidă de agregare, ele înseamnă cel mai adesea cristale. În ele, structura rețelei este simetrică și strict periodică. Prin urmare, se păstrează întotdeauna, indiferent cât de departe s-ar răspândi corpul. Mișcare oscilativă nu există suficiente molecule ale substanței pentru a distruge această rețea.

Dar există și corpuri amorfe. Le lipsește o structură strictă în aranjarea atomilor. Ele pot fi oriunde. Dar acest loc este la fel de stabil ca în corpul cristalin. Diferența dintre substanțele amorfe și cele cristaline este că nu au o temperatură specifică de topire (solidificare) și se caracterizează prin fluiditate. Exemple vii de astfel de substanțe sunt sticla și plasticul.

A doua stare: lichid

Această stare agregată a materiei este o încrucișare între un solid și un gaz. Prin urmare, combină unele proprietăți de la prima și a doua. Deci, distanța dintre particule și interacțiunea lor este similară cu ceea ce a fost cazul cristalelor. Dar aici este locația și mișcarea mai aproape de gaz. Prin urmare, lichidul nu își păstrează forma, ci se răspândește peste vasul în care este turnat.

A treia stare: gaz

Pentru o știință numită „fizică”, starea de agregare sub formă de gaz nu se află pe ultimul loc. Pentru că ea studiază lumea, iar aerul din el este foarte comun.

Caracteristicile acestei stări sunt că forțele de interacțiune dintre molecule sunt practic absente. Aceasta explică libera lor circulație. Datorită căreia substanța gazoasă umple întregul volum care i se oferă. Mai mult, totul poate fi transferat în această stare, trebuie doar să creșteți temperatura cu cantitatea dorită.

A patra stare: plasmă

Această stare agregată a materiei este un gaz care este ionizat complet sau parțial. Aceasta înseamnă că numărul de particule încărcate negativ și pozitiv din el este aproape același. Această situație apare atunci când gazul este încălzit. Apoi are loc o accelerare bruscă a procesului de ionizare termică. Constă în faptul că moleculele sunt împărțite în atomi. Acestea din urmă se transformă apoi în ioni.

În univers, o astfel de stare este foarte comună. Pentru că conține toate stelele și mediul dintre ele. în interiorul granițelor suprafața pământului apare extrem de rar. În afară de ionosferă și vântul solar, plasmă este posibilă doar în timpul furtunilor. În fulgerele se creează condiții în care gazele atmosferei trec în a patra stare a materiei.

Dar asta nu înseamnă că plasmă nu a fost creată în laborator. Primul lucru care putea fi reprodus a fost o descărcare de gaz. Plasma umple acum lumini fluorescente și semne cu neon.

Cum se realizează tranziția între state?

Pentru a face acest lucru, trebuie să creați anumite condiții: o presiune constantă și o temperatură specifică. În acest caz, o schimbare a stărilor agregate ale unei substanțe este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie. Mai mult, această tranziție nu are loc cu viteza fulgerului, ci necesită o anumită perioadă de timp. În acest timp, condițiile trebuie să rămână neschimbate. Tranziția are loc odată cu existența simultană a materiei sub două forme, care mențin echilibrul termic.

Primele trei stări ale materiei pot trece reciproc una în alta. Există procese directe și inverse. Au următoarele nume:

• topire(de la solid la lichid) și cristalizare, de exemplu, topirea gheții și solidificarea apei;
• vaporizare(de la lichid la gazos) și condensare, un exemplu este evaporarea apei și producerea acesteia din abur;
• sublimare(de la solid la gazos) și desublimare, de exemplu, evaporarea unui parfum uscat pentru primul dintre ele și modele geroase pe sticlă pentru al doilea.

Fizica topirii și cristalizării

Dacă un corp solid este încălzit, atunci la o anumită temperatură, numit punct de topire va începe o substanță specifică, o schimbare a stării de agregare, care se numește topire. Acest proces merge cu absorbția de energie, care se numește cantitatea de căldurăși este marcat cu litera Q. Pentru a-l calcula, trebuie să știți căldură specifică de fuziune, care este notat λ . Și formula arată așa:

Q=λ*m, unde m este masa substanței implicate în topire.

Dacă are loc procesul invers, adică cristalizarea lichidului, atunci condițiile se repetă. Singura diferență este că energia este eliberată, iar semnul minus apare în formulă.

Fizica vaporizării și condensului

Odată cu încălzirea continuă a substanței, aceasta se va apropia treptat de temperatura la care va începe evaporarea sa intensă. Acest proces se numește vaporizare. Se caracterizează din nou prin absorbția de energie. Doar ca să-l calculezi, trebuie să știi căldură specifică de vaporizare r. Iar formula va fi:

Q=r*m.

Procesul invers sau condensarea are loc cu degajarea aceleiași cantități de căldură. Prin urmare, un minus apare din nou în formulă.