هر ماده ای از مولکول ها تشکیل شده است و خواص فیزیکی آن به نحوه ترتیب مولکول ها و نحوه تعامل آنها با یکدیگر بستگی دارد. V زندگی معمولیما سه حالت مجموع ماده را مشاهده می کنیم - جامد، مایع و گاز.

به عنوان مثال، آب می تواند در حالت جامد (یخ)، مایع (آب) و گاز (بخار) باشد.

گازگسترش می یابد تا زمانی که کل حجم اختصاص داده شده به آن را پر کند. اگر گاز را روشن در نظر بگیریم سطح مولکولی، شاهد پرتاب و برخورد تصادفی مولکول هایی با یکدیگر و با دیواره های رگ خواهیم بود که اما عملاً با یکدیگر برهمکنش ندارند. اگر حجم ظرف کم یا زیاد شود، مولکول ها به طور مساوی در حجم جدید توزیع می شوند.

برخلاف گاز در یک دمای معین، حجم ثابتی را اشغال می کند، با این حال، به شکل یک ظرف پر می شود - اما فقط زیر سطح سطح آن. در سطح مولکولی، یک مایع به راحتی به شکل مولکول های کروی نمایش داده می شود، که اگرچه در تماس نزدیک با یکدیگر هستند، اما آزادی غلتیدن نسبت به یکدیگر، مانند دانه های گرد در یک شیشه را دارند. مایع را در ظرف بریزید - و مولکول ها به سرعت پخش می شوند و قسمت پایینی حجم ظرف را پر می کنند ، در نتیجه مایع شکل خود را به خود می گیرد ، اما به حجم کامل ظرف پخش نمی شود.

جامدشکل خاص خود را دارد، روی حجم ظرف پخش نمی شودو شکل خود را به خود نمی گیرد. در سطح میکروسکوپی، اتم ها به یکدیگر متصل می شوند. پیوندهای شیمیایی، و موقعیت آنها نسبت به یکدیگر ثابت است. در همان زمان، آنها می توانند ساختارهای منظم منظم - شبکه های کریستالی - و یک توده نامنظم - اجسام بی شکل را تشکیل دهند (این دقیقاً ساختار پلیمرهایی است که مانند ماکارونی درهم و چسبیده در یک کاسه به نظر می رسند).

در بالا، سه حالت کلاسیک تجمع شرح داده شد. با این حال، حالت چهارمی وجود دارد که فیزیکدانان تمایل دارند آن را به تعداد تجمعات نسبت دهند. این حالت پلاسما است. پلاسما با حذف جزئی یا کامل الکترون ها از مدارهای اتمی خود مشخص می شود، در حالی که خود الکترون های آزاد درون ماده باقی می مانند.

ما می‌توانیم با چشمان خود تغییر حالت‌های مجموع ماده را در طبیعت مشاهده کنیم. آب از سطح مخازن تبخیر شده و ابر تشکیل می شود. به این ترتیب مایع به گاز تبدیل می شود. در زمستان، آب در مخازن یخ می زند و به حالت جامد تبدیل می شود و در بهار دوباره ذوب می شود و دوباره به مایع تبدیل می شود. وقتی یک ماده از حالتی به حالت دیگر می رسد برای مولکول های آن چه اتفاقی می افتد؟ آیا آنها تغییر می کنند؟ به عنوان مثال، آیا مولکول های یخ با مولکول های بخار تفاوت دارند؟ پاسخ صریح است: نه. مولکول ها دقیقاً یکسان می مانند. انرژی جنبشی آنها تغییر می کند، و بر این اساس، خواص ماده تغییر می کند.

انرژی مولکول‌های بخار به اندازه‌ای بزرگ است که در جهات مختلف پراکنده شوند، و وقتی سرد می‌شوند، بخار به مایع متراکم می‌شود و مولکول‌ها همچنان انرژی کافی برای حرکت تقریبا آزاد دارند، اما به اندازه‌ای نیست که از جاذبه مولکول‌های دیگر جدا شوند. و پرواز کن با سرد شدن بیشتر، آب یخ می زند و تبدیل به جامد می شود و انرژی مولکول ها دیگر حتی برای حرکت آزادانه در داخل بدن کافی نیست. آنها در اطراف یک مکان ارتعاش می کنند که توسط نیروهای جاذبه مولکول های دیگر نگه داشته می شوند.

اصلی آموزش عمومی

خط UMK A.V. Peryshkin. فیزیک (7-9)

مقدمه: حالت تجمع ماده

وضعیت تجمع - حالت ماده ای که خواص معینی دارد: توانایی حفظ شکل و حجم، داشتن نظم دوربرد یا کوتاه برد و غیره. وقتی تغییر می کند حالت مجموع مادهتغییر وجود دارد مشخصات فیزیکیو همچنین چگالی، آنتروپی و انرژی آزاد.

چگونه و چرا این تحولات شگفت انگیز رخ می دهد؟ برای درک این موضوع، آن را به خاطر بسپارید همه چیز در اطراف شامل... اتم ها و مولکول های مواد مختلف با یکدیگر تعامل دارند و این ارتباط بین آنهاست که تعیین کننده است حالت تجمع ماده چگونه است.

چهار نوع از مواد کل وجود دارد:

گازی

به نظر می رسد که شیمی اسرار خود را در این دگرگونی های شگفت انگیز برای ما آشکار می کند. با این حال، اینطور نیست. انتقال از یک حالت تجمع به حالت دیگر و همچنین انتشار اشاره دارد پدیده های فیزیکیاز آنجایی که در این دگرگونی ها تغییری در مولکول های ماده ایجاد نمی شود و ترکیب شیمیایی آنها حفظ می شود.

حالت گازی

در سطح مولکولی، گاز یک مولکول بی نظم در حال حرکت است که با دیواره های ظرف و با یکدیگر برخورد می کند، که عملاً با یکدیگر برهمکنش ندارند. از آنجایی که مولکول های گاز به یکدیگر متصل نیستند، گاز کل حجم ارائه شده به آن را پر می کند و تنها زمانی که به یکدیگر برخورد می کند، برهم کنش کرده و جهت خود را تغییر می دهد.

متأسفانه دیدن مولکول های گاز با چشم غیرمسلح و حتی با کمک میکروسکوپ نوری غیرممکن است. با این حال، گاز را می توان لمس کرد. البته، اگر فقط سعی کنید مولکول‌های گازی را که در حال پرواز هستند در کف دست خود بگیرید، موفق نخواهید شد. اما مطمئناً همه دیدند (یا خودشان این کار را کردند) که چگونه شخصی لاستیک ماشین یا دوچرخه را باد کرد و از نرمی و چروک شدن آن باد و کش شد. و "بی وزنی" ظاهری گازها آزمایش توصیف شده در صفحه 39 کتاب درسی "شیمی کلاس 7" ویرایش شده توسط O.S. گابریلیان.

این به این دلیل اتفاق می افتد که حجم محدود بسته لاستیک می شود تعداد زیادی ازمولکول‌هایی که تنگ می‌شوند و بیشتر به یکدیگر و دیواره‌های لاستیک ضربه می‌زنند و در نتیجه، کل تأثیر میلیون‌ها مولکول روی دیواره‌ها توسط ما به عنوان فشار درک می‌شود.

اما اگر گاز کل حجم ارائه شده به آن را اشغال کند، پس چرا به فضا پرواز نمی کند و در سراسر کیهان پخش نمی شود و فضای بین ستاره ای را پر نمی کند؟آیا به این معنی است که چیزی هنوز گازهای جو سیاره را نگه داشته و محدود می کند؟

کاملا درسته. و این - جاذبه زمین... برای جدا شدن از سیاره و پرواز، مولکول ها باید سرعتی بیش از "سرعت فرار" یا دوم داشته باشند. سرعت فضاییو اکثریت قریب به اتفاق مولکول ها بسیار کندتر حرکت می کنند.

سپس این سوال مطرح می شود: چرا مولکول های گاز به زمین نمی افتند، اما به پرواز ادامه می دهند؟به نظر می رسد که به لطف انرژی خورشیدی، مولکول های هوا دارای یک ذخیره جامد از انرژی جنبشی هستند که به آنها اجازه می دهد در برابر نیروهای گرانش حرکت کنند.

این مجموعه شامل سوالات و وظایف جهت گیری های مختلف است: محاسبه شده، کیفی و گرافیکی. فنی، عملی و تاریخی. وظایف بر اساس موضوع مطابق با ساختار کتاب درسی "فیزیک" توزیع می شود. درجه 9 "نویسندگان A. V. Peryshkin، E. M. Gutnik هستند و به شما اجازه می دهند تا الزامات اعلام شده توسط استانداردهای آموزشی ایالتی فدرال را اجرا کنید. نتایج شخصییادگیری.

حالت مایع

با افزایش فشار و / یا کاهش دما، گازها را می توان به حالت مایع تبدیل کرد. در طلوع قرن نوزدهم فیزیکدان انگلیسیو مایکل فارادی شیمیدان موفق به مایع کردن کلر و دی اکسید کربنآنها را در دمای بسیار پایین فشرده کنید. با این حال، برخی از گازها در آن زمان تسلیم دانشمندان نشدند و همانطور که مشخص شد، این کمبود فشار نبود، بلکه ناتوانی در کاهش دما به حداقل مورد نیاز بود.

یک مایع، برخلاف گاز، حجم مشخصی را اشغال می کند، اما به شکل یک ظرف نیز در زیر سطح سطح پر می شود. مایع را می توان به صورت دانه های گرد یا غلات در یک شیشه تجسم کرد. مولکول های مایع در تعامل نزدیک با یکدیگر هستند، اما نسبت به یکدیگر آزادانه حرکت می کنند.

اگر یک قطره آب روی سطح باقی بماند پس از مدتی از بین می رود. اما ما به یاد داریم که به لطف قانون بقای جرم-انرژی، هیچ چیز بدون هیچ ردی ناپدید نمی شود و ناپدید نمی شود. مایع تبخیر می شود، یعنی. حالت تجمع خود را به گاز تغییر می دهد.

تبخیر - این فرآیند تبدیل حالت تجمع یک ماده است که در آن مولکول هایی که انرژی جنبشی آنها از انرژی پتانسیل برهمکنش بین مولکولی بیشتر است از سطح یک مایع یا جامد بلند می شوند..

تبخیر از سطح جامدات نامیده می شود تصعیدیا تصعید... اکثر به روشی سادهمشاهده سابلیمیشن استفاده از گلوله های خفن برای مبارزه با شب پره ها است. اگر بوی مایع یا جامد را حس کردید، تبخیر در حال وقوع است. از این گذشته، بینی فقط مولکول های معطر ماده را می گیرد.

مایعات در همه جا انسان را احاطه می کنند. خواص مایعات نیز برای همه آشنا است - آنها ویسکوزیته، سیالیت هستند. وقتی در مورد شکل مایع صحبت می شود، بسیاری می گویند که مایع شکل خاصی ندارد. اما این فقط روی زمین اتفاق می افتد. به لطف نیروی گرانش، یک قطره آب تغییر شکل می دهد.

با این حال، بسیاری دیده اند که چگونه فضانوردان توپ های آبی با اندازه های مختلف را در گرانش صفر می گیرند. در غیاب جاذبه، مایع به شکل یک توپ در می آید. و نیروی کشش سطحی شکلی کروی به مایع می دهد. حباب ها راهی عالی برای شناخت نیروهای کشش سطحی روی زمین هستند.

یکی دیگر از ویژگی های مایع ویسکوزیته است. ویسکوزیته به فشار، ترکیب شیمیایی و دما بستگی دارد. اکثر سیالات از قانون ویسکوزیته نیوتن پیروی می کنند که در قرن نوزدهم کشف شد. با این حال، تعدادی مایع با ویسکوزیته بالا وجود دارد که تحت شرایط خاصی مانند جامدات رفتار می کنند و از قانون ویسکوزیته نیوتن تبعیت نمی کنند. چنین محلول هایی سیالات غیر نیوتنی نامیده می شوند. ساده ترین مثال مایع غیر نیوتنی، سوسپانسیون نشاسته در آب است. اگر بر روی یک سیال غیر نیوتنی توسط نیروهای مکانیکی عمل کنید، سیال شروع به گرفتن خواص جامدات می کند و مانند یک جامد رفتار می کند.

حالت جامد

اگر در یک مایع، بر خلاف گاز، مولکول ها دیگر به طور آشفته حرکت نکنند، بلکه در اطراف مراکز خاصی حرکت کنند، آنگاه در حالت جامد تجمع مادهاتم ها و مولکول ها ساختار واضحی دارند و شبیه سربازان ساخته شده در رژه هستند. و به لطف شبکه کریستالی مواد جامدحجم مشخصی را اشغال کرده و شکل ثابتی دارند.

در شرایط معین، موادی که در حالت مجموع یک مایع هستند، می توانند به جامد تبدیل شوند و اجسام جامد، برعکس، ذوب شده و با حرارت دادن به مایع تبدیل می شوند.

این امر به این دلیل اتفاق می افتد که وقتی گرم می شود، انرژی داخلی افزایش می یابد، به ترتیب، مولکول ها شروع به حرکت سریعتر می کنند و با رسیدن به دمای ذوب، شبکه کریستالی شروع به فروپاشی می کند و حالت تجمع ماده تغییر می کند. اکثر اجسام کریستالیحجم در طول ذوب افزایش می یابد، اما استثناهایی وجود دارد، به عنوان مثال، یخ، چدن.

بسته به نوع ذرات تشکیل دهنده شبکه کریستالی یک جامد، ساختار زیر متمایز می شود:

مولکولی،

فلز.

برخی از مواد تغییر حالت تجمعبه راحتی اتفاق می افتد، به عنوان مثال، در نزدیکی آب؛ سایر مواد به شرایط خاص (فشار، دما) نیاز دارند. ولی در فیزیک مدرندانشمندان حالت مستقل دیگری از ماده را تشخیص می دهند - پلاسما.

پلاسما - گاز یونیزه با چگالی یکسان بارهای مثبت و منفی... در طبیعت زنده، پلاسما در خورشید یا در هنگام رعد و برق است. شفق شمالیو حتی آتش آشنا که در هنگام گردش به طبیعت ما را با گرمای خود گرم می کند نیز به پلاسما اشاره دارد.

پلاسمای ساخته شده مصنوعی به هر شهری روشنایی می بخشد. تابلوهای نئونی فقط پلاسمای با دمای پایین در لوله های شیشه ای هستند. لامپ های فلورسنتی که ما به آنها عادت کرده ایم نیز با پلاسما پر شده اند.

پلاسما به دمای پایین - با درجه یونیزاسیون حدود 1٪ و دمای تا 100 هزار درجه و دمای بالا - یونیزاسیون حدود 100٪ و دمای 100 میلیون درجه تقسیم می شود (این حالت پلاسما است. در ستاره).

پلاسما با دمای پایین در لامپ های فلورسنت که برای ما آشنا هستند به طور گسترده در زندگی روزمره استفاده می شود.

پلاسمای با دمای بالا در واکنش های همجوشی حرارتی استفاده می شود و دانشمندان امید خود را به استفاده از آن به عنوان جایگزینی برای انرژی اتمی از دست نمی دهند، اما کنترل در این واکنش ها بسیار دشوار است. و واکنش کنترل نشده گرما هسته ای زمانی که اتحاد جماهیر شوروی یک بمب گرما هسته ای را در 12 اوت 1953 آزمایش کرد، خود را به عنوان سلاحی با قدرت عظیم تثبیت کرد.

خرید کنید

برای بررسی جذب مواد، ما یک تست کوچک ارائه می دهیم.

1. مواردی که در مورد حالت های کل اعمال نمی شود:

مایع

سبک +

2. ویسکوزیته سیالات نیوتنی به موارد زیر بستگی دارد:

قانون بویل-ماریوت

قانون ارشمیدس

قانون ویسکوزیته نیوتن +

3. چرا جو زمین به فضای بیرونی پرواز نمی کند:

زیرا مولکول های گاز نمی توانند دومین سرعت کیهانی را توسعه دهند

زیرا مولکول های گاز تحت تأثیر گرانش هستند +

هر دو پاسخ صحیح است

4. آنچه در مورد مواد آمورف صدق نمی کند:

• موم آب بندی

• اهن +

5. هنگام خنک شدن، حجم در موارد زیر افزایش می یابد:

• یخ +

برای اینکه بفهمید حالت تجمع یک ماده چگونه است، خود را در تابستان در نزدیکی رودخانه با بستنی در دست به یاد بیاورید یا تصور کنید. عکس عالی، اینطور نیست؟

بنابراین، در این بت علاوه بر لذت بردن، می توانید به مشاهده فیزیکی نیز بپردازید. به آب توجه کنید. در رودخانه مایع، در ترکیب بستنی به شکل یخ جامد و در آسمان به صورت ابر گازی است. یعنی همزمان در سه حالت مختلف است. در فیزیک به این حالت تجمع ماده می گویند. سه حالت تجمع وجود دارد - جامد، مایع و گاز.

تغییر در حالت های کل ماده

ما می‌توانیم با چشمان خود تغییر حالت‌های مجموع ماده را در طبیعت مشاهده کنیم. آب از سطح مخازن تبخیر شده و ابر تشکیل می شود. به این ترتیب مایع به گاز تبدیل می شود. در زمستان، آب در مخازن یخ می زند و به حالت جامد تبدیل می شود و در بهار دوباره ذوب می شود و دوباره به مایع تبدیل می شود. وقتی یک ماده از حالتی به حالت دیگر می رسد برای مولکول های آن چه اتفاقی می افتد؟ آیا آنها تغییر می کنند؟ به عنوان مثال، آیا مولکول های یخ با مولکول های بخار تفاوت دارند؟ پاسخ صریح است: نه. مولکول ها دقیقاً یکسان می مانند. انرژی جنبشی آنها تغییر می کند، و بر این اساس، خواص ماده تغییر می کند.انرژی مولکول‌های بخار به اندازه‌ای بزرگ است که در جهات مختلف پراکنده شوند، و وقتی سرد می‌شوند، بخار به مایع متراکم می‌شود و مولکول‌ها همچنان انرژی کافی برای حرکت تقریبا آزاد دارند، اما به اندازه‌ای نیست که از جاذبه مولکول‌های دیگر جدا شوند. و پرواز کن با سرد شدن بیشتر، آب یخ می زند و تبدیل به جامد می شود و انرژی مولکول ها دیگر حتی برای حرکت آزادانه در داخل بدن کافی نیست. آنها در اطراف یک مکان ارتعاش می کنند که توسط نیروهای جاذبه مولکول های دیگر نگه داشته می شوند.

ماهیت حرکت و وضعیت مولکول ها در حالت های مختلف تجمع را می توان در جدول زیر منعکس کرد:

فرآیندهایی که در آن تغییر در وضعیت تجمع مواد وجود دارد، در مجموع شش.

انتقال یک ماده از حالت جامد به مایع را می گویند ذوب شدن، روند معکوس است تبلور... وقتی ماده ای از مایع به گاز می رسد، آن را می گویند تبخیر شدن، از گاز به مایع - متراکم شدن... انتقال مستقیم از حالت جامد به گاز، با دور زدن حالت مایع، نامیده می شود تصعید، روند معکوس است تصعید زدایی.

• 1. ذوب شدن
• 2. تبلور
• 3. تولید بخار
• 4. تراکم
• 5. تصعید
• 6. تصعید زدایی

نمونه هایی از همه این انتقال هاما بیش از یک بار در زندگی خود دیده ایم. یخ ذوب می شود و آب تشکیل می شود، آب تبخیر می شود و بخار تشکیل می دهد. V سمت معکوسبخار، متراکم می شود، دوباره به آب می رود و آب، یخ زده، تبدیل به یخ می شود. و اگر فکر می کنید که فرآیندهای تصعید و تصعید را نمی دانید، در نتیجه گیری عجله نکنید. بوی هر جسم جامدی چیزی جز تصعید نیست. برخی از مولکول ها از بدن خارج می شوند و گازی را تشکیل می دهند که ما می توانیم آن را بو کنیم. و نمونه ای از روند معکوس، الگوهای روی شیشه در زمستان است، زمانی که بخار موجود در هوا یخ می زند و روی شیشه می نشیند و الگوهای عجیب و غریبی را تشکیل می دهد.

تعریف 1

حالات مجموع ماده(از زبان لاتین "aggrego" به معنای "چسبیدن"، "پیوند") - اینها حالتهای یک ماده به شکل جامد، مایع و گاز هستند.

در طول انتقال از یک حالت به حالت دیگر، یک تغییر پرش مانند در انرژی، آنتروپی، چگالی و سایر خواص ماده مشاهده می شود.

اجسام جامد و مایع

اجسام جامد- اینها اجسامی هستند که با ثبات شکل و حجم خود متمایز می شوند.

در جامدات، فواصل بین مولکولی کوچک است و انرژی پتانسیل مولکول ها را می توان با انرژی جنبشی مقایسه کرد.

جامدات به 2 نوع تقسیم می شوند:

1. کریستالی؛
2. بی شکل.

فقط اجسام کریستالی در حالت تعادل ترمودینامیکی هستند. اجسام آمورف، در واقع، حالت های فراپایدار هستند که از نظر ساختار شبیه به مایعات غیرتعادلی هستند و به آرامی متبلور می شوند. یک فرآیند کریستالیزاسیون بسیار آهسته در یک جسم آمورف اتفاق می افتد، فرآیند تبدیل تدریجی یک ماده به فاز کریستالی. تفاوت بین کریستال و جامد بی شکل، اول از همه، در ناهمسانگردی خواص آن است. خواص یک جسم کریستالی بسته به جهت در فضا تعیین می شود. فرآیندهای مختلف(مثلاً رسانایی حرارتی، هدایت الکتریکی، نور، صوت) در جهات مختلف یک جامد به طرق مختلف انتشار می یابند. اما اجسام آمورف (به عنوان مثال، شیشه، رزین، پلاستیک) مانند مایعات همسانگرد هستند. تفاوت بین اجسام آمورف و مایعات فقط در این است که دومی سیال هستند ، تغییر شکل برشی استاتیک در آنها رخ نمی دهد.

اجسام کریستالی درست را دارند ساختار مولکولی... به دلیل ساختار صحیح است که کریستال دارای خواص ناهمسانگرد است. چیدمان صحیح اتم های کریستال به اصطلاح شبکه کریستالی ایجاد می کند. در جهات مختلف، آرایش اتم ها در شبکه متفاوت است که منجر به ناهمسانگردی می شود. اتم ها (یون ها یا کل مولکول ها) در شبکه کریستالی حرکت ارتعاشی تصادفی را در نزدیکی موقعیت های میانی انجام می دهند که به عنوان گره های شبکه کریستالی در نظر گرفته می شوند. هر چه دما بیشتر باشد، انرژی ارتعاش و در نتیجه متوسط ​​دامنه ارتعاش بالاتر است. اندازه کریستال بسته به دامنه ارتعاش تعیین می شود. افزایش دامنه ارتعاشات منجر به افزایش سایز بدن می شود. این انبساط حرارتی جامدات را توضیح می دهد.

تعریف 3

اجسام مایع- اینها اجسامی هستند که حجم مشخصی دارند، اما شکل کشسانی ندارند.

برای ماده در حالت مایعبرهمکنش بین مولکولی قوی و تراکم پذیری کم مشخصه است. مایع بین جامد و گاز موقعیت میانی می گیرد. مایعات نیز مانند گازها دارای خواص ایزوتوپی هستند. علاوه بر این، مایع دارای خاصیت جریان پذیری است. در آن، مانند گازها، تنش مماسی (تنش برشی) اجسام وجود ندارد. مایعات سنگین هستند، یعنی می توان وزن مخصوص آنها را با وزن مخصوص جامدات مقایسه کرد. دمای نزدیک به تبلور، ظرفیت گرمایی و سایر خواص حرارتی آنها نزدیک به خواص متناظر جامدات است. در مایعات، آرایش صحیح اتم ها تا حد معینی مشاهده می شود، اما فقط در مناطق کوچک. در اینجا، اتم ها نیز در اطراف گره های سلول شبه بلوری در نوسان هستند، با این حال، بر خلاف اتم های یک جامد، آنها به طور دوره ای از یک مکان به مکان دیگر می پرند. در نتیجه، حرکت اتم ها بسیار پیچیده خواهد بود: ارتعاشی، اما در عین حال مرکز ارتعاشات در فضا حرکت می کند.

گاز- این حالتی از ماده است که در آن فاصله بین مولکول ها بسیار زیاد است.

نیروهای برهمکنش بین مولکول ها در فشارهای پایین را می توان نادیده گرفت. ذرات گاز کل حجمی را که برای گاز در نظر گرفته شده است پر می کنند. گازها به عنوان بخارهای بسیار گرم یا غیر اشباع در نظر گرفته می شوند. نوع خاصی از گاز پلاسما (گاز نیمه یا کاملاً یونیزه شده است که در آن چگالی بارهای مثبت و منفی تقریباً یکسان است). یعنی پلاسما گازی از ذرات باردار است که با استفاده از نیروهای الکتریکی در فواصل بسیار زیاد با یکدیگر برهم کنش دارند، اما محل ذرات دور و نزدیک ندارند.

همانطور که می دانید، مواد قادر به عبور از یک حالت تجمع به حالت دیگر هستند.

تعریف 5

تبخیرفرآیند تغییر حالت تجمع یک ماده است که در آن مولکول ها از سطح یک جسم مایع یا جامد خارج می شوند و انرژی جنبشی آن انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها را تغییر می دهد.

تبخیر یک انتقال فاز است. هنگامی که تبخیر می شود، بخشی از مایع یا جامد به بخار تبدیل می شود.

تعریف 6

به ماده ای در حالت گازی که با مایع در تعادل دینامیکی است اشباع می گویند کشتی... در این حالت، تغییر انرژی درونی بدن برابر است با:

∆ U = ± m r (1)،

که در آن m وزن بدن است، r گرمای ویژه تبخیر (D l / kg) است.

تعریف 7

متراکم شدنفرآیند معکوس تبخیر است.

تغییر انرژی داخلی با فرمول (1) محاسبه می شود.

تعریف 8

ذوب شدنفرآیند تبدیل یک ماده از حالت جامد به حالت مایع، فرآیند تغییر حالت تجمع یک ماده است.

هنگامی که یک ماده گرم می شود، انرژی داخلی آن رشد می کند، بنابراین، سرعت حرکت حرارتی مولکول ها افزایش می یابد. هنگامی که یک ماده به نقطه ذوب خود می رسد، شبکه کریستالی یک جامد از بین می رود. پیوندهای بین ذرات نیز از بین می رود و انرژی برهمکنش بین ذرات افزایش می یابد. گرمایی که به بدن منتقل می شود برای افزایش انرژی درونی بدن مورد استفاده قرار می گیرد و بخشی از انرژی صرف انجام کار تغییر حجم بدن هنگام ذوب می شود. در بسیاری از اجسام کریستالی، حجم در طول ذوب افزایش می یابد، اما استثناهایی وجود دارد (به عنوان مثال، یخ، چدن). اجسام آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند. ذوب یک انتقال فاز است که با تغییر ناگهانی ظرفیت گرمایی در دمای ذوب مشخص می شود. نقطه ذوب به ماده بستگی دارد و در طول فرآیند بدون تغییر باقی می ماند. سپس تغییر انرژی درونی بدن برابر است با:

∆ U = ± m λ (2)،

که در آن λ گرمای ویژه همجوشی است (D مایع / کیلوگرم گرم).

تعریف 9

تبلورفرآیند معکوس ذوب است.

تغییر انرژی داخلی با فرمول (2) محاسبه می شود.

تغییر انرژی داخلی هر یک از بدنه های سیستم در هنگام گرمایش یا سرمایش با فرمول محاسبه می شود:

∆ U = m c ∆ T (3)،

که در آن c ظرفیت گرمایی ویژه ماده است، D l kg K، △ T تغییر دمای بدن است.

تعریف 10

هنگام در نظر گرفتن تبدیل مواد از یک حالت تجمع به حالت دیگر، نمی توان بدون به اصطلاح انجام داد. معادلات تعادل حرارتی: مجموع گرمای آزاد شده در یک سیستم عایق حرارتی برابر با مقدار گرمایی (کل) است که در این سیستم جذب می شود.

Q 1 + Q 2 + Q 3 +. ... ... + Q n = Q "1 + Q" 2 + Q "3 +... + Q" k.

در واقع معادله تعادل حرارتی قانون پایستگی انرژی برای فرآیندهای انتقال حرارت در سیستم های عایق حرارتی است.

مثال 1

ظرف عایق شده حاوی آب و یخ با دمای t i = 0 درجه سانتیگراد است. جرم آب m υ و یخ m i به ترتیب برابر با 5/0 کیلوگرم و 60 گرم است بخار آب با جرم m p = 10 گرم در دمای t p = 100 درجه سانتی گراد به آب تزریق می شود. دمای آب در ظرف پس از برقراری تعادل حرارتی چقدر خواهد بود؟ در این حالت نیازی به در نظر گرفتن ظرفیت حرارتی ظرف نیست.

تصویر 1

راه حل

اجازه دهید تعیین کنیم که چه فرآیندهایی در سیستم انجام می شود، چه حالت های ماده ای را مشاهده کردیم و چه چیزی دریافت کردیم.

بخار آب متراکم می شود و گرما می دهد.

از انرژی حرارتی برای ذوب یخ و احتمالاً برای گرم کردن آب موجود و به دست آمده از یخ استفاده می شود.

اول از همه، بیایید بررسی کنیم که در طول تراکم جرم بخار موجود چه مقدار گرما آزاد می شود:

Q p = - r m p; Q p = 2, 26 · 10 6 · 10 - 2 = 2, 26 · 10 4 (D g),

در اینجا، از مواد مرجع، r = 2, 26 · 10 6 J l k g - گرمای ویژه تبخیر (برای تراکم نیز استفاده می شود) داریم.

مقدار حرارت زیر برای ذوب یخ مورد نیاز است:

Q i = λ m i Q i = 6 10 - 2 3، 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D g)،

در اینجا، از مواد مرجع، λ = 3، 3 · 10 5 J l kg داریم - گرمای ویژه ذوب یخ.

معلوم می شود که بخار بیش از حد لازم گرما می دهد و فقط یخ موجود را ذوب می کند، به این معنی که معادله تعادل حرارتی را به صورت زیر می نویسیم:

r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i).

گرما در طی تراکم بخار با جرم m p و خنک شدن آب ایجاد شده از بخار از دمای T p به T مورد نظر آزاد می شود. گرما با ذوب یخ با جرم m i و گرم کردن آب با جرم m υ + m i از دمای Ti تا T جذب می شود. ما T - T i = ∆ T را برای تفاوت T p - T نشان می دهیم که به دست می آید:

T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T.

معادله تعادل حرارتی به صورت زیر خواهد بود:

r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + m i) ∆ T; c (m υ + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + m i + m p.

بیایید با در نظر گرفتن این واقعیت که ظرفیت گرمایی آب جدولی است محاسبات را انجام دهیم

c = 4.2 10 3 J l k g K، T p = tp + 273 = 373 K، T i = ti + 273 = 273 K: ∆ T = 2، 26 10 6 10 - 2 + 4، 2 · 10 3 · 10 - 2 · 10 2 - 6 · 10 - 2 · 3, 3 · 10 5 4, 2 · 10 3 · 5, 7 · 10 - 1 ≈ 3 (K),

سپس T = 273 + 3 = 276 K

پاسخ:دمای آب داخل ظرف پس از برقراری تعادل حرارتی برابر با 276 کلوین خواهد بود.

مثال 2

شکل 2 بخشی از ایزوترم را نشان می دهد که مربوط به انتقال یک ماده از حالت کریستالی به حالت مایع است. چه چیزی مربوط به این سایت در نمودار p، T است؟

طراحی 2

پاسخ:کل مجموعه حالت هایی که در نمودار p، V توسط یک پاره خط افقی در p نشان داده شده است، نمودار T با یک نقطه نشان داده شده است که مقادیر p و T را تعیین می کند، که در آن یک تبدیل از یک وجود دارد. حالت تجمع به دیگری

در صورت مشاهده خطایی در متن، لطفاً آن را انتخاب کرده و Ctrl + Enter را فشار دهید

ادبیات

1. Korovin N.V. شیمی عمومی... - م .: بالاتر. shk. - 1990، 560 ص.

2. گلینکا N.L. شیمی عمومی. - م .: بالاتر. shk. - 1983، 650 ص.

اوگای یا.آ. عمومی و شیمی معدنی... - م .: بالاتر. shk. - 1997، 550

سخنرانی 3-5 (6 ساعت)

مبحث 3. حالت فیزیکی ماده

هدف از سخنرانی: در نظر گرفتن ویژگی های کلی حالت تجمع ماده. برای تجزیه و تحلیل جزئیات حالت گازی ماده، قوانین گازهای ایده آل (معادله حالت گاز ایده آل، قوانین بویل-ماریوت، گی-لوساک، چارلز، آووگادرو، دالتون)؛ گازهای واقعی، معادله واندروالس; توصیف حالت مایع و جامد ماده؛ انواع شبکه های کریستالی: مولکولی، اتمی-کووالانسی، یونی، فلزی و مختلط.

موضوعات مورد مطالعه:

3.1. ویژگی های عمومیحالت مجموع ماده

3.2. حالت گازی ماده. قوانین گازهای ایده آل گازهای واقعی

3.3. ویژگی های حالت مایع ماده.

3.4. مشخصه حالت جامد

3.5. انواع شبکه های کریستالی.

تقریبا همه مواد شناخته شدهبسته به شرایط، آنها در حالت گاز، مایع، جامد یا پلاسما هستند. به این می گویند حالت تجمع ... وضعیت تجمع تأثیری ندارد خواص شیمیاییو ساختار شیمیایی یک ماده، اما بر وضعیت فیزیکی (چگالی، ویسکوزیته، دما و غیره) و سرعت فرآیندهای شیمیایی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، آب در حالت گاز بخار است، در حالت مایع - مایع، در حالت جامد - یخ، برف، یخ. ترکیب شیمیایییکسان است، اما خواص فیزیکی متفاوت است. تفاوت در خواص فیزیکی با فواصل مختلف بین مولکول های ماده و نیروهای جاذبه بین آنها مرتبط است.

گازها مشخص می شوند مسافت های طولانیبین مولکول ها و نیروهای کوچک جاذبه مولکول های گاز در حرکت آشفته ای هستند. این واقعیت را توضیح می دهد که چگالی گازها کم است، آنها شکل خاص خود را ندارند، آنها کل حجم ارائه شده به آنها را اشغال می کنند، هنگامی که فشار تغییر می کند، گازها حجم خود را تغییر می دهند.

در حالت مایعمولکول ها به هم نزدیکتر هستند، نیروهای جاذبه بین مولکولی افزایش می یابد، مولکول ها در یک حرکت انتقالی آشفته هستند. بنابراین، چگالی مایعات بسیار بیشتر از چگالی گازها است، حجم آن تعیین می شود، تقریباً به فشار بستگی ندارد، اما مایعات شکل خاص خود را ندارند، اما شکل ظرف ارائه شده را به خود می گیرند. آنها با "نظم کوتاه برد" مشخص می شوند، یعنی اصول یک ساختار کریستالی (که در زیر مورد بحث قرار می گیرد).

در جامداتذرات (مولکول ها، اتم ها، یون ها) به قدری به یکدیگر نزدیک هستند که نیروهای جاذبه توسط نیروهای دافعه متعادل می شوند، یعنی ذرات دارای حرکات نوسانی هستند و هیچ حرکت انتقالی وجود ندارد. بنابراین، ذرات جامدات در نقاط خاصی از فضا قرار دارند، آنها با "نظم دوربرد" مشخص می شوند (که در زیر مورد بحث قرار می گیرد)، جامدات دارای شکل، حجم مشخصی هستند.

پلاسماهر جسمی است که در آن ذرات باردار الکتریکی (الکترون ها، هسته ها یا یون ها) به طور آشفته حرکت می کنند. حالت پلاسما در طبیعت غالب است و تحت تأثیر عوامل یونیزه کننده ایجاد می شود: دمای بالا، تخلیه الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی با انرژی بالا و غیره. دو نوع پلاسما وجود دارد: همدماو تخلیه گاز . اولین مورد تحت تأثیر دمای بالا بوجود می آید، کاملاً پایدار است، برای مدت طولانی وجود دارد، به عنوان مثال، خورشید، ستاره ها، رعد و برق توپ... دومی تحت تأثیر تخلیه الکتریکی ایجاد می شود و فقط در حضور میدان الکتریکی پایدار است، به عنوان مثال، در لوله های روشنایی گاز. پلاسما را می توان گازی یونیزه دانست که از قوانین یک گاز ایده آل تبعیت می کند.