Πώς βρίσκονται τα σωματίδια σε στερεά, υγρά και αέρια;

Αυτό το υλικό όχι μόνο λέει πώς τα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στερεά, αλλά και πώς κινούνται σε αέρια ή σε υγρά. Θα περιγραφούν επίσης οι τύποι κρυσταλλικών πλεγμάτων σε διάφορες ουσίες.

Συνολική κατάσταση

Υπάρχουν ορισμένα πρότυπα που υποδεικνύουν την παρουσία τριών τυπικών συνόλων καταστάσεων, συγκεκριμένα: στερεών, υγρών και αερίων.

Καθορίστε τα στοιχεία για κάθε κατάσταση συσσωρευτή.

1. Τα στερεά είναι πρακτικά σταθερά σε όγκο και σχήμα. Η τελευταία αλλαγή είναι εξαιρετικά προβληματική χωρίς πρόσθετο ενεργειακό κόστος.
2. Το υγρό μπορεί εύκολα να αλλάξει σχήμα, αλλά διατηρεί ακόμα την ένταση του.
3. Οι αέριες ουσίες δεν διατηρούν μορφή ή όγκο.

Το κύριο κριτήριο με το οποίο καθορίζεται η συνολική κατάσταση είναι η θέση των μορίων και οι τρόποι μετακίνησης τους. Σε μια αέρια ουσία, η ελάχιστη απόσταση μεταξύ μεμονωμένων μορίων είναι πολύ μεγαλύτερη από τον εαυτό τους. Με τη σειρά τους, τα μόρια των υγρών ουσιών δεν διασκορπίζονται σε μεγάλες αποστάσεις στις συνήθεις συνθήκες για αυτά και διατηρούν τον όγκο τους. Τα ενεργά σωματίδια στα στερεά είναι διατεταγμένα σε μια αυστηρά καθορισμένη σειρά, καθένα από αυτά, όπως ένα ρολόι εκκρεμούς, κινείται περίπου ένα συγκεκριμένο σημείο στο κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτό δίνει στα στερεά ειδική αντοχή και ακαμψία.

Επομένως, στην περίπτωση αυτή, η πιο σχετική ερώτηση είναι πώς τα ενεργά σωματίδια βρίσκονται σε στερεά. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, τα άτομα (μόρια) δεν έχουν τέτοια διαταγμένη δομή.

Χαρακτηριστικά υγρού

Πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στο γεγονός ότι τα υγρά είναι ένα είδος ενδιάμεσης σύνδεσης μεταξύ της στερεάς κατάστασης του σώματος και της αέριας φάσης του. Έτσι, καθώς η θερμοκρασία χαμηλώνει, το υγρό στερεοποιείται και όταν αυξάνεται υψηλότερα από το σημείο βρασμού της ουσίας περνά σε αέρια κατάσταση. Ωστόσο, το υγρό έχει κοινά χαρακτηριστικά τόσο με στερεές όσο και με αέριες ουσίες. Έτσι, το 1860 ο εξαιρετικός οικιακός επιστήμονας DI Mendeleyev καθιέρωσε την ύπαρξη της αποκαλούμενης κρίσιμης θερμοκρασίας - απόλυτη βρασμό. Αυτή είναι μια τιμή στην οποία εξαφανίζεται το λεπτό όριο μεταξύ του αερίου και της ύλης στη στερεά κατάσταση.

Το επόμενο κριτήριο, το οποίο συνδυάζει δύο γειτονικές συγκεντρωτικές καταστάσεις, είναι η ισοτροπία. Στην περίπτωση αυτή, οι ιδιότητές τους είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι κρύσταλλοι, με τη σειρά τους, είναι ανισότροπα. Όπως τα αέρια, τα υγρά δεν έχουν σταθερό σχήμα και καταλαμβάνουν ολόκληρο τον όγκο του σκάφους στο οποίο βρίσκονται. Δηλαδή, έχουν χαμηλό ιξώδες και υψηλή ρευστότητα. Αντιμετωπίζοντας το ένα το άλλο, τα μικροσωματίδια υγρού ή αερίου πραγματοποιούν ελεύθερες κινήσεις. Κάποτε ήταν ότι στον όγκο που καταλαμβάνεται από το υγρό δεν υπάρχει παραγγελία με μοριακή κίνηση. Έτσι, το υγρό και το αέριο ήταν αντίθετοι με τους κρυστάλλους. Αλλά ως αποτέλεσμα των μετέπειτα μελετών, αποδείχθηκε η ομοιότητα μεταξύ στερεών και υγρών σωμάτων.

Στην υγρή φάση σε θερμοκρασία κοντά στην στερεοποίηση, η θερμική κίνηση μοιάζει με την κίνηση στα στερεά. Σε αυτή την περίπτωση, το υγρό μπορεί ακόμα να έχει κάποια δομή. Επομένως, όταν απαντάμε στο ερώτημα του πώς τα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στερεά σε υγρά και αέρια, μπορούμε να πούμε ότι στην τελευταία, η κίνηση των μορίων είναι χαοτική, διαταραγμένη. Αλλά στα μόρια στερεών καταλαμβάνουν στις περισσότερες περιπτώσεις μια καθορισμένη, σταθερή θέση.

Το υγρό είναι ένα είδος ενδιάμεσου στοιχείου. Και όσο πιο κοντά η θερμοκρασία του σε βρασμό, τόσο περισσότερα μόρια κινούνται όπως και στα αέρια. Αν η θερμοκρασία είναι πιο κοντά στη μετάβαση στη στερεά φάση, τα μικροσωματίδια αρχίζουν να κινούνται όλο και περισσότερο κανονικά.

Μεταβολή της κατάστασης των ουσιών

Εξετάστε το απλούστερο παράδειγμα αλλαγής της κατάστασης του νερού. Ο πάγος είναι μια στερεή φάση νερού. Η θερμοκρασία του είναι κάτω από το μηδέν. Σε θερμοκρασία μηδέν, ο πάγος αρχίζει να λιώσει και μετατρέπεται σε νερό. Αυτό εξηγείται από την καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος: όταν θερμαίνονται, τα σωματίδια αρχίζουν να κινούνται. Η θερμοκρασία στην οποία η ουσία μεταβάλλει τη συνθετική κατάσταση ονομάζεται σημείο τήξης (στην περίπτωσή μας είναι 0 για το νερό). Σημειώστε ότι η θερμοκρασία του πάγου θα παραμείνει σε ένα επίπεδο μέχρι να λιώσει τελείως. Σε αυτή την περίπτωση, τα άτομα ή τα μόρια του υγρού θα κινηθούν με τον ίδιο τρόπο όπως στα στερεά.

Μετά από αυτό θα συνεχίσουμε να ζεσταίνουμε το νερό. Τα σωματίδια αρχίζουν να κινούνται πιο έντονα έως ότου η ουσία μας φτάσει στο επόμενο σημείο της αλλαγής της συνολικής κατάστασης - το σημείο βρασμού. Μια τέτοια στιγμή συμβαίνει όταν οι δεσμοί μεταξύ των μορίων που το σχηματίζουν αποσύρονται λόγω της επιτάχυνσης της κίνησης - τότε αποκτά έναν ελεύθερο χαρακτήρα και το υπό εξέταση υγρό περνάει στην αέρια φάση. Η διαδικασία μετατροπής μιας ουσίας (ύδατος) από μια υγρή φάση σε μία αέρια φάση ονομάζεται βρασμός.

Η θερμοκρασία στην οποία βράζει το νερό ονομάζεται σημείο βρασμού. Στην περίπτωσή μας, αυτή η τιμή είναι ίση με 100 βαθμούς Κελσίου (η θερμοκρασία εξαρτάται από την πίεση, η κανονική πίεση είναι μία ατμόσφαιρα). Σημείωση: μέχρι το υπάρχον υγρό να μετατραπεί τελείως σε ατμό, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή.

Είναι επίσης δυνατό να αντιστραφεί η διαδικασία μεταφοράς νερού από την αέρια κατάσταση (ατμός) σε ένα υγρό, το οποίο ονομάζεται συμπύκνωση.

Στη συνέχεια μπορείτε να παρατηρήσετε τη διαδικασία της κατάψυξης - τη διαδικασία της μετάβασης ενός υγρού (νερού) σε μια στερεή μορφή (η αρχική κατάσταση περιγράφεται παραπάνω είναι ο πάγος). Οι διαδικασίες που περιγράφονται παραπάνω καθιστούν δυνατή την άμεση απάντηση στο πώς τα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στερεά, σε υγρά και αέρια. Η θέση και η κατάσταση των μορίων μιας ουσίας εξαρτάται από τη συνολική της κατάσταση.

Τι είναι ένα συμπαγές σώμα; Πώς συμπεριφέρονται τα μικροσωματίδια σε αυτό;

Ένα στερεό σώμα είναι μια κατάσταση υλικού υλικού, το χαρακτηριστικό του οποίου είναι η διατήρηση του σταθερού σχήματος και της σταθερής φύσης της θερμικής κίνησης των μικροσωματιδίων, τα οποία εκτελούν ασήμαντες διακυμάνσεις. Τα σώματα μπορούν να είναι σε στερεή, υγρή και αέρια κατάσταση. Υπάρχει επίσης η τέταρτη κατάσταση, την οποία οι σύγχρονοι επιστήμονες τείνουν να αποδίδουν στον αριθμό των αδρανών - αυτό είναι το λεγόμενο πλάσμα.

Έτσι, στην πρώτη περίπτωση, κάθε ουσία, κατά κανόνα, έχει ένα σταθερό αμετάβλητο σχήμα, και αυτό έχει βασική επίδραση στον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στερεά. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, μπορεί να φανεί ότι τα άτομα που σχηματίζουν ένα στερεό συνδέονται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς και βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος.

Αλλά υπάρχει μια εξαίρεση - άμορφες ουσίες που είναι σε στερεή κατάσταση, αλλά η παρουσία ενός κρυσταλλικού πλέγματος δεν μπορεί να καυχηθεί. Από αυτό μπορούμε να απαντήσουμε στο ερώτημα του πώς τα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στερεά. Η φυσική στην πρώτη περίπτωση υποδεικνύει ότι τα άτομα ή τα μόρια βρίσκονται στις θέσεις πλέγματος. Αλλά στη δεύτερη περίπτωση σίγουρα δεν υπάρχει τέτοια παραγγελία, και μια τέτοια ουσία μοιάζει περισσότερο με ένα υγρό.

Η φυσική και η πιθανή δομή ενός στερεού

Στην περίπτωση αυτή, η ουσία τείνει να διατηρεί τον όγκο της και, φυσικά, το σχήμα. Δηλαδή, προκειμένου να αλλάξει η τελευταία, είναι απαραίτητο να καταβληθούν προσπάθειες και δεν έχει σημασία αν πρόκειται για ένα μεταλλικό αντικείμενο, ένα πλαστικό ή πλαστελίνη. Ο λόγος έγκειται στη μοριακή δομή του. Και πιο συγκεκριμένα, στην αλληλεπίδραση των μορίων, των οποίων αποτελείται το σώμα. Σε αυτή την περίπτωση βρίσκονται πιο στενά. Αυτή η διάταξη των μορίων είναι επαναλαμβανόμενης φύσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι δυνάμεις αμοιβαίας έλξης μεταξύ καθενός από αυτά τα στοιχεία είναι πολύ μεγάλες.

Η αλληλεπίδραση των μικροσωματιδίων εξηγεί τη φύση της κίνησης τους. Το σχήμα ή ο όγκος ενός τέτοιου στερεού σώματος είναι δύσκολο να διορθωθεί προς μία ή την άλλη κατεύθυνση. Τα σωματίδια ενός συμπαγούς σώματος δεν είναι σε θέση να μετακινούνται τυχαία σε όλο τον όγκο ενός στερεού, αλλά μπορούν να ταλαντεύονται μόνο κοντά σε ένα συγκεκριμένο σημείο του χώρου. Τα μόρια του στερεού κυμαίνονται χαοτικά σε διαφορετικές κατευθύνσεις, αλλά συναντώνται σε παρόμοια, τα οποία τα επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα σωματίδια σε στερεά βρίσκονται, κατά κανόνα, με αυστηρά καθορισμένη σειρά.

Τα σωματίδια και η θέση τους σε ένα στερεό

Τα στερεά σώματα μπορούν να είναι τριών τύπων: κρυσταλλικά, άμορφα και σύνθετα. Είναι η χημική σύνθεση που επηρεάζει τη διάταξη σωματιδίων σε στερεά.

Τα κρυσταλλικά στερεά έχουν μια διατεταγμένη δομή. Τα μόρια ή τα άτομα τους σχηματίζουν ένα κρυσταλλικό χωρικό πλέγμα κανονικού σχήματος. Έτσι, ένα στερεό σώμα σε κρυσταλλική κατάσταση έχει ένα ορισμένο κρυσταλλικό πλέγμα, το οποίο με τη σειρά του καθορίζει ορισμένες φυσικές ιδιότητες. Αυτή είναι η απάντηση στο πώς τα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε ένα στερεό.

Ας δώσουμε ένα παράδειγμα: πριν από πολλά χρόνια στην Αγία Πετρούπολη αποθηκεύονταν στην αποθήκη άσπρος λαμπερός κασσίτερος κουμπιά, ο οποίος, όταν μειώθηκε η θερμοκρασία, έχασε τη λάμψη και άλλαξε από άσπρο σε γκρίζο. Τα κουμπιά ήταν διάσπαρτα σε μια γκρίζα σκόνη. "Πλημμύρα κασσίτερου" - η αποκαλούμενη "ασθένεια", αλλά στην πραγματικότητα ήταν μια αναδιάρθρωση της κρυσταλλικής δομής υπό την επίδραση της χαμηλής θερμοκρασίας. Κασσίτερος κατά τη μετάβαση από τη λευκή ποικιλία στο γκρίζο θρυμματίζεται σε σκόνη. Οι κρύσταλλοι, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε μονο- και πολυκρυστάλλους.

Μονοί κρύσταλλοι και πολυκρύσταλλοι

Οι μονοκρυστάλλοι (επιτραπέζιο αλάτι) είναι απλοί ομοιογενείς κρύσταλλοι που αντιπροσωπεύονται από ένα συνεχές κρυσταλλικό πλέγμα με τη μορφή κανονικών πολυγώνων. Οι πολυκρυστάλλοι (άμμος, ζάχαρη, μέταλλα, πέτρες) είναι κρυσταλλικά σώματα που έχουν αναπτυχθεί από μικρούς, χαοτικά διατεταγμένους κρυστάλλους. Σε κρυστάλλους παρατηρείται ένα φαινόμενο όπως η ανισοτροπία.

Άμορφο: μια ειδική περίπτωση

Τα άμορφα σώματα (ρητίνη, κολοφώνιο, γυαλί, κεχριμπάρι) δεν έχουν αυστηρή τάξη στη διάταξη των σωματιδίων. Πρόκειται για μια μη τυποποιημένη περίπτωση της τάξης κατά την οποία τα σωματίδια είναι σε στερεά. Σε αυτή την περίπτωση, παρατηρείται το φαινόμενο της ισοτροπίας, οι φυσικές ιδιότητες των άμορφων σωμάτων είναι οι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις. Σε υψηλές θερμοκρασίες γίνονται παρόμοια με τα ιξώδη υγρά, και σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι παρόμοια με τα στερεά. Όταν εκτίθενται σε εξωτερικές επιδράσεις, εμφανίζουν ταυτόχρονα ελαστικές ιδιότητες, δηλαδή διαχωρίζονται σε μικροσκοπικά σωματίδια όπως στερεά σώματα και ρευστότητα: αρχίζουν να ρέουν ως υγρά υπό παρατεταμένες επιδράσεις θερμοκρασίας. Δεν έχουν συγκεκριμένες θερμοκρασίες τήξης και κρυστάλλωσης. Όταν θερμαίνονται, τα άμορφα σώματα μαλακώνουν.

Παραδείγματα άμορφων ουσιών

Πάρτε, για παράδειγμα, συνηθισμένη ζάχαρη και να μάθετε τη διάταξη σωματιδίων σε στερεά σε διάφορες περιπτώσεις με το παράδειγμα της. Στην περίπτωση αυτή, το ίδιο υλικό μπορεί να εμφανιστεί σε κρυσταλλική ή άμορφη μορφή. Εάν η λειωμένη ζάχαρη παγώνει αργά, τα μόρια σχηματίζουν ακόμη και σειρές - κρύσταλλα (σάκχαρο χονδρόκοκκο ή κοκκοποιημένο σάκχαρο). Εάν η λειωμένη ζάχαρη, για παράδειγμα, ρίχνουμε σε κρύο νερό, η ψύξη θα συμβεί πολύ γρήγορα και τα σωματίδια δεν έχουν χρόνο για να σχηματίσουν τις σωστές σειρές - το τήγμα θα σκληρύνει χωρίς να σχηματίζονται κρύσταλλοι. Έτσι αποδεικνύεται ζάχαρη ζάχαρης (αυτό είναι μη κρυσταλλική ζάχαρη).

Αλλά μετά από λίγο, μια τέτοια ουσία μπορεί να ανακρυσταλλώσει, τα σωματίδια συλλέγονται στις σωστές σειρές. Εάν η ζάχαρη ζάχαρης θα ξαπλώνει για αρκετούς μήνες, θα αρχίσει να καλύπτεται με ένα χαλαρό στρώμα. Έτσι εμφανίζονται στην επιφάνεια των κρυστάλλων. Για τη ζάχαρη, η περίοδος θα είναι μερικοί μήνες, και για τα πέτρα - εκατομμύρια χρόνια. Ένα μοναδικό παράδειγμα είναι ο άνθρακας. Ο γραφίτης είναι ένας κρυσταλλικός άνθρακας, η δομή του είναι στρωματοποιημένη. Ένα διαμάντι είναι το σκληρότερο ορυκτό στη γη, ικανό να κόβει γυαλί και να κόβει πέτρες, χρησιμοποιείται για γεώτρηση και στίλβωση. Στην περίπτωση αυτή η ουσία είναι ένας άνθρακας, αλλά το χαρακτηριστικό είναι η ικανότητα σχηματισμού διαφορετικών κρυσταλλικών μορφών. Αυτή είναι μια άλλη απάντηση στο πώς τα σωματίδια είναι τοποθετημένα σε ένα στερεό.

Αποτελέσματα. Συμπέρασμα

Η δομή και η διάταξη των σωματιδίων σε στερεά εξαρτάται από το είδος της ουσίας στην οποία ανήκει η ουσία. Εάν η ουσία είναι κρυσταλλική, θα διαταχθεί η διάταξη των μικροσωματιδίων. Οι άμορφες κατασκευές δεν διαθέτουν τέτοιο χαρακτηριστικό. Αλλά τα σύνθετα μπορούν να ανήκουν και στην πρώτη και στη δεύτερη ομάδα.

Σε μια περίπτωση, το υγρό συμπεριφέρεται σαν ένα στερεό (σε χαμηλή θερμοκρασία, που είναι κοντά στη θερμοκρασία κρυστάλλωσης), αλλά μπορεί επίσης να ενεργεί ως αέριο (καθώς αυξάνεται). Επομένως, σε αυτό το υλικό ανασκόπησης εξετάσαμε πώς τα σωματίδια βρίσκονται όχι μόνο σε στερεά αλλά και σε άλλες βασικές συνθετικές καταστάσεις της ύλης.