Soalan tentang keadaan pengagregatan, ciri dan sifat yang mempunyai pepejal, cecair dan gas, dipertimbangkan dalam beberapa kursus latihan. Terdapat tiga keadaan jirim klasik, dengan ciri ciri strukturnya sendiri. Pemahaman mereka adalah perkara penting dalam memahami sains Bumi, organisma hidup, dan aktiviti pengeluaran. Soalan-soalan ini dipelajari oleh fizik, kimia, geografi, geologi, kimia fizikal dan disiplin saintifik yang lain. Bahan yang berada di bawah keadaan tertentu dalam salah satu daripada tiga jenis keadaan asas boleh berubah dengan peningkatan atau penurunan suhu atau tekanan. Pertimbangkan kemungkinan peralihan daripada satu keadaan pengagregatan ke keadaan yang lain, kerana ia dijalankan dalam alam semula jadi, teknologi dan kehidupan seharian.
Apakah keadaan pengagregatan?
Perkataan asal Latin "aggrego" diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia bermaksud "lampirkan". Istilah saintifik merujuk kepada keadaan badan yang sama, bahan. Kewujudan pada nilai suhu tertentu dan tekanan pepejal yang berbeza,gas dan cecair adalah ciri semua cangkerang Bumi. Sebagai tambahan kepada tiga keadaan agregat asas, terdapat juga keadaan keempat. Pada suhu tinggi dan tekanan malar, gas bertukar menjadi plasma. Untuk lebih memahami apa itu keadaan pengagregatan, anda perlu mengingati zarah terkecil yang membentuk bahan dan jasad.
Rajah di atas menunjukkan: a - gas; b - cecair; c ialah jasad pepejal. Dalam rajah sedemikian, bulatan menunjukkan unsur-unsur struktur bahan. Ini adalah simbol, sebenarnya, atom, molekul, ion bukanlah bola pepejal. Atom terdiri daripada nukleus bercas positif yang mengelilingi elektron bercas negatif bergerak pada kelajuan tinggi. Pengetahuan tentang struktur mikroskopik jirim membantu memahami dengan lebih baik perbezaan yang wujud antara bentuk agregat yang berbeza.
Perwakilan mikrokosmos: dari Yunani Purba hingga abad ke-17
Maklumat pertama tentang zarah yang membentuk badan fizikal muncul di Greece purba. Pemikir Democritus dan Epicurus memperkenalkan konsep sedemikian sebagai atom. Mereka percaya bahawa zarah-zarah terkecil yang tidak boleh dibahagikan dari bahan yang berbeza ini mempunyai bentuk, saiz tertentu, mampu bergerak dan berinteraksi antara satu sama lain. Atomistik menjadi ajaran paling maju Yunani purba pada zamannya. Tetapi perkembangannya perlahan pada Zaman Pertengahan. Sejak itu para saintis dianiaya oleh Inkuisisi Gereja Roman Katolik. Oleh itu, sehingga zaman moden, tidak ada konsep yang jelas tentang keadaan pengumpulan bahan. Hanya selepas abad ke-17saintis R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier merumuskan peruntukan teori atom-molekul, yang tidak kehilangan kepentingannya sehingga hari ini.
Atom, molekul, ion ialah zarah mikroskopik struktur jirim
Satu kejayaan penting dalam memahami mikrokosmos berlaku pada abad ke-20, apabila mikroskop elektron dicipta. Mengambil kira penemuan yang dibuat oleh saintis sebelum ini, adalah mungkin untuk mengumpulkan gambaran harmoni tentang dunia mikro. Teori yang menerangkan keadaan dan kelakuan zarah terkecil jirim adalah agak kompleks; ia tergolong dalam bidang fizik kuantum. Untuk memahami ciri keadaan agregat jirim yang berbeza, cukup untuk mengetahui nama dan ciri zarah struktur utama yang membentuk bahan berbeza.
- Atom ialah zarah yang tidak boleh dibahagikan secara kimia. Dipelihara dalam tindak balas kimia, tetapi dimusnahkan dalam nuklear. Logam dan banyak bahan lain dalam struktur atom mempunyai keadaan pepejal pengagregatan dalam keadaan normal.
- Molekul ialah zarah yang dipecahkan dan terbentuk dalam tindak balas kimia. Struktur molekul mempunyai oksigen, air, karbon dioksida, sulfur. Keadaan agregat oksigen, nitrogen, sulfur dioksida, karbon, oksigen dalam keadaan biasa adalah gas.
- Ion ialah zarah bercas yang menjadi atom dan molekul apabila ia memperoleh atau kehilangan elektron - zarah bercas negatif mikroskopik. Banyak garam mempunyai struktur ionik, contohnya, garam meja, besi dan kuprum sulfat.
Terdapat bahan yang zarahnya disusun mengikut cara tertentu di angkasa. Kedudukan relatif yang dipesanatom, ion, molekul dipanggil kekisi kristal. Biasanya kekisi kristal ionik dan atom adalah tipikal untuk pepejal, molekul - untuk cecair dan gas. Berlian mempunyai kekerasan yang tinggi. Kekisi kristal atomnya dibentuk oleh atom karbon. Tetapi grafit lembut juga terdiri daripada atom unsur kimia ini. Hanya mereka terletak berbeza di angkasa. Keadaan biasa pengagregatan sulfur adalah pepejal, tetapi pada suhu tinggi bahan bertukar menjadi cecair dan jisim amorfus.
Bahan dalam keadaan terkumpul pepejal
Badan pepejal dalam keadaan normal mengekalkan isipadu dan bentuknya. Contohnya, sebutir pasir, sebutir gula, garam, sekeping batu atau logam. Jika gula dipanaskan, bahan itu mula cair, bertukar menjadi cecair coklat likat. Hentikan pemanasan - sekali lagi kita mendapat pepejal. Ini bermakna bahawa salah satu syarat utama untuk peralihan pepejal kepada cecair ialah pemanasannya atau peningkatan tenaga dalaman zarah bahan. Keadaan pepejal pengagregatan garam, yang digunakan dalam makanan, juga boleh diubah. Tetapi untuk mencairkan garam meja, anda memerlukan suhu yang lebih tinggi daripada semasa memanaskan gula. Faktanya ialah gula terdiri daripada molekul, dan garam meja terdiri daripada ion bercas, yang lebih kuat tertarik antara satu sama lain. Pepejal dalam bentuk cecair tidak mengekalkan bentuknya kerana kekisi kristal rosak.
Keadaan cecair pengagregatan garam semasa pencairan dijelaskan oleh pemecahan ikatan antara ion dalam kristal. dilepaskanzarah bercas yang boleh membawa cas elektrik. Garam cair mengalirkan elektrik dan merupakan konduktor. Dalam industri kimia, metalurgi dan kejuruteraan, pepejal ditukar kepada cecair untuk mendapatkan sebatian baru daripadanya atau memberikan bentuk yang berbeza. Aloi logam digunakan secara meluas. Terdapat beberapa cara untuk mendapatkannya, dikaitkan dengan perubahan dalam keadaan pengagregatan bahan mentah pepejal.
Cecair ialah salah satu daripada keadaan asas pengagregatan
Jika anda menuang 50 ml air ke dalam kelalang bahagian bawah bulat, anda dapat melihat bahawa bahan itu serta-merta berbentuk bekas kimia. Tetapi sebaik sahaja kita menuang air keluar dari kelalang, cecair akan segera merebak ke atas permukaan meja. Isipadu air akan tetap sama - 50 ml, dan bentuknya akan berubah. Ciri-ciri ini adalah ciri bentuk cecair kewujudan jirim. Cecair ialah banyak bahan organik: alkohol, minyak sayuran, asid.
Susu ialah emulsi, iaitu cecair yang di dalamnya terdapat titisan lemak. Mineral cecair yang berguna ialah minyak. Ia diekstrak daripada telaga menggunakan pelantar penggerudian di darat dan di lautan. Air laut juga merupakan bahan mentah untuk industri. Perbezaannya daripada air tawar sungai dan tasik terletak pada kandungan bahan terlarut, terutamanya garam. Semasa penyejatan dari permukaan badan air, hanya molekul H2O yang masuk ke dalam keadaan wap, zat terlarut kekal. Kaedah untuk mendapatkan bahan berguna daripada air laut dan kaedah untuk penulenannya adalah berdasarkan sifat ini.
Bilapenyingkiran lengkap garam, air suling diperolehi. Ia mendidih pada 100°C dan membeku pada 0°C. Air garam mendidih dan bertukar menjadi ais pada suhu yang berbeza. Contohnya, air di Lautan Artik membeku pada suhu permukaan 2°C.
Keadaan agregat merkuri dalam keadaan normal ialah cecair. Logam kelabu perak ini biasanya diisi dengan termometer perubatan. Apabila dipanaskan, lajur merkuri naik pada skala, bahan mengembang. Mengapakah termometer jalanan menggunakan alkohol berwarna merah dan bukan merkuri? Ini dijelaskan oleh sifat-sifat logam cecair. Pada fros 30 darjah, keadaan agregat merkuri berubah, bahan menjadi pepejal.
Jika termometer perubatan pecah dan merkuri tumpah keluar, adalah berbahaya untuk mengambil bola perak dengan tangan anda. Ia berbahaya untuk menyedut wap merkuri, bahan ini sangat toksik. Kanak-kanak dalam kes sedemikian harus mendapatkan bantuan daripada ibu bapa mereka, orang dewasa.
Keadaan gas
Gas tidak dapat mengekalkan isipadu atau bentuknya. Isikan kelalang ke bahagian atas dengan oksigen (formula kimianya ialah O2). Sebaik sahaja kita membuka kelalang, molekul bahan akan mula bercampur dengan udara di dalam bilik. Ini disebabkan oleh gerakan Brownian. Malah saintis Yunani purba Democritus percaya bahawa zarah jirim sentiasa bergerak. Dalam pepejal, dalam keadaan normal, atom, molekul, ion tidak mempunyai peluang untuk meninggalkan kekisi kristal, untuk membebaskan diri mereka daripada ikatan dengan zarah lain. Ini hanya boleh dilakukan apabilasejumlah besar tenaga dari luar.
Dalam cecair, jarak antara zarah lebih besar sedikit daripada pepejal, ia memerlukan lebih sedikit tenaga untuk memecahkan ikatan antara molekul. Sebagai contoh, keadaan agregat cecair oksigen diperhatikan hanya apabila suhu gas turun kepada -183 °C. Pada −223 °C, molekul O2 membentuk pepejal. Apabila suhu meningkat melebihi nilai yang diberikan, oksigen bertukar menjadi gas. Ia dalam bentuk ini bahawa ia berada di bawah keadaan biasa. Di perusahaan perindustrian, terdapat pemasangan khas untuk memisahkan udara atmosfera dan mendapatkan nitrogen dan oksigen daripadanya. Pertama, udara disejukkan dan dicairkan, dan kemudian suhu meningkat secara beransur-ansur. Nitrogen dan oksigen bertukar menjadi gas dalam keadaan berbeza.
Atmosfera Bumi mengandungi 21% oksigen dan 78% nitrogen mengikut isipadu. Dalam bentuk cecair, bahan-bahan ini tidak terdapat dalam sampul gas planet ini. Oksigen cecair mempunyai warna biru muda dan diisi pada tekanan tinggi ke dalam silinder untuk digunakan dalam kemudahan perubatan. Dalam industri dan pembinaan, gas cecair diperlukan untuk banyak proses. Oksigen diperlukan untuk kimpalan gas dan pemotongan logam, dalam kimia - untuk tindak balas pengoksidaan bahan bukan organik dan organik. Jika anda membuka injap silinder oksigen, tekanan berkurangan, cecair bertukar menjadi gas.
Propana cecair, metana dan butana digunakan secara meluas dalam tenaga, pengangkutan, industri dan aktiviti isi rumah. Bahan-bahan ini diperoleh daripada gas asli atau melalui keretakan(pemisahan) minyak mentah. Campuran cecair dan gas karbon memainkan peranan penting dalam ekonomi banyak negara. Tetapi rizab minyak dan gas asli telah habis teruk. Menurut saintis, bahan mentah ini akan bertahan selama 100-120 tahun. Sumber tenaga alternatif ialah aliran udara (angin). Sungai yang mengalir deras, pasang surut di pantai laut dan lautan digunakan untuk mengendalikan loji janakuasa.
Oksigen, seperti gas lain, boleh berada dalam keadaan pengagregatan keempat, mewakili plasma. Peralihan luar biasa daripada pepejal kepada keadaan gas adalah ciri ciri iodin kristal. Bahan ungu gelap mengalami pemejalwapan - bertukar menjadi gas, memintas keadaan cecair.
Bagaimanakah peralihan daripada satu bentuk agregat jirim ke bentuk jirim yang lain dijalankan?
Perubahan dalam keadaan agregat bahan tidak dikaitkan dengan transformasi kimia, ini adalah fenomena fizikal. Apabila suhu meningkat, banyak pepejal mencair dan bertukar menjadi cecair. Peningkatan selanjutnya dalam suhu boleh menyebabkan penyejatan, iaitu, kepada keadaan gas bahan. Dalam alam semula jadi dan ekonomi, peralihan sedemikian adalah ciri salah satu bahan utama di Bumi. Ais, cecair, wap adalah keadaan air di bawah keadaan luaran yang berbeza. Kompaunnya adalah sama, formulanya ialah H2O. Pada suhu 0 ° C dan di bawah nilai ini, air mengkristal, iaitu, ia berubah menjadi ais. Apabila suhu meningkat, kristal yang terhasil dimusnahkan - ais mencair, air cair sekali lagi diperolehi. Apabila ia dipanaskan, wap air terbentuk. Penyejatan -perubahan air kepada gas - berjalan walaupun pada suhu rendah. Sebagai contoh, lopak beku secara beransur-ansur hilang kerana air menyejat. Walaupun dalam cuaca sejuk, pakaian basah menjadi kering, tetapi proses ini mengambil masa lebih lama berbanding hari yang panas.
Semua peralihan air yang disenaraikan dari satu keadaan ke keadaan lain adalah sangat penting untuk alam semula jadi Bumi. Fenomena atmosfera, iklim dan cuaca dikaitkan dengan penyejatan air dari permukaan lautan, pemindahan kelembapan dalam bentuk awan dan kabus ke darat, pemendakan (hujan, salji, hujan batu). Fenomena ini membentuk asas kitaran air Dunia di alam semula jadi.
Bagaimanakah keadaan agregat sulfur berubah?
Di bawah keadaan biasa, sulfur ialah kristal berkilat terang atau serbuk kuning muda, iaitu pepejal. Keadaan agregat sulfur berubah apabila dipanaskan. Pertama, apabila suhu meningkat kepada 190 ° C, bahan kuning cair, bertukar menjadi cecair mudah alih.
Jika anda menuangkan sulfur cair dengan cepat ke dalam air sejuk, anda akan mendapat jisim amorf berwarna perang. Dengan pemanasan selanjutnya sulfur cair, ia menjadi lebih likat dan menjadi gelap. Pada suhu di atas 300 ° C, keadaan pengagregatan sulfur berubah lagi, bahan memperoleh sifat cecair, menjadi mudah alih. Peralihan ini berlaku kerana keupayaan atom unsur membentuk rantaian dengan panjang yang berbeza.
Mengapa bahan boleh berada dalam keadaan fizikal yang berbeza?
Keadaan pengagregatan sulfur - bahan ringkas - adalah pepejal dalam keadaan biasa. Sulfur dioksida - gas, asid sulfurik -cecair berminyak lebih berat daripada air. Tidak seperti asid hidroklorik dan nitrik, ia tidak meruap; molekul tidak tersejat dari permukaannya. Apakah keadaan pengagregatan sulfur plastik, yang diperoleh dengan memanaskan hablur?
Dalam bentuk amorfus, bahan tersebut mempunyai struktur cecair, dengan kecairan sedikit. Tetapi sulfur plastik pada masa yang sama mengekalkan bentuknya (sebagai pepejal). Terdapat kristal cecair yang mempunyai beberapa sifat ciri pepejal. Oleh itu, keadaan jirim dalam keadaan berbeza bergantung pada sifat, suhu, tekanan dan keadaan luaran yang lain.
Apakah ciri-ciri dalam struktur pepejal?
Perbezaan sedia ada antara keadaan agregat asas jirim dijelaskan oleh interaksi antara atom, ion dan molekul. Sebagai contoh, mengapakah keadaan agregat pepejal jirim membawa kepada keupayaan jasad untuk mengekalkan isipadu dan bentuk? Dalam kekisi kristal logam atau garam, zarah struktur tertarik antara satu sama lain. Dalam logam, ion bercas positif berinteraksi dengan apa yang dipanggil "gas elektron" - pengumpulan elektron bebas dalam sekeping logam. Hablur garam timbul kerana tarikan zarah bercas bertentangan - ion. Jarak antara unit struktur pepejal di atas adalah jauh lebih kecil daripada saiz zarah itu sendiri. Dalam kes ini, daya tarikan elektrostatik bertindak, memberikan kekuatan, dan tolakan tidak cukup kuat.
Untuk memusnahkan keadaan pepejal pengagregatan jirim, adalah perluberusaha. Logam, garam, hablur atom cair pada suhu yang sangat tinggi. Sebagai contoh, besi menjadi cecair pada suhu melebihi 1538 °C. Tungsten adalah refraktori dan digunakan untuk membuat filamen pijar untuk mentol lampu. Terdapat aloi yang menjadi cecair pada suhu melebihi 3000 °C. Banyak batuan dan mineral di Bumi berada dalam keadaan pepejal. Bahan mentah ini diekstrak dengan bantuan peralatan di lombong dan kuari.
Untuk menanggalkan walaupun satu ion daripada kristal, anda perlu menggunakan sejumlah besar tenaga. Tetapi selepas semua, ia cukup untuk melarutkan garam dalam air untuk kekisi kristal hancur! Fenomena ini dijelaskan oleh sifat menakjubkan air sebagai pelarut polar. H2O molekul berinteraksi dengan ion garam, memusnahkan ikatan kimia di antara mereka. Oleh itu, pelarutan bukanlah pencampuran mudah bahan yang berbeza, tetapi interaksi fizikal dan kimia antara mereka.
Bagaimanakah molekul cecair berinteraksi?
Air boleh menjadi cecair, pepejal dan gas (wap). Ini adalah keadaan pengagregatan utamanya di bawah keadaan biasa. Molekul air terdiri daripada satu atom oksigen dengan dua atom hidrogen terikat kepadanya. Terdapat polarisasi ikatan kimia dalam molekul, cas negatif separa muncul pada atom oksigen. Hidrogen menjadi kutub positif dalam molekul dan tertarik kepada atom oksigen molekul lain. Daya lemah ini dipanggil "ikatan hidrogen".
Keadaan cair pencirian pengagregatanjarak antara zarah struktur yang setanding dengan saiznya. Tarikan itu wujud, tetapi ia lemah, jadi air tidak mengekalkan bentuknya. Pengewapan berlaku akibat pemusnahan ikatan, yang berlaku pada permukaan cecair walaupun pada suhu bilik.
Adakah interaksi antara molekul wujud dalam gas?
Keadaan jirim gas berbeza daripada cecair dan pepejal dalam beberapa parameter. Di antara zarah struktur gas terdapat jurang yang besar, jauh lebih besar daripada saiz molekul. Dalam kes ini, daya tarikan tidak berfungsi sama sekali. Keadaan pengagregatan gas adalah ciri-ciri bahan yang terdapat di udara: nitrogen, oksigen, karbon dioksida. Dalam gambar di bawah, kiub pertama diisi dengan gas, yang kedua dengan cecair dan yang ketiga dengan pepejal.
Banyak cecair meruap, molekul bahan terputus dari permukaannya dan masuk ke udara. Sebagai contoh, jika anda membawa kapas yang dicelup dalam ammonia ke pembukaan botol asid hidroklorik terbuka, asap putih kelihatan. Tepat di udara, tindak balas kimia berlaku antara asid hidroklorik dan ammonia, ammonium klorida diperolehi. Dalam keadaan jirim apakah bahan ini? Zarah-zarahnya, yang membentuk asap putih, adalah kristal pepejal terkecil garam. Percubaan ini mesti dijalankan di bawah hud wasap, bahannya adalah toksik.
Kesimpulan
Keadaan pengagregatan gas telah dikaji oleh ramai ahli fizik dan ahli kimia yang cemerlang: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Para saintis telah merumuskan undang-undang yang menerangkan kelakuan bahan gas dalam tindak balas kimia apabila keadaan luaran berubah. Kebiasaan terbuka bukan sahaja memasuki sekolah dan buku teks universiti fizik dan kimia. Banyak industri kimia berdasarkan pengetahuan tentang kelakuan dan sifat bahan dalam keadaan agregat yang berbeza.
