Svaka tvar se sastoji od molekula, a njezina fizička svojstva ovise o tome kako su molekule uređene i kako međusobno djeluju. V uobicajen život promatramo tri agregatna stanja tvari – čvrsto, tekuće i plinovito.

Na primjer, voda može biti u čvrstom (led), tekućem (voda) i plinovitom (para) stanju.

Plinširi dok ne ispuni cijeli volumen koji mu je dodijeljen. Ako uzmemo u obzir da je plin uključen molekularnoj razini, vidjet ćemo kako se molekule nasumično bacaju i sudaraju jedna s drugom i sa stijenkama posude, koje, međutim, praktički ne stupaju u interakciju jedna s drugom. Ako se volumen posude poveća ili smanji, molekule će se ravnomjerno preraspodijeliti u novom volumenu.

Za razliku od plina na danoj temperaturi, on zauzima fiksni volumen, međutim, također ima oblik posude koju treba napuniti - ali samo ispod razine svoje površine. Na molekularnoj razini tekućina se najlakše predstavlja u obliku sfernih molekula, koje, iako su u bliskom kontaktu jedna s drugom, imaju slobodu kotrljanja jedna u odnosu na drugu, poput okruglih perli u staklenki. Ulijte tekućinu u posudu - i molekule će se brzo širiti i ispuniti donji dio volumena posude, kao rezultat toga, tekućina će poprimiti svoj oblik, ali se neće širiti do punog volumena posude.

Čvrsto ima svoj oblik, ne širi se po volumenu posudei ne poprima svoj oblik. Na mikroskopskoj razini atomi se vežu jedan za drugi. kemijske veze, a njihov položaj jedan u odnosu na drugi je fiksan. Istodobno, mogu tvoriti i krute uređene strukture - kristalne rešetke - i neuređenu hrpu - amorfna tijela (to je upravo struktura polimera, koji izgledaju kao zapetljana i zalijepljena tjestenina u zdjeli).

Gore su opisana tri klasična stanja agregacije. Postoji, međutim, i četvrto stanje, koje su fizičari skloni pripisati broju agregata. Ovo je stanje plazme. Plazmu karakterizira djelomično ili potpuno skidanje elektrona iz njihovih atomskih orbita, dok sami slobodni elektroni ostaju unutar tvari.

Promjenu agregatnih stanja tvari možemo promatrati vlastitim očima u prirodi. Voda s površine rezervoara isparava i nastaju oblaci. Tako se tekućina pretvara u plin. Zimi se voda u rezervoarima smrzava, pretvarajući se u čvrsto stanje, a u proljeće se ponovno topi, pretvarajući se natrag u tekućinu. Što se događa s molekulama tvari kada ona prijeđe iz jednog stanja u drugo? Mijenjaju li se? Na primjer, razlikuju li se molekule leda od molekula pare? Odgovor je nedvosmislen: ne. Molekule ostaju potpuno iste. Njihova kinetička energija se mijenja, a prema tome i svojstva tvari.

Energija molekula pare dovoljno je velika da se rasprši u različitim smjerovima, a kada se ohladi, para se kondenzira u tekućinu, a molekule i dalje imaju dovoljno energije za gotovo slobodno kretanje, ali ne dovoljno da se otrgnu od privlačenja drugih molekula. i odletjeti. Daljnjim hlađenjem voda se smrzava, postaje čvrsta, a energija molekula više nije dovoljna ni za slobodno kretanje unutar tijela. Oni vibriraju oko jednog mjesta, držeći ih sile privlačenja drugih molekula.

Glavni opće obrazovanje

UMK linija A.V. Peryshkin. fizika (7-9)

Uvod: stanje agregacije tvari

Stanje agregacije - stanje tvari koja ima određena svojstva: sposobnost održavanja oblika i volumena, imaju dalekometni ili kratki domet i drugo. Kad se promijeni agregatno stanje materije postoji promjena fizikalna svojstva, kao i gustoća, entropija i slobodna energija.

Kako i zašto se događaju te nevjerojatne transformacije? Da biste ovo razumjeli, zapamtite to sve se okolo sastoji od... Atomi i molekule različitih tvari međusobno djeluju, a veza između njih određuje kakvo je agregacijsko stanje tvari.

Postoje četiri vrste agregatnih tvari:

plinoviti

Čini se da nam kemija otkriva svoje tajne u ovim nevjerojatnim transformacijama. Međutim, nije. Prijelaz iz jednog agregacijskog stanja u drugo, kao i difuzija, odnose se na fizičke pojave, budući da u tim transformacijama nema promjena u molekulama tvari i njihov kemijski sastav je očuvan.

Plinovito stanje

Na molekularnoj razini, plin je kaotično pokretne molekule koje se sudaraju sa stijenkama posude i jedna s drugom, koje praktički ne stupaju u interakciju jedna s drugom. Budući da molekule plina nisu međusobno povezane, plin ispunjava cijeli volumen koji mu je dodijeljen, u interakciji i mijenjanju smjera tek kada udari jedna u drugu.

Nažalost, molekule plina je nemoguće vidjeti golim okom, pa čak i uz pomoć svjetlosnog mikroskopa. Međutim, plin se može dotaknuti. Naravno, ako samo pokušate uhvatiti molekule plina koje lete okolo na dlanu, onda nećete uspjeti. No sigurno su svi vidjeli (ili su to sami) kako je netko napuhao gumu automobila ili bicikla, a od mekane i naborane postala je napuhana i elastična. A prividna "betežinski" plinovi će opovrgnuti eksperiment opisan na stranici 39 udžbenika "Kemija 7. razred" urednika O.S. Gabrielyan.

To se događa jer zatvoreni ograničeni volumen gume dobiva veliki broj molekule koje se stisnu i počinju češće udarati jedna o drugu i stijenke gume, a kao rezultat toga, ukupni utjecaj milijuna molekula na stijenke percipiramo kao pritisak.

Ali ako plin zauzima cijeli volumen koji mu je dostavljen, zašto onda ne leti u svemir i ne širi se cijelim svemirom, ispunjavajući međuzvjezdani prostor? Znači li to da atmosfera planeta još uvijek drži i ograničava plinove?

Prilično točno. I to - gravitacija... Kako bi se odvojile od planeta i odletjele, molekule moraju razviti brzinu veću od "brzine bijega" ili sekunde svemirska brzina, a velika većina molekula kreće se puno sporije.

Tada se postavlja sljedeće pitanje: zašto molekule plina ne padaju na tlo, već nastavljaju letjeti? Pokazalo se da zahvaljujući sunčevoj energiji molekule zraka imaju solidnu rezervu kinetičke energije, što im omogućuje kretanje protiv sila gravitacije.

Zbirka sadrži pitanja i zadatke različitih usmjerenja: proračunske, kvalitativne i grafičke; tehnički, praktični i povijesni. Zadaci su raspoređeni po temama u skladu sa strukturom udžbenika „Fizika. 9. razreda "autori A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik i omogućuju vam da implementirate zahtjeve navedene u saveznim državnim obrazovnim standardima za osobni rezultati učenje.

Tekuće stanje

S povećanjem tlaka i/ili smanjenjem temperature, plinovi se mogu pretvoriti u tekuće stanje. U zoru devetnaestog stoljeća engleski fizičar a kemičar Michael Faraday uspio je likvidirati klor i ugljični dioksid komprimirajući ih na vrlo niskim temperaturama. No, neki od plinova tada nisu podlegli znanstvenicima, a, kako se pokazalo, nije riječ o nedostatku tlaka, već o nemogućnosti da se temperatura smanji na potrebni minimum.

Tekućina, za razliku od plina, zauzima određeni volumen, ali također ima oblik posude koju treba napuniti ispod razine površine. Tekućina se može vizualizirati kao okrugle perle ili žitarice u staklenki. Molekule tekućine su u bliskoj interakciji jedna s drugom, ali se slobodno kreću jedna u odnosu na drugu.

Ako kap vode ostane na površini, nakon nekog vremena ona će nestati. Ali sjećamo se da zahvaljujući zakonu održanja mase-energije ništa ne nestaje i ne nestaje bez traga. Tekućina će ispariti, t.j. promijenit će svoje agregatno stanje u plinovito.

Isparavanje - to je proces transformacije agregacijskog stanja tvari u kojem se molekule, čija kinetička energija premašuje potencijalnu energiju međumolekularne interakcije, dižu s površine tekućine ili krute tvari..

Isparavanje s površine čvrstih tijela naziva se sublimacija ili sublimacija... Najviše na jednostavan način Promatrajte sublimaciju je korištenje naftalina za borbu protiv moljaca. Ako osjetite miris tekućine ili krutine, tada dolazi do isparavanja. Uostalom, nos samo hvata aromatične molekule tvari.

Tekućine okružuju osobu posvuda. Svojstva tekućina također su svima poznata - to su viskoznost, fluidnost. Kada se govori o obliku tekućine, mnogi kažu da tekućina nema određeni oblik. Ali to se događa samo na Zemlji. Zahvaljujući sili gravitacije, kap vode se deformira.

Međutim, mnogi su vidjeli kako astronauti hvataju vodene kugle različitih veličina u nultom gravitaciji. U nedostatku gravitacije, tekućina poprima oblik lopte. A sila površinske napetosti daje tekućini sferni oblik. Mjehurići su odličan način da upoznate sile površinske napetosti na Zemlji.

Još jedno svojstvo tekućine je viskoznost. Viskoznost ovisi o tlaku, kemijskom sastavu i temperaturi. Većina tekućina pokorava se Newtonovom zakonu viskoznosti, otkrivenom u 19. stoljeću. Međutim, postoji niz tekućina visoke viskoznosti, koje se pod određenim uvjetima počinju ponašati kao krute tvari i ne poštuju Newtonov zakon viskoznosti. Takve otopine nazivaju se nenjutonovskim tekućinama. Najjednostavniji primjer ne-Newtonove tekućine je suspenzija škroba u vodi. Ako na nenjutonovsku tekućinu djelujete mehaničkim silama, tekućina će početi poprimati svojstva krutih tvari i ponašati se poput krute tvari.

Kruto stanje

Ako se u tekućini, za razliku od plina, molekule više ne kreću kaotično, već oko određenih centara, tada u čvrstom agregacijskom stanju tvari atomi i molekule imaju jasnu strukturu i izgledaju kao izgrađeni vojnici na paradi. I to zahvaljujući kristalnoj rešetki čvrste tvari zauzimaju određeni volumen i imaju stalan oblik.

Pod određenim uvjetima, tvari u agregatnom stanju tekućine mogu se pretvoriti u kruto, a čvrsta tijela, naprotiv, otapaju se i pri zagrijavanju prelaze u tekućinu.

To se događa jer se pri zagrijavanju unutarnja energija povećava, odnosno molekule se počinju kretati brže, a kada se postigne temperatura taljenja, kristalna rešetka se počinje urušavati i stanje agregacije tvari se mijenja. Najviše kristalna tijela volumen se povećava tijekom taljenja, ali postoje iznimke, na primjer, led, lijevano željezo.

Ovisno o vrsti čestica koje tvore kristalnu rešetku čvrste tvari, razlikuje se sljedeća struktura:

molekularni,

metal.

Neke tvari promjena agregatnog stanja događa se lako, kao, na primjer, u blizini vode; druge tvari zahtijevaju posebne uvjete (tlak, temperatura). Ali u moderna fizika znanstvenici razlikuju još jedno neovisno stanje materije - plazmu.

Plazma - ionizirani plin s istom gustoćom i pozitivnih i negativnih naboja... U živoj prirodi plazma je na suncu ili tijekom bljeska munje. polarna svjetlost pa čak i poznata lomača koja nas svojom toplinom grije tijekom izleta u prirodu, također se odnosi na plazmu.

Umjetno stvorena plazma dodaje svjetlinu svakom gradu. Neonski natpisi su samo niskotemperaturna plazma u staklenim cijevima. Fluorescentne svjetiljke na koje smo navikli također su punjene plazmom.

Plazma se dijeli na niskotemperaturnu - sa stupnjem ionizacije od oko 1% i temperaturom do 100 tisuća stupnjeva, i visokotemperaturnu - ionizaciju od oko 100% i temperaturom od 100 milijuna stupnjeva (ovo je stanje plazme u zvijezdama).

Niskotemperaturna plazma u nama poznatim fluorescentnim svjetiljkama naširoko se koristi u svakodnevnom životu.

Visokotemperaturna plazma koristi se u reakcijama termonuklearne fuzije i znanstvenici ne gube nadu da će je koristiti kao zamjenu za atomsku energiju, ali je kontrola u tim reakcijama vrlo teška. A nekontrolirana termonuklearna reakcija nametnula se kao oružje kolosalne snage kada je SSSR testirao termonuklearnu bombu 12. kolovoza 1953. godine.

Kupiti

Za provjeru asimilacije materijala nudimo mali test.

1. Što se ne odnosi na agregatna stanja:

tekućina

svjetlo +

2. Viskoznost Newtonovih tekućina podliježe:

Boyle-Mariotteov zakon

Arhimedov zakon

Newtonov zakon viskoznosti +

3. Zašto Zemljina atmosfera ne leti u svemir:

jer molekule plina ne mogu razviti drugu kozmičku brzinu

jer na molekule plina utječe gravitacija +

oba odgovora su točna

4. Što se ne odnosi na amorfne tvari:

• pečatni vosak

• željezo +

5. Prilikom hlađenja, volumen se povećava za:

• led +

Kako biste razumjeli kakvo je stanje agregacije tvari, sjetite se ili zamislite sebe ljeti u blizini rijeke sa sladoledom u rukama. Sjajna slika, zar ne?

Dakle, u ovoj idili, osim uživanja, možete provoditi i fizičko promatranje. Obratite pažnju na vodu. U rijeci je tekući, u sastavu sladoleda u obliku leda je čvrst, a na nebu u obliku oblaka je plinovit. To jest, istovremeno je u tri različita stanja. U fizici se to naziva stanjem agregacije materije. Postoje tri agregatna stanja - kruto, tekuće i plinovito.

Promjena agregatnih agregatnih stanja materije

Promjenu agregatnih stanja tvari možemo promatrati vlastitim očima u prirodi. Voda s površine rezervoara isparava i nastaju oblaci. Tako se tekućina pretvara u plin. Zimi se voda u rezervoarima smrzava, pretvarajući se u čvrsto stanje, a u proljeće se ponovno topi, pretvarajući se natrag u tekućinu. Što se događa s molekulama tvari kada ona prijeđe iz jednog stanja u drugo? Mijenjaju li se? Na primjer, razlikuju li se molekule leda od molekula pare? Odgovor je nedvosmislen: ne. Molekule ostaju potpuno iste. Njihova kinetička energija se mijenja, a prema tome i svojstva tvari. Energija molekula pare dovoljno je velika da se rasprši u različitim smjerovima, a kada se ohladi, para se kondenzira u tekućinu, a molekule i dalje imaju dovoljno energije za gotovo slobodno kretanje, ali ne dovoljno da se otrgnu od privlačenja drugih molekula. i odletjeti. Daljnjim hlađenjem voda se smrzava, postaje čvrsta, a energija molekula više nije dovoljna ni za slobodno kretanje unutar tijela. Oni vibriraju oko jednog mjesta, držeći ih sile privlačenja drugih molekula.

Priroda kretanja i stanje molekula u različitim stanjima agregacije može se odraziti u sljedećoj tablici:

Procesi u kojima dolazi do promjene agregatnog stanja tvari, ukupno šest.

Prijelaz tvari iz čvrstog u tekuće stanje naziva se topljenje, obrnuti proces je kristalizacija... Kada tvar prijeđe iz tekućine u plin, naziva se isparavanje, iz plina u tekućinu - kondenzacija... Prijelaz iz čvrstog stanja izravno u plinovito, zaobilazeći tekuće stanje, naziva se sublimacija, obrnuti proces je desublimacija.

• 1. Taljenje
• 2. Kristalizacija
• 3. Generiranje pare
• 4. Kondenzacija
• 5. Sublimacija
• 6. Desublimacija

Primjeri svih ovih prijelaza vidjeli smo više puta u životu. Led se topi da nastane voda, voda isparava u paru. V obrnuta strana para se, kondenzirajući, vraća u vodu, a voda, smrzavajući, postaje led. A ako mislite da ne poznajete procese sublimacije i desublimacije, nemojte žuriti sa zaključcima. Miris bilo kojeg čvrstog tijela nije ništa drugo do sublimacija. Neke od molekula se izbacuju iz tijela, stvarajući plin, koji možemo namirisati. A primjer obrnutog procesa su uzorci na staklu zimi, kada se para u zraku smrzava i taloži na staklu i stvara bizarne uzorke.

Definicija 1

Agregatna stanja materije(od lat. “aggrego” znači “pričvrstiti”, “vezati”) - to su stanja iste tvari u čvrstom, tekućem i plinovitom obliku.

Tijekom prijelaza iz jednog stanja u drugo uočava se skokovito promjena energije, entropije, gustoće i drugih svojstava materije.

Čvrsta i tekuća tijela

Čvrsta tijela- to su tijela koja se razlikuju po postojanosti oblika i volumena.

U čvrstim tijelima međumolekularne udaljenosti su male, a potencijalna energija molekula može se usporediti s kinetičkom energijom.

Čvrste tvari se dijele u 2 vrste:

1. kristalno;
2. Amorfna.

Samo su kristalna tijela u stanju termodinamičke ravnoteže. Amorfna tijela su, zapravo, metastabilna stanja, koja su po strukturi slična neravnotežnim tekućinama koje polako kristaliziraju. U amorfnom tijelu odvija se prespor proces kristalizacije, proces postupne transformacije tvari u kristalnu fazu. Razlika između kristala i amorfne krutine je, prije svega, u anizotropiji njegovih svojstava. Svojstva kristalnog tijela određuju se ovisno o smjeru u prostoru. Razni procesi(na primjer, toplinska vodljivost, električna vodljivost, svjetlost, zvuk) šire se u različitim smjerovima krute tvari na različite načine. Ali amorfna tijela (na primjer, staklo, smole, plastika) su izotropna, poput tekućina. Razlika između amorfnih tijela i tekućina leži samo u činjenici da su potonje fluidne, u njima se ne događaju statičke posmične deformacije.

Kristalna tijela imaju ispravnu molekularna struktura... Zbog pravilne strukture kristal ima anizotropna svojstva. Ispravan raspored kristalnih atoma stvara takozvanu kristalnu rešetku. U različitim smjerovima, raspored atoma u rešetki je različit, što dovodi do anizotropije. Atomi (ioni ili cijele molekule) u kristalnoj rešetki izvode nasumično vibracijsko gibanje u blizini srednjih položaja, koji se smatraju čvorovima kristalne rešetke. Što je temperatura viša, to je veća energija vibracije, a time i prosječna amplituda vibracije. Veličina kristala se određuje ovisno o amplitudi vibracije. Povećanje amplitude vibracija dovodi do povećanja veličine tijela. To objašnjava toplinsko širenje čvrstih tijela.

Definicija 3

Tekuća tijela- to su tijela koja imaju određeni volumen, ali nemaju elastični oblik.

Za tvar u tekućem stanju karakteristične su jaka međumolekularna interakcija i niska kompresibilnost. Tekućina zauzima srednji položaj između krute tvari i plina. Tekućine, kao i plinovi, imaju izotopska svojstva. Osim toga, tekućina ima svojstvo protočnosti. U njemu, kao i u plinovima, nema tangencijalnog naprezanja (posmičnog naprezanja) tijela. Tekućine su teške, odnosno njihova se specifična težina može usporediti sa specifičnom težinom krutih tvari. Približni temperaturama kristalizacije, njihov toplinski kapacitet i druga toplinska svojstva su bliski odgovarajućim svojstvima krutih tvari. U tekućinama se do određenog stupnja opaža ispravan raspored atoma, ali samo u malim područjima. Ovdje atomi također osciliraju oko čvorova kvazikristalne stanice, međutim, za razliku od atoma čvrste tvari, povremeno skaču s jednog mjesta na drugo. Kao rezultat toga, kretanje atoma bit će vrlo složeno: vibracijsko, ali se u isto vrijeme središte vibracija kreće u prostoru.

Plin- ovo je stanje materije u kojem su udaljenosti između molekula ogromne.

Sile interakcije između molekula pri niskim tlakovima mogu se zanemariti. Čestice plina ispunjavaju cijeli volumen koji je predviđen za plin. Plinovi se smatraju jako pregrijanim ili nezasićenim parama. Posebna vrsta plina je plazma (djelomično ili potpuno ionizirani plin, u kojem su gustoće pozitivnih i negativnih naboja gotovo jednake). Odnosno, plazma je plin nabijenih čestica koje međusobno djeluju pomoću električnih sila na velikoj udaljenosti, ali nemaju bliži i dalji položaj čestica.

Kao što znate, tvari su sposobne prijeći iz jednog agregatnog stanja u drugo.

Definicija 5

Isparavanje To je proces promjene stanja agregacije tvari u kojem molekule izlete s površine tekućeg ili čvrstog tijela, čija kinetička energija pretvara potencijalnu energiju međudjelovanja molekula.

Isparavanje je fazni prijelaz. Kada se ispari, dio tekućine ili krutine pretvara se u paru.

Definicija 6

Tvar u plinovitom stanju koja je u dinamičkoj ravnoteži s tekućinom naziva se zasićena trajekt... U ovom slučaju, promjena unutarnje energije tijela jednaka je:

∆ U = ± m r (1),

gdje je m tjelesna težina, r je specifična toplina isparavanja (D l / k g).

Definicija 7

Kondenzacija je obrnuti proces isparavanja.

Promjena unutarnje energije izračunava se po formuli (1).

Definicija 8

Topljenje Je proces transformacije tvari iz čvrstog u tekuće stanje, proces promjene agregacijskog stanja tvari.

Kada se tvar zagrije, njezina unutarnja energija raste, stoga se povećava brzina toplinskog kretanja molekula. Kada tvar dosegne točku taljenja, kristalna rešetka krutine se razara. Veze između čestica također se uništavaju, a energija interakcije između čestica se povećava. Toplina koja se prenosi na tijelo koristi se za povećanje unutarnje energije danog tijela, a dio energije troši se na obavljanje rada na promjeni volumena tijela pri topljenju. U mnogim kristalnim tijelima volumen se povećava tijekom taljenja, ali postoje iznimke (na primjer, led, lijevano željezo). Amorfna tijela nemaju određenu točku taljenja. Taljenje je fazni prijelaz karakteriziran naglom promjenom toplinskog kapaciteta na temperaturi taljenja. Talište ovisi o tvari i ostaje nepromijenjeno tijekom procesa. Tada je promjena unutarnje energije tijela jednaka:

∆ U = ± m λ (2),

gdje je λ specifična toplina fuzije (D tekućina / kg g).

Definicija 9

Kristalizacija je obrnuti proces taljenja.

Promjena unutarnje energije izračunava se po formuli (2).

Promjena unutarnje energije svakog tijela sustava tijekom grijanja ili hlađenja izračunava se po formuli:

∆ U = m c ∆ T (3),

gdje je c specifični toplinski kapacitet tvari, D l k g K, △ T je promjena tjelesne temperature.

Definicija 10

Kada se razmatraju transformacije tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo, ne može se bez tzv. jednadžbe toplinske ravnoteže: ukupna količina topline koja se oslobađa u toplinski izoliranom sustavu jednaka je količini topline (ukupne) koja se apsorbira u ovom sustavu.

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

Zapravo, jednadžba toplinske ravnoteže je zakon održanja energije za procese prijenosa topline u toplinski izoliranim sustavima.

Primjer 1

Izolirana posuda sadrži vodu i led s temperaturom t i = 0 °C. Mase vode m υ i leda m i jednake su 0,5 kg odnosno 60 g. Vodena para mase m p = 10 g ubrizgava se u vodu pri temperaturi t p = 100 °C. Kolika će biti temperatura vode u posudi nakon uspostavljanja toplinske ravnoteže? U tom slučaju toplinski kapacitet posude ne treba uzeti u obzir.

Slika 1

Riješenje

Utvrdimo koji se procesi odvijaju u sustavu, kakva smo agregatna stanja tvari promatrali i što smo primili.

Vodena para se kondenzira, dajući toplinu.

Toplinska energija se koristi za otapanje leda i, eventualno, za zagrijavanje vode koja je dostupna i dobivena iz leda.

Prije svega, provjerimo koliko se topline oslobađa tijekom kondenzacije postojeće mase pare:

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

ovdje, od referentnih materijala, imamo r = 2, 26 · 10 6 J l k g - specifičnu toplinu isparavanja (koristi se i za kondenzaciju).

Za otapanje leda potrebna je sljedeća količina topline:

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

ovdje, iz referentnih materijala, imamo λ = 3, 3 · 10 5 J l k g - specifična toplina taljenja leda.

Ispada da para daje više topline nego što je potrebno, samo da otopi postojeći led, što znači da zapisujemo jednadžbu toplinske ravnoteže na sljedeći način:

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

Toplina se oslobađa tijekom kondenzacije pare mase m p i hlađenja vode nastale iz pare s temperature T p na željenu T. Toplina se apsorbira topljenjem leda mase m i i zagrijavanjem vode mase m υ + m i od temperature T i do T. Označimo T - T i = ∆ T za razliku T p - T dobivamo:

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

Jednadžba toplinske ravnoteže bit će:

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.

Napravimo izračune uzimajući u obzir činjenicu da je toplinski kapacitet vode tablični

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),

tada je T = 273 + 3 = 276 K

Odgovor: Temperatura vode u posudi nakon uspostavljanja toplinske ravnoteže bit će jednaka 276 K.

Primjer 2

Slika 2 prikazuje presjek izoterme koji odgovara prijelazu tvari iz kristalnog u tekuće stanje. Što odgovara ovom mjestu na p, T dijagramu?

Crtanje 2

Odgovor: Cijeli skup stanja koji su prikazani na p, V dijagramu vodoravnim segmentom na p, T dijagramu prikazan je jednom točkom, koja određuje vrijednosti p i T pri kojima se transformacija iz jednog stanja agregacije drugom javlja.

Ako primijetite grešku u tekstu, odaberite je i pritisnite Ctrl + Enter

Književnost

1. Korovin N.V. opća kemija... - M .: Više. shk. - 1990., 560 str.

2. Glinka N.L. Opća kemija. - M .: Više. shk. - 1983., 650 str.

Ugai Ya.A. General i anorganska kemija... - M .: Više. shk. - 1997, 550

Predavanje 3-5 (6 h)

Tema 3. Fizičko stanje tvari

Svrha predavanja: razmotriti opće karakteristike agregatnog stanja tvari; detaljno analizirati plinovito stanje tvari, zakone idealnih plinova (jednadžba stanja idealnog plina, zakoni Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles, Avogadro, Dalton); stvarni plinovi, van der Waalsova jednadžba; dati karakterizaciju tekućeg i krutog stanja tvari; vrste kristalnih rešetki: molekularne, atomsko-kovalentne, ionske, metalne i mješovite vrste.

Pitanja koja se proučavaju:

3.1. opće karakteristike agregatno stanje materije.

3.2. Plinovito stanje tvari. Zakoni idealnih plinova. Pravi plinovi.

3.3. Karakteristike tekućeg stanja tvari.

3.4. Karakteristika čvrstog stanja.

3.5. Vrste kristalnih rešetki.

Gotovo sve poznate tvari ovisno o uvjetima, nalaze se u plinovitom, tekućem, krutom ili plazma stanju. Ovo se zove stanje agregacije ... Stanje agregacije ne utječe Kemijska svojstva i kemijsku strukturu tvari, ali utječe na fizičko stanje (gustoća, viskoznost, temperatura itd.) i brzinu kemijskih procesa. Na primjer, voda u plinovitom stanju je para, u tekućem stanju - tekućina, u čvrstom stanju - led, snijeg, mraz. Kemijski sastav isti, ali su fizička svojstva različita. Razlika u fizikalnim svojstvima povezana je s različitim udaljenostima između molekula tvari i silama privlačenja među njima.

Plinovi se odlikuju velike udaljenosti između molekula i malih sila privlačenja. Molekule plina su u kaotičnom kretanju. To objašnjava činjenicu da je gustoća plinova niska, nemaju svoj oblik, zauzimaju cijeli volumen koji im je osiguran, kada se tlak mijenja, plinovi mijenjaju svoj volumen.

U tekućem stanju molekule su bliže jedna drugoj, sile međumolekularne privlačnosti rastu, molekule su u kaotičnom translacijskom gibanju. Stoga je gustoća tekućina mnogo veća od gustoće plinova, volumen se određuje, gotovo ne ovisi o tlaku, ali tekućine nemaju svoj oblik, već imaju oblik predviđene posude. Karakterizira ih "poredak kratkog dometa", odnosno rudimenti kristalne strukture (o čemu će biti riječi u nastavku).

U krutim tvarimačestice (molekule, atomi, ioni) su toliko blizu jedna drugoj da su sile privlačenja uravnotežene silama odbijanja, odnosno čestice imaju oscilatorna gibanja, a translacijskih nema. Stoga su čestice čvrstih tijela smještene na određenim točkama u prostoru, karakterizira ih "dalji poredak" (o kojem će biti riječi u nastavku), čvrste tvari imaju određeni oblik, volumen.

Plazma Je li bilo koji predmet u kojem se električno nabijene čestice (elektroni, jezgre ili ioni) kreću kaotično. Stanje plazme u prirodi je dominantno i nastaje pod utjecajem ionizirajućih čimbenika: visoke temperature, električnog pražnjenja, visokoenergetskog elektromagnetskog zračenja itd. Postoje dvije vrste plazme: izotermni i plinsko pražnjenje . Prvi nastaje pod utjecajem visoke temperature, prilično je stabilan, postoji dugo vremena, na primjer, sunce, zvijezde, loptaste munje... Drugi nastaje pod djelovanjem električnog pražnjenja i stabilan je samo u prisutnosti električnog polja, na primjer, u cijevima za plinsku rasvjetu. Plazma se može smatrati ioniziranim plinom koji se pokorava zakonima idealnog plina.