Cal é o estado físico? Estado da materia

Preguntas sobre cal é o estado agregado, que características e propiedades son sólidos, líquidos e gases son considerados en varios cursos de formación. Hai tres estados clásicos da materia, coas súas características características da estrutura. A súa comprensión é un momento importante na comprensión das ciencias da terra, os organismos vivos, as actividades de produción. Estes temas están estudados en física, química, xeografía, xeoloxía, química física e outras disciplinas científicas. As sustancias que se atopan baixo certas condicións nun dos tres tipos básicos de estado poden variar coa temperatura e a presión crecentes ou diminuíndo. Consideremos posibles transicións dun estado agregado a outro, xa que se realizan na natureza, na tecnoloxía e na vida cotiá.

¿Que é un estado agregado?

A palabra da orixe latina "agregado" en tradución ao ruso significa "unirse". O término científico refírese ao estado do mesmo corpo, substancia. A existencia de corpos sólidos, gases e líquidos a certos valores de temperatura e presións diferentes é característica de todas as cunchas da Terra. Ademais dos tres estados agregados básicos, tamén existe o cuarto. A temperatura elevada e presión constante, o gas convértese nun plasma. Para comprender mellor cal é un estado agregado, é necesario recordar as partículas máis pequenas que compoñen substancias e corpos.

O diagrama anterior mostra: a - gas; B - líquido; C é sólido. En tales figuras, os círculos indican os elementos estruturais das sustancias. Esta é unha designación convencional, de feito os átomos, as moléculas, os iones non son bolas sólidas. Os átomos están formados por un núcleo cargado de carga positiva ao redor dos electróns cargados negativamente a alta velocidade. O coñecemento da estrutura microscópica da materia axuda a comprender mellor as diferenzas que existen entre as diferentes formas agregadas.

Representacións sobre o microcosmos: desde a Grecia antiga ata o século XVII

A primeira información sobre as partículas, das que se compoñen os corpos físicos, apareceron na Grecia antiga. Os pensadores Demócrito e Epicuro introduciron un concepto como un átomo. Eles creron que estas pequenas partículas indivisibles de diferentes sustancias posúen unha forma, certos tamaños, capaces de moverse e interactuar uns cos outros. O atomismo converteuse no máis avanzado da súa época nas ensinanzas da Grecia antiga. Pero o seu desenvolvemento estancouse na Idade Media. Desde entón os estudiosos foron perseguidos pola Inquisición da Igrexa Católica Romana. Polo tanto, ata o novo tempo non había un concepto intelixible do que é un estado agregado de materia. Só despois do século XVII os científicos R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier formularon as posicións da teoría atómica-molecular, que aínda non perderon o seu significado nos nosos días.

Átomos, moléculas, ions - partículas microscópicas da estrutura da materia

Un avance importante na comprensión da microonda ocorreu no século XX, cando se inventou un microscopio electrónico. Tendo en conta os descubrimentos feitos polos científicos antes, era posible establecer unha imaxe harmoniosa do microcosmos. As teorías que describen o estado eo comportamento das partículas máis pequenas da materia son bastante complexas, pertencen ao campo da física cuántica. Para comprender as características dos distintos estados agregados da materia, é suficiente coñecer os nomes e características das principais partículas estruturais que forman sustancias diferentes.

1. Os átomos son partículas químicamente indivisibles. Conservado en reaccións químicas, pero destruído en nucleares. Os metais e moitas outras substancias da estrutura atómica teñen un estado agregado sólido en condicións normais.
2. As moléculas son partículas destruídas e formadas en reaccións químicas. A estrutura molecular ten osíxeno, auga, dióxido de carbono, xofre. O estado agregado de osíxeno, nitróxeno, dióxido de xofre, carbono e osíxeno en condicións normais é gaseoso.
3. Os ións cobren partículas en que se transforman átomos e moléculas cando se adxuntan electróns ou partículas microscópicas cargadas negativamente. A estrutura iónica ten moitos sales, por exemplo, cociña, ferro e sulfato de cobre.

Existen substancias cuxas partículas están situadas de certa forma no espazo. A posición mutada ordenada de átomos, iones, moléculas chámase unha rede cristalina. Xeralmente, os xuncos de cristal iónico e atómico son característicos dos sólidos, as celas moleculares son para líquidos e gases. O diamante distínguese pola alta dureza. A súa rede cristalina atómica está formada por átomos de carbono. Pero o grafito suave tamén consiste en átomos deste elemento químico. Só están situados de forma diferente no espazo. O estado xeral do xofre é sólido, pero a altas temperaturas a substancia convértese nunha masa líquida e amorfa.

Substancias en estado sólido agregado

Os sólidos en condicións normais reter o volume e a forma. Por exemplo, un gran de area, un gran de azucre, sal, unha peza de rocha ou metal. Se quenta o azucre, a sustancia comeza a derreter, converténdose nun líquido marrón viscoso. Deter o quecemento - unha vez máis temos unha substancia sólida. Por iso, unha das condicións principais para a transición dun corpo sólido a un líquido é a súa calefacción ou un aumento na enerxía interna das partículas da materia. Tamén se pode cambiar o estado sólido da sal que se usa para a alimentación. Pero para derreter o sal, necesitas unha temperatura máis alta que a do azucre. O feito é que o azucre está composto por moléculas e a sal de mesa está feita a partir de ións cargados, que son máis atraídos entre si. Os sólidos en forma líquida non conservan a súa forma, porque as redes cristalinas son destruídas.

O estado agregado de sal líquido durante a fusión explícase pola ruptura do vínculo entre os iones nos cristais. Pódense liberar partículas cargadas que poden transportar cargas eléctricas. Os derretidos de sales realizan electricidade, son condutores. Nas industrias química, metalúrxica e de enxeñaría, os sólidos transfórmanse en substancias líquidas para obter novos compostos a partir deles ou para darlles diferentes formas. As aliaxes de metais foron amplamente utilizadas. Existen varias maneiras de obtelos asociados a cambios no estado agregado de materias primas sólidas.

O líquido é un dos estados agregados básicos

Se derramar 50 ml de auga nun frasco de fondo redondo, podes ver que a sustancia toma inmediatamente a forma dun vaso químico. Pero axiña que nós derramamos auga do frasco, o líquido se estende inmediatamente sobre a superficie da mesa. O volume de auga permanecerá o mesmo - 50 ml, ea súa forma cambiará. Estas características son características da forma líquida de existencia da materia. Os líquidos son moitas substancias orgánicas: alcohois, aceites vexetais, ácidos.

A leite é unha emulsión, é dicir, un líquido no que se localizan gotas de graxa. Un fósil líquido útil é o aceite. Obteña os pozos coa axuda de plataformas de perforación en terra e no océano. A auga do mar tamén é unha materia prima para a industria. A súa diferenza coa auga doce de ríos e lagos é o contido de sustancias disoltas, principalmente sales. Cando se evaporan da superficie dos depósitos, só as moléculas de H ₂ Ou pasan ao estado de vapor, permanecen as sustancias disoltas. Este método baséase nos métodos de obtención de substancias útiles da auga do mar e formas de limpar.

Cando as sales son eliminadas por completo, obtense auga destilada. Ferva a 100 ° C, conxélase a 0 ° C. As salmueras deixan ferver e convertéronse en xeo a outras temperaturas. Por exemplo, a auga no océano Ártico conxélase a unha temperatura superficial de 2 ° C.

O estado agregado do mercurio en condicións normais é un líquido. Este metal gris prateado adoita estar cheo de termómetros médicos. Cando se acalenta, a columna de mercurio sobe nunha escala, a sustancia é expandida. Por que é que os termómetros da rúa usan alcohol, pintados con pintura vermella e non mercurio? Isto explícase polas propiedades do metal líquido. Á xeada de 30 graos, o estado agregado do mercurio cambia, a sustancia convértese en sólida.

Se o termómetro médico caeu e o mercurio é derramado, entón recoller bolas de prata é perigoso. Nocivo para inhalar vapores de mercurio, esta substancia é moi tóxica. Os nenos nestes casos deberían buscar axuda de pais e adultos.

Estado gaseoso

Os gases non poden manter o seu volume ou forma. Encha o frasco á parte superior con osíxeno (a súa fórmula química é Ou ₂₎ . Axiña que abramos o frasco, as moléculas da sustancia comezarán a mesturarse co aire na sala. Isto é debido ao movemento browniano. O demócrito grego antigo creu que as partículas da materia están en constante movemento. En corpos sólidos, en condicións normais, os átomos, as moléculas e os iones non teñen a oportunidade de saír da rede cristalina para liberarse dos lazos con outras partículas. Isto só é posible cando se subministran grandes cantidades de enerxía desde fóra.

En líquidos, a distancia entre partículas é un pouco maior que en sólidos, necesitan menos enerxía para romper enlaces intermoleculares. Por exemplo, o estado agregado global de osíxeno só se observa cando a temperatura do gas cae a -183 ° C. A -223 ° C, as moléculas O ₂ forman un sólido. A medida que a temperatura sobe por riba destes valores, o osíxeno convértese en gas. É desta forma que está en condicións ordinarias. Nas plantas industriais existen instalacións especiais para separar o aire da atmosfera e obter nitróxeno e osíxeno. En primeiro lugar, o aire é arrefriado e licuado, e entón a temperatura aumenta gradualmente. O nitróxeno eo osíxeno son convertidos en gases baixo diferentes condicións.

A atmosfera terrestre contén 21% de osíxeno e 78% de nitróxeno. En forma líquida, estas substancias non se producen no gasóleo do planeta. O osíxeno líquido ten unha cor azul claro, están cheos de cilindros de alta presión para uso en institucións médicas. Na industria e na construción, os gases licuados son necesarios para moitos procesos. É necesario o osíxeno para a soldeo e corte de metais en metais, en química para a reacción de oxidación de substancias inorgánicas e orgánicas. Se abra a chave do cilindro de osíxeno, a presión diminúe, o líquido convértese en gas.

O propano, metano e butano licuados atopan unha ampla aplicación en enxeñaría de enerxía, transporte, industria e actividades domésticas. Estas sustancias son obtidas a partir de gas natural ou por craqueo (división) do cru. As mesturas líquidas e gaseosas de carbono desempeñan un papel importante nas economías de moitos países. Pero as reservas de petróleo e gas natural están moi esgotadas. Segundo os científicos, esta materia prima durará entre 100 e 120 anos. Unha fonte alternativa de enerxía é o fluxo de aire (vento). Usados para o funcionamento das centrais son ríos que flúen rapidamente, mareas nas marxes dos mares e océanos.

O osíxeno, como outros gases, pode estar no cuarto estado agregado, que representa un plasma. Unha transición inusual do estado sólido ao gaseoso é un trazo característico do iodo cristalino. Unha sustancia de cor púrpura escura sofre sublimación - transfórmase en gas, pasando o estado líquido.

Como se realizan as transicións dunha forma agregada de materia a outra?

Os cambios no estado agregado de sustancias non están relacionados coas transformacións químicas, estes son fenómenos físicos. Cando a temperatura sobe, moitos sólidos derreter, convertéronse en líquidos. Un aumento adicional na temperatura pode levar á evaporación, isto é, ao estado gaseoso da substancia. Na natureza e na economía, tales transicións caracterízanse por unha das principais substancias da Terra. Xeo, líquido, vapor - un estado de auga baixo diferentes condicións externas. O composto é o mesmo, a súa fórmula é H ₂ Ou. A unha temperatura de 0 ° C e por debaixo deste valor, a auga cristalízase, isto é, se transforma en xeo. Cando a temperatura sobe, os cristais que xorden son destruídos: o xeo derreteuse e a auga líquida obtense nuevamente. Cando se quenta, o vapor de auga está formado. A evaporación - a transformación da auga nun gas - vai mesmo a baixas temperaturas. Por exemplo, os charcos conxelados desaparecen gradualmente, porque a auga se evapora. Incluso en condicións meteorolóxicas, a lavandería mollada se seca, pero este proceso é máis longo que nun día cálido.

Todas estas transicións de auga dun estado a outro teñen gran importancia para a natureza da Terra. Os fenómenos atmosféricos, o clima eo clima están asociados coa evaporación da auga da superficie do Océano Mundial, a transferencia de humidade en forma de nubes e néboa por terra, precipitación (choiva, neve, granizo). Estes fenómenos forman a base do ciclo mundial do auga na natureza.

Como cambian os estados agregados de xofre?

En condicións normais, o xofre é cristais brillantes brillantes ou un po amarelo claro, é dicir, é unha substancia sólida. O estado agregado de xofre cambia co quecemento. En primeiro lugar, cando a temperatura é elevada a 190 ° C, a substancia amarela funde, converténdose nun líquido móbil.

Se despexa rapidamente o xofre líquido en auga fría, obtén unha masa amorfa marrón. Con máis caldeo de fusión de xofre, faise cada vez máis viscoso, escurecendo. A temperaturas superiores a 300 ° C, o estado agregado de xofre cambia de novo, a sustancia adquire propiedades fluídas, convértese en móbil. Estas transicións xorden debido á capacidade dos átomos do elemento para formar cadeas de diferentes lonxitudes.

Por que as sustancias poden estar en diferentes estados físicos?

Estado agregado de xofre - unha sustancia simple - sólida en condicións normais. O dióxido de xofre é gas, o ácido sulfúrico é un líquido oleoso máis pesado que o auga. En contraste cos ácidos clorhídrico e nítrico, non é volátil, as moléculas non se evaporan da súa superficie. Que tipo de estado agregado ten xofre de plástico, que se obtén ao calentar os cristais?

En forma amorfa, a sustancia ten unha estrutura líquida, cunha lixeira fluidez. Pero o xofre de plástico á vez mantén a súa forma (como unha substancia sólida). Hai cristais líquidos con varias propiedades características de sólidos. Así, o estado da materia en condicións diferentes depende da súa natureza, temperatura, presión e outras condicións externas.

Cales son as características da estrutura dos sólidos?

As diferenzas existentes entre os estados agregados básicos da materia son explicados pola interacción entre átomos, iones e moléculas. Por exemplo, ¿por qué o estado agregado sólido dunha sustancia conduce á capacidade dos corpos para manter o volume e a forma? Na rede cristalina dun metal ou sal, as partículas estruturais están atraídas entre si. Nos metais, os iones cargados positivamente interactúan co chamado "gas de electróns", un grupo de electróns libres nunha peza de metal. Os cristais de sales xorden debido á atracción das partículas cargadas de iones. A distancia entre as unidades estruturais anteriores de sólidos é moito menor que as dimensións das propias partículas. Neste caso, a atracción electrostática actúa, impón forza e repulsión non é suficientemente forte.

Para destruír o estado sólido agregado da sustancia, hai que esforzarse. Os metais, as sales, os cristais atómicos deríñanse a temperaturas moi altas. Por exemplo, o ferro convértese en líquido a unha temperatura superior a 1538 ° C. O refractario é o tungsteno, desde o que están feitos os filamentos para lámpadas eléctricas. Hai aliaxes que se fan líquidas a temperaturas superiores a 3000 ° C. Moitas rochas e minerais na Terra están nun estado sólido. Obteña esta materia prima coa axuda da tecnoloxía en minas e canteiras.

Rasgar mesmo un único ión do cristal é necesario gastar grandes cantidades de enerxía. Pero é o suficiente para disolver o sal na auga para a estrutura de cristal divídese! Este fenómeno é debido ás propiedades sorprendentes de auga como o disolvente polar. H ₂ O moléculas reaccionan cos ións de sales, destruíndo a conexión entre eles. Así, a disolución - non é simple mestura de substancias diferentes, ea interacción química entre eles.

Como interactuar coas moléculas de líquidos?

A auga pode ser un líquido, sólido e gas (vapor). Esta é a súa principal estado agregado en condicións normais. As moléculas de auga son compostas por un átomo de osíxeno, que está asociada con dous átomos de hidróxeno. Hai polarización de ligazóns químicas na molécula, parece átomos de osíxeno de carga negativa parcial. Hidróxeno convértese en polo positivo na molécula, é atraído por un átomo de osíxeno dunha outra molécula. Esta é a interacción débil foi chamado "a conexión de hidróxeno".

Estado de agregación líquido, caracterizado pola distancia entre as partículas estruturais de tamaño comparable. A atracción existe, pero é débil, polo que a auga non manter a forma. Vaporización ocorre por mor da destrución de conexións, o cal é a superficie da auga mesmo a temperatura ambiente.

Existen interaccións intermoleculares en gases?

un número de parámetros de estado gasoso de materia distinta desde o sólido e líquido. Entre as partículas estruturais de gas, hai grandes lagoas, que supera en moito o tamaño das moléculas. Neste caso, a forza de atracción non funciona. O estado gasoso de agregación característica das substancias presentes na composición do aire: nitróxeno, osíxeno, dióxido de carbono. A figura seguinte primeiro cubo Explique gas, un segundo neto, eo terceiro - unha substancia sólida.

Moitos líquidos son volátiles, separado da súa superficie e entrar na substancia moléculas de aire. Por exemplo, se o burato para abrir botellas con ácido clorhídrico para traer la de algodón embebido en amoníaco líquido, que aparece fume negro. Directamente no aire provoca unha reacción química entre o ácido clorhídrico e amoníaco, obtén-se cloruro de amonio. En que estado de agregación é iso? As partículas que forman o fume branco, son os máis pequenos cristais de sal sólido. Esta experiencia debe ser realizada baixo o capo, é tóxico.

conclusión

gas estado físico estudado por moitos físicos e químicos en circulación: o número de Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clapeyron, Mendeleyev, Le Chatelier. Científicos formulado as leis que explican o comportamento de substancias gasosas nunha reacción química, como o cambio das condicións. leis abertas non só foi para as escolas e universidades libros didácticos de física e química. Moitos produción química con base no coñecemento do comportamento e propiedades das substancias en diferentes estados de agregación.