Struktura gazów, cieczy i ciał stałych jest krótka

W pewnych warunkach cała materia na Ziemi występuje w jednym z trzech stanów: gazowym, płynnym lub stałym. Istnieje również czwarty stan skupienia, nazywany plazmą. Zastanów się nad strukturą ciał gazowych, ciekłych i stałych, a także ich przejścia z jednego stanu do drugiego, gdy zmieniają się warunki zewnętrzne.

Stały stan materii

Ciała stałe charakteryzują się zdolnością do przeciwstawienia się siłom zewnętrznym, które na nie wpływają w celu zmiany ich kształtu i objętości. Rozważając kwestię struktury ciała gazowego, ciekłego i ciał stałych i zamieszkując je, należy stwierdzić, że zawarte w nich cząsteczki są ze sobą mocno połączone. Dlatego obiekt ma określoną formę, którą zachowuje w tych samych warunkach zewnętrznych.

Cząsteczki w postaci stałej mogą być w uporządkowanym stanie, następnie mówią o strukturze krystalicznej. Mogą też być w nieuporządkowanym stanie, wtedy mówimy o amorficznych ciałach stałych. Uderzający przykład sieć krystaliczna jest strukturą systemów metalowych, które w przestrzeni tworzą idealną sieć określonego typu, w węzłach których znajdują się jony atomów. Przykładem ciała stałego o amorficznej strukturze jest szkło.

Nauka o stałej materii

Solids bada kilka dyscyplin naukowych, w tym:

• Fizyka materii skondensowanej. Studiuje materię stałą i ciekłą, której wymiary przekraczają 10 ¹⁹ cząstek, za pomocą metod eksperymentalnych i teoretycznych.
• Mechanika deformacji. Ta nauka się uczy właściwości mechaniczne ciał stałych takie jak naprężenia w nich, deformacje sprężyste i plastyczne, a także połączenie tych właściwości z termodynamicznymi parametrami zewnętrznymi. W tej dyscyplinie struktura najtwardszej substancji jest nieważna.
• Nauka o materiałach. Już teraz bada strukturę cząsteczek ciał stałych, ciekłych i gazowych, a także przejścia fazowe między tymi stanami.
• Chemia ciała stałego. Ta dyscyplina specjalizuje się w syntezie nowych materiałów w stanie stałym.

Niektóre właściwości ciał stałych

Przy stałym ciśnieniu i stosunkowo niskiej temperaturze substancja jest w stanie stałym. Wpływ małej siły zewnętrznej na ciało stałe nie prowadzi do widocznego z zewnątrz odkształcenia ciała stałego.

Jeśli zwiększysz siłę, ciało zacznie się deformować elastycznie. Przy jeszcze większym zwiększeniu ekspozycji zewnętrznej możliwe są dwie opcje:

1. Jeśli ciało jest metalem, zacznie doświadczać plastycznego odkształcenia, to znaczy, że zajdą znaczące zmiany w jego kształcie, które pozostaną po ustaniu zewnętrznego wpływu.
2. Jeśli ciało ma amorficzną strukturę lub strukturę krystaliczną, ale w miejscach sieci znajdują się różne znaki, na przykład kryształ soli NaCl, wówczas ciało nie odkształci się plastycznie, ale po prostu zapadnie się.

Każde ciało stałe charakteryzuje się określoną gęstością. Najlżejszą substancją w tej kategorii jest aerożel, którego gęstość wynosi 3 kg / m ³ . Ale najgęstszym stałym materiałem znanym ludzkości jest metal - osmium. Jeden metr sześciennego osmu ma masę 22 600 kg.

Materiały metalowe

Specjalną grupą substancji stałych są czyste metale i ich stopy. W tym przypadku różnica w strukturze ciał stałych od stanów gazowych i ciekłych materii polega na istnieniu przestrzennej sieci okresowej, zwanej siecią krystaliczną.

Ze względu na ich strukturę krystaliczną, metale mają wiele ważnych właściwości, na przykład plastyczność i dyfrakcję. Prawie wszystkie z nich istnieją w trzech głównych sieciach krystalicznych:

• środkowe sześcienne, np. Au, Ag, Al, Cu;
• skupione na ciele kubiczne, na przykład Nb, Mo, W, Fe;
• Sześciokątne ciasno upakowane, na przykład Ti, Zr.

Nauka o krystalografii została opracowana w celu zbadania cech sieci krystalicznych.

Materia skondensowana - ciecz

Stan ciekły, jak również stan stały, jest nieściśliwy, to znaczy zachowuje swoją objętość w znacznym zakresie ciśnień. Jednak ciecz nie zachowuje swojego kształtu, co odróżnia ją od ciała stałego i zbliża ją do gazowego stanu materii.

Jeżeli siły molekularne i atomowe działają w tworzeniu się ciał stałych, ciecz jest tworzona przez cząsteczki, które są połączone ze sobą tylko przez słabe siły molekularne. Najpowszechniejszą na Ziemi jest woda, która podobnie jak gaz może przybrać formę naczynia, w którym jest umieszczona.

Jeśli mówimy o strukturze gazowych, ciekłych i stałych ciał, należy wspomnieć, że ciecz, w przeciwieństwie do gazu, nie zmienia swojej gęstości po umieszczeniu w zamkniętym naczyniu.

Cechy związane z płynem

Dla każdego płynu, z powodu obecności w nim sił cząsteczkowych, właściwości takie jak napięcie powierzchniowe i efekt kapilarny są nieodłączne. Jeśli substancja znajduje się w polu grawitacyjnym, na przykład naszej Ziemi, każde ciało w niej umieszczone zostanie wypchnięte z cieczy zgodnie ze słynnym prawem Archimedesa.

Jeśli grawitacja nie działa na ciecz, siła wyporu będzie równa zeru. Ponadto, w przypadku braku sił zewnętrznych substancji w takim stanie dąży do uzyskania najmniejszej powierzchni, a tym samym zmniejszenie całkowitej energii. Dlatego w warunkach nieważkości kropelki wody mają kulisty kształt, ponieważ kulka jest figurą o najmniejszej powierzchni dla tej objętości cieczy.

Własności kapilarne tłumaczy się zdolnością cząsteczek do wchodzenia w relacje nie tylko między sobą, ale także z atomami i cząsteczkami innych ciał. Te fizyczne właściwości płynu nazywa się odpowiednio kohezją i adhezją.

Mówiąc krótko o strukturze gazowych, ciekłych i stałych ciał, powinniśmy wspomnieć o właściwości lepkości, która jest nieodłączna w stanie ciekłym i gazowym. Lepkość to zdolność do przeciwstawienia się każdemu przemieszczeniu warstw substancji względem siebie w obecności gradientu ciśnienia. W przypadku cieczy wskaźnik ten zależy od szybkości przemieszczania tych warstw, temperatury i masy cząsteczkowej. Im wyższa prędkość ciała w płynie, tym większa masa cząsteczkowa cząstek płynu i im niższa temperatura, tym większa lepkość.

Struktura gazu

Gaz jest stanem materii, gdy jego cząsteczki nie są połączone żadną siłą ze sobą lub te siły są bardzo słabe. Dlatego takie substancje swobodnie zmieniają objętość i kształt, wypełniając cały pojemnik, w którym są umieszczone. Ta różnica w strukturze ciał gazowych od cieczy i ciała stałego prowadzi do tego, że mają one niższą gęstość. W przypadku wody gazowej często mówi się o parze wodnej.

Nie ma absolutnego zaburzenia w rzeczywistych gazach. Jednak cząsteczki w nim poruszają się tak szybko, że praktycznie nie wchodzą ze sobą w interakcje. Dlatego gaz wypełnia absolutnie dowolną objętość, a cząsteczki w nim zawarte zostaną rozdzielone stosunkowo dużymi odległościami w porównaniu do wielkości samych cząsteczek. Ze względu na dużą odległość między cząsteczkami gazy są łatwo kompresowane, zwiększając jednocześnie ich gęstość i ciśnienie wewnętrzne.

Idealny gaz

W fizyce, poprzez tworzenie modeli struktury ciał stałych, ciekłych i gazowych, pojawiają się pewne rozsądne uproszczenia rzeczywistych stanów materii, które umożliwiają wykorzystanie prostszych urządzeń matematycznych do badania tych stanów. Jednym z takich modeli była koncepcja gazu doskonałego.

Termin ten odnosi się do stanu gazowego substancji, w której cząsteczki mają rozmiary punktowe w porównaniu z odległościami między nimi, i w których nie współdziałają ze sobą.

W normalnych warunkach, tj. Przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze pokojowej, większość rzeczywistych gazów może być uważana za idealną. Na przykład: azot, tlen, wodór, gazy szlachetne, dwutlenek węgla i inne.

Równanie stanu dla gazu doskonałego jest następujące:

P * V = n * R * T, gdzie:

P, V, T i n - odpowiednio ciśnienie, objętość, temperatura i ilość substancji gazowej

R = 8,31 J / (mol * K) jest stałą uniwersalną.

Osocze jest czwartym stanem materii

Rozważając strukturę gazowych, ciekłych i stałych ciał w dziesiątej klasie, zwracają oni również uwagę na inny stan materii - plazmę, która jest gazem złożonym z kationów i anionów, czyli cząstek naładowanych dodatnio i ujemnie. Doskonałym przykładem plazmy jest substancja, która tworzy nasze słońce.

Dla wielu właściwości plazma jest podobna do gazu, jedyną różnicą jest to, że jest zdolna do reagowania na pola magnetyczne, jak również do przewodzenia prądu elektrycznego. Osocze można uzyskać przez ogrzewanie gazu do wysokich temperatur, ponieważ spowoduje to kolizje między cząsteczkami, co prowadzi do ich częściowej lub całkowitej jonizacji.

Zmiana stanu materii

W fizyce klasy 10 struktura ciał gazowych, stałych i ciekłych jest rozpatrywana wraz z przejściami między tymi stanami. Przejścia między stanami substancji są możliwe ze względu na zmiany ciśnienia i temperatury. Zmiany zachodzą tylko w fizycznej strukturze ciał gazowych, ciekłych i stałych, a ich skład chemiczny pozostaje stały.

Możliwe są następujące przejścia między różnymi stanami materii:

• Topienie Endotermiczny proces przejścia ze stanu stałego do ciekłego.
• Krystalizacja. Egzotermiczny proces, w którym ciecz staje się ciałem stałym podczas chłodzenia.
• Gotuj. Fizyczny proces endotermiczny, w którym płyn dostaje się do gazu.
• Kondensacja Egzotermiczne przejście gazu w ciecz.
• Sublimacja lub sublimacja. Endotermiczne przejście od ciała stałego do gazu, z pominięciem stanu ciekłego. Klasycznym przykładem jest sublimacja suchego lodu.

Należy zauważyć, że wszystkie endotermiczne i egzotermiczne procesy przemian fazowych zachodzą przy stałej temperaturze substancji. Wszystkie te procesy, których istnienie wynikają ze specyfiki struktury ciał gazowych, ciekłych i stałych, są energetyczne, to znaczy wymagają albo dostarczania albo usuwania energii podczas ich realizacji.