Ne agregatno stanje. Uvod: agregacijsko stanje snovi

Vprašanja o tem, kaj je agregacijsko stanje, katere lastnosti in lastnosti imajo trdne snovi, tekočine in plini, so obravnavana v več tečajih usposabljanja. Obstajajo tri klasična stanja snovi, s svojimi lastnimi značilnostmi strukture. Njihovo razumevanje je pomembna točka pri razumevanju znanosti o Zemlji, živih organizmih in proizvodnih dejavnostih. Ta vprašanja preučujejo fizika, kemija, geografija, geologija, fizikalna kemija in druge znanstvene discipline. Snovi, ki so pod določenimi pogoji v enem od treh osnovnih tipov stanja, se lahko spreminjajo s povečanjem ali znižanjem temperature ali tlaka. Razmislimo o možnih prehodih iz enega agregacijskega stanja v drugo, saj se izvajajo v naravi, tehnologiji in vsakdanjem življenju.

Kaj je agregacijsko stanje?

Beseda latinskega izvora "aggrego" v prevodu v ruščino pomeni "priložiti". Znanstveni izraz se nanaša na stanje istega telesa, snovi. Obstoj trdnih snovi, plinov in tekočin pri določenih temperaturnih vrednostih in različnih tlakih je značilen za vse lupine Zemlje. Poleg treh osnovnih agregatnih stanj obstaja še četrto. Pri povišani temperaturi in stalnem tlaku se plin spremeni v plazmo. Da bi bolje razumeli, kaj je agregacijsko stanje, se je treba spomniti najmanjših delcev, ki sestavljajo snovi in ​​telesa.

Zgornji diagram prikazuje: a - plin; b - tekočina; c je togo telo. Na takšnih slikah krogi označujejo strukturne elemente snovi. tole simbol, pravzaprav atomi, molekule, ioni niso trdne kroglice. Atomi so sestavljeni iz pozitivno nabitega jedra, okoli katerega se z veliko hitrostjo premikajo negativno nabiti elektroni. Poznavanje mikroskopske strukture snovi pomaga bolje razumeti razlike, ki obstajajo med različnimi oblikami agregata.

Ideje o mikrosvetu: od antične Grčije do 17. stoletja

Prve informacije o delcih, ki sestavljajo fizična telesa, so se pojavile v stari Grčiji. Razmišljalca Demokrit in Epikur sta uvedla tak koncept kot atom. Verjeli so, da imajo ti najmanjši nedeljivi delci različnih snovi obliko, določene velikosti, so sposobni gibanja in medsebojnega delovanja. Atomistika je za svoj čas postala najnaprednejši nauk antične Grčije. Toda njegov razvoj se je v srednjem veku upočasnil. Od takrat je znanstvenike preganjala inkvizicija Rimskokatoliške cerkve. Zato do sodobnega časa ni bilo jasnega pojma, kaj je agregacijsko stanje snovi. Šele po 17. stoletju so znanstveniki R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier oblikovali določila atomsko-molekularne teorije, ki še danes niso izgubila svojega pomena.

Atomi, molekule, ioni - mikroskopski delci strukture snovi

Pomemben preboj v razumevanju mikrokozmosa se je zgodil v 20. stoletju, ko je bil izumljen elektronski mikroskop. Ob upoštevanju prejšnjih odkritij znanstvenikov je bilo mogoče sestaviti harmonično sliko mikrosveta. Teorije, ki opisujejo stanje in obnašanje najmanjših delcev snovi, so precej zapletene, spadajo v področje.Za razumevanje značilnosti različnih agregatnih stanj snovi je dovolj poznati imena in značilnosti glavnih strukturnih delcev, ki tvorijo različne snovi.

1. Atomi so kemično nedeljivi delci. Shranjeno v kemične reakcije, vendar so uničeni v jedru. Kovine in številne druge snovi atomske strukture imajo v normalnih pogojih trdno agregacijsko stanje.
2. Molekule so delci, ki se razgradijo in tvorijo v kemičnih reakcijah. kisik, voda, ogljikov dioksid, žveplo. Agregacijsko stanje kisika, dušika, žveplovega dioksida, ogljika, kisika v normalnih pogojih je plinasto.
3. Ioni so nabiti delci, v katere se atomi in molekule spremenijo, ko pridobijo ali izgubijo elektrone – mikroskopski negativno nabiti delci. Mnoge soli imajo ionsko strukturo, na primer kuhinjska sol, železov in bakrov sulfat.

Obstajajo snovi, katerih delci se na določen način nahajajo v prostoru. Urejen medsebojni položaj atomov, ionov, molekul se imenuje kristalna mreža. Običajno so ionske in atomske kristalne mreže značilne za trdne snovi, molekularne - za tekočine in pline. Diamant ima visoko trdoto. Njegovo atomsko kristalno mrežo tvorijo ogljikovi atomi. Toda mehki grafit je sestavljen tudi iz atomov tega kemičnega elementa. Le da se v prostoru nahajajo drugače. Običajno agregacijsko stanje žvepla je trdna snov, vendar se pri visokih temperaturah snov spremeni v tekočo in amorfno maso.

Snovi v trdnem agregacijskem stanju

Trdne snovi v normalnih pogojih ohranijo svoj volumen in obliko. Na primer, zrno peska, zrno sladkorja, soli, kos kamna ali kovine. Če se sladkor segreje, se snov začne topiti in se spremeni v viskozno rjavo tekočino. Nehajte segrevati - spet dobimo trdno snov. To pomeni, da je eden od glavnih pogojev za prehod trdne snovi v tekočino njeno segrevanje oziroma povečanje notranje energije delcev snovi. Spremenimo lahko tudi trdno agregatno stanje soli, ki se uporablja v hrani. Toda za taljenje kuhinjske soli potrebujete višjo temperaturo kot pri segrevanju sladkorja. Dejstvo je, da je sladkor sestavljen iz molekul, kuhinjska sol pa iz nabitih ionov, ki se med seboj močneje privlačijo. Trdne snovi v tekoči obliki ne ohranijo svoje oblike, ker se kristalne rešetke porušijo.

Tekoče agregacijsko stanje soli med taljenjem je razloženo s pretrganjem vezi med ioni v kristalih. Sproščajo se nabiti delci, ki lahko nosijo električne naboje. Staljene soli prevajajo elektriko in so prevodniki. V kemični, metalurški in inženirski industriji se trdne snovi pretvorijo v tekočine, da iz njih dobijo nove spojine ali jim dajo različne oblike. Kovinske zlitine se pogosto uporabljajo. Obstaja več načinov za njihovo pridobitev, povezanih s spremembami agregacijskega stanja trdnih surovin.

Tekočina je eno od osnovnih agregacijskih stanj

Če v bučko z okroglim dnom nalijete 50 ml vode, boste opazili, da snov takoj prevzame obliko kemične posode. Toda takoj, ko izlijemo vodo iz bučke, se bo tekočina takoj razširila po površini mize. Količina vode bo ostala enaka - 50 ml, njena oblika pa se bo spremenila. Te lastnosti so značilne za tekočo obliko obstoja snovi. Tekočine so številne organske snovi: alkoholi, rastlinska olja, kisline.

Mleko je emulzija, torej tekočina, v kateri so kapljice maščobe. Uporaben tekoči mineral je olje. Pridobiva se iz vrtin z vrtalnimi napravami na kopnem in v oceanu. Morska voda je tudi surovina za industrijo. Njegova razlika od sladke vode rek in jezer je v vsebnosti raztopljenih snovi, predvsem soli. Med izhlapevanjem s površine vodnih teles samo molekule H 2 O preidejo v stanje pare, ostanejo topljene snovi. Na tej lastnosti temeljijo metode za pridobivanje koristnih snovi iz morske vode in metode za njeno čiščenje.

S popolno odstranitvijo soli dobimo destilirano vodo. Vre pri 100°C in zmrzne pri 0°C. Slanice zavrejo in se pri različnih temperaturah spremenijo v led. Na primer, voda v Arktičnem oceanu zmrzne pri površinski temperaturi 2 °C.

Agregatno stanje živega srebra v normalnih pogojih je tekočina. Ta srebrno siva kovina je običajno napolnjena z medicinskimi termometri. Ko se segreje, se stolpec živega srebra dvigne na lestvici, snov se razširi. Zakaj se uporablja alkohol obarvan z rdečo barvo in ne živo srebro? To je razloženo z lastnostmi tekoče kovine. Pri 30-stopinjski zmrzali se agregacijsko stanje živega srebra spremeni, snov postane trdna.

Če je medicinski termometer pokvarjen in se je živo srebro razlilo, je nevarno zbiranje srebrnih kroglic z rokami. Vdihavanje hlapov živega srebra je škodljivo, ta snov je zelo strupena. Otroci v takih primerih morajo poiskati pomoč pri starših, odraslih.

plinasto stanje

Plini ne morejo ohraniti svojega volumna ali oblike. Bučko do vrha napolnite s kisikom (njena kemijska formula je O 2). Takoj, ko odpremo bučko, se bodo molekule snovi začele mešati z zrakom v prostoru. To se zgodi zahvaljujoč Brownovo gibanje. Tudi starogrški znanstvenik Demokrit je verjel, da so delci snovi v nenehnem gibanju. V trdnih snoveh v normalnih pogojih atomi, molekule, ioni nimajo možnosti zapustiti kristalne mreže, da bi se osvobodili vezi z drugimi delci. To je mogoče le, če je velika količina energije dobavljena od zunaj.

V tekočinah je razdalja med delci nekoliko večja kot v trdnih snoveh; potrebujejo manj energije za prekinitev medmolekularnih vezi. Na primer, tekoče agregatno stanje kisika opazimo šele, ko temperatura plina pade na -183 °C. Pri -223 ° C molekule O 2 tvorijo trdno snov. Ko se temperatura dvigne nad dano vrednost, se kisik spremeni v plin. V tej obliki je v normalnih pogojih. V industrijskih podjetjih obstajajo posebne naprave za ločevanje atmosferskega zraka in pridobivanje dušika in kisika iz njega. Najprej se zrak ohladi in utekočini, nato pa se temperatura postopoma zvišuje. Dušik in kisik se pod različnimi pogoji spremenita v pline.

Zemljina atmosfera vsebuje 21 % kisika in 78 % dušika po prostornini. V tekoči obliki teh snovi ni v plinasti lupini planeta. Tekoči kisik je svetlo modre barve in se pod visokim tlakom polni v jeklenke za uporabo v zdravstvenih ustanovah. V industriji in gradbeništvu so utekočinjeni plini potrebni za številne procese. Kisik je potreben za plinsko varjenje in rezanje kovin, v kemiji - za oksidacijske reakcije anorganskih in organskih snovi. Če odprete ventil kisikove jeklenke, se tlak zmanjša, tekočina se spremeni v plin.

Utekočinjeni propan, metan in butan se pogosto uporabljajo v energetiki, prometu, industriji in gospodinjstvu. Te snovi se pridobivajo iz zemeljski plin ali med krekingom (cepljenjem) naftnih surovin. Ogljikove tekoče in plinaste mešanice igrajo pomembno vlogo v gospodarstvu mnogih držav. Toda zaloge nafte in zemeljskega plina so močno izčrpane. Po mnenju znanstvenikov bo ta surovina trajala 100-120 let. Alternativni vir energija - pretok zraka (veter). Za delovanje elektrarn se uporabljajo hitre reke, plima na obalah morij in oceanov.

Kisik je, tako kot drugi plini, lahko v četrtem agregacijskem stanju, ki predstavlja plazmo. Nenavaden prehod iz trdnega v plinasto stanje - značilnost kristalinični jod. Temno vijolična snov se sublimira - spremeni v plin, mimo tekočega stanja.

Kako se izvajajo prehodi iz ene agregatne oblike snovi v drugo?

Spremembe agregatnega stanja snovi niso povezane s kemičnimi preobrazbami, to so fizikalni pojavi. Ko se temperatura dvigne, se veliko trdnih snovi stopi in spremeni v tekočine. Nadaljnje zvišanje temperature lahko povzroči izhlapevanje, to je plinasto stanje snovi. V naravi in ​​gospodarstvu so takšni prehodi značilni za eno glavnih snovi na Zemlji. Led, tekočina, para so stanja vode v različnih zunanjih pogojih. Spojina je enaka, njena formula je H 2 O. Pri temperaturi 0 ° C in pod to vrednostjo voda kristalizira, se pravi, da se spremeni v led. Ko se temperatura dvigne, se nastali kristali uničijo - led se topi, ponovno dobimo tekočo vodo. Ko se segreje, nastane izhlapevanje - pretvorba vode v plin - poteka tudi pri nizkih temperaturah. Na primer, zamrznjene luže postopoma izginejo, ker voda izhlapi. Tudi v mrzlem vremenu se mokra oblačila posušijo, vendar je ta proces daljši kot v vročem dnevu.

Vsi našteti prehodi vode iz enega stanja v drugo so velikega pomena za naravo Zemlje. Atmosferski pojavi, podnebje in vreme so povezani z izhlapevanjem vode s površine oceanov, prenosom vlage v obliki oblakov in megle na kopno, padavinami (dež, sneg, toča). Ti pojavi so osnova svetovnega vodnega kroga v naravi.

Kako se spreminjajo agregatna stanja žvepla?

V normalnih pogojih je žveplo svetli sijoči kristali ali svetlo rumen prah, torej trdna snov. Agregatno stanje žvepla se pri segrevanju spremeni. Prvič, ko se temperatura dvigne na 190 ° C, se rumena snov stopi in se spremeni v gibljivo tekočino.

Če tekoče žveplo hitro vlijete v hladno vodo, dobite rjavo amorfno maso. Z nadaljnjim segrevanjem žveplove taline postaja vse bolj viskozna in potemni. Pri temperaturah nad 300 ° C se agregacijsko stanje žvepla ponovno spremeni, snov pridobi lastnosti tekočine, postane mobilna. Ti prehodi nastanejo zaradi sposobnosti atomov elementa, da tvorijo verige različnih dolžin.

Zakaj so lahko snovi v različnih agregatnih stanjih?

Agregacijsko stanje žvepla - preproste snovi - je v normalnih pogojih trdno. Žveplov dioksid je plin, žveplova kislina je oljnata tekočina, težja od vode. Za razliko od klorovodikove in dušikove kisline ni hlapljiv, molekule ne izhlapevajo z njegove površine. Kakšno agregacijsko stanje ima plastično žveplo, ki ga dobimo s segrevanjem kristalov?

V amorfni obliki ima snov strukturo tekočine, ki ima rahlo pretočnost. Toda plastično žveplo hkrati ohrani svojo obliko (kot trdna snov). Obstajajo tekoči kristali, ki imajo številne značilne lastnosti trdnih snovi. Tako je stanje snovi v različnih pogojih odvisno od njene narave, temperature, tlaka in drugih zunanjih pogojev.

Kakšne so značilnosti strukture trdnih snovi?

Obstoječe razlike med glavnimi agregatnimi stanji snovi pojasnjujemo z interakcijo med atomi, ioni in molekulami. Zakaj na primer trdno agregatno stanje snovi vodi do sposobnosti teles, da ohranijo prostornino in obliko? V kristalni mreži kovine ali soli se strukturni delci med seboj privlačijo. V kovinah pozitivno nabiti ioni medsebojno delujejo s tako imenovanim "elektronskim plinom" - kopičenjem prostih elektronov v kosu kovine. Kristali soli nastanejo zaradi privlačnosti nasprotno nabitih delcev - ionov. Razdalja med zgornjimi strukturnimi enotami trdnih snovi je veliko manjša od velikosti samih delcev. V tem primeru deluje elektrostatična privlačnost, daje moč, odboj pa ni dovolj močan.

Da bi uničili trdno agregacijsko stanje snovi, si je treba prizadevati. Kovine, soli, atomski kristali se topijo pri zelo visokih temperaturah. Na primer, železo postane tekoče pri temperaturah nad 1538 °C. Volfram je ognjevzdržen in se uporablja za izdelavo žarilnih niti za žarnice. Obstajajo zlitine, ki postanejo tekoče pri temperaturah nad 3000 °C. Mnogi na Zemlji so v trdnem stanju. Ta surovina se pridobiva s pomočjo opreme v rudnikih in kamnolomih.

Da bi od kristala ločili celo en ion, je potrebno porabiti veliko energije. A navsezadnje je dovolj, da raztopite sol v vodi, da kristalna mreža razpade! Ta pojav je razložen neverjetne lastnosti voda kot polarno topilo. Molekule H 2 O medsebojno delujejo z ioni soli in uničijo kemično vez med njimi. Tako raztapljanje ni preprosto mešanje različnih snovi, temveč fizična in kemična interakcija med njimi.

Kako medsebojno delujejo molekule tekočin?

Voda je lahko tekoča, trdna in plinasta (para). To so njegova glavna agregirana stanja v normalnih pogojih. Molekule vode so sestavljene iz enega atoma kisika, na katerega sta vezana dva vodikova atoma. V molekuli pride do polarizacije kemične vezi, na atomih kisika se pojavi delni negativni naboj. Vodik postane pozitivni pol v molekuli in ga privlači atom kisika druge molekule. To se imenuje "vodikova vez".

Za tekoče agregacijsko stanje so značilne razdalje med strukturnimi delci, ki so primerljive z njihovimi velikostmi. Privlačnost obstaja, vendar je šibka, zato voda ne obdrži svoje oblike. Izhlapevanje nastane zaradi uničenja vezi, ki se pojavi na površini tekočine tudi pri sobni temperaturi.

Ali obstajajo medmolekularne interakcije v plinih?

Plinasto stanje snovi se od tekočega in trdnega razlikuje po številnih parametrih. Med strukturnimi delci plinov so velike reže, veliko večje od velikosti molekul. V tem primeru privlačne sile sploh ne delujejo. Plinasto agregacijsko stanje je značilno za snovi, ki so v sestavi zraka: dušik, kisik, ogljikov dioksid. Na spodnji sliki je prva kocka napolnjena s plinom, druga s tekočino in tretja s trdno snovjo.

Veliko tekočin je hlapnih; molekule snovi se odtrgajo od njihove površine in preidejo v zrak. Na primer, če v odprtino odprte steklenice klorovodikove kisline prinesete vatirano palčko, namočeno v amoniak, se pojavi bel dim. Prav v zraku pride do kemične reakcije med klorovodikovo kislino in amoniakom, dobimo amonijev klorid. V kakšnem agregatnem stanju je ta snov? Njeni delci, ki tvorijo bel dim, so najmanjši trdni kristali soli. Ta poskus je treba izvesti pod izpušnim pokrovom, snovi so strupene.

Zaključek

Agregatno stanje plina so preučevali številni izjemni fiziki in kemiki: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Claiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Znanstveniki so oblikovali zakone, ki pojasnjujejo obnašanje plinastih snovi v kemičnih reakcijah, ko se spremenijo zunanji pogoji. Odprte zakonitosti niso vstopile le v šolske in univerzitetne učbenike fizike in kemije. Številne kemične industrije temeljijo na znanju o obnašanju in lastnostih snovi v različnih agregacijskih stanjih.

Opredelitev 1

Agregatna stanja snovi(iz latinskega "aggrego" pomeni "privežem", "vežem") - to so stanja iste snovi v trdni, tekoči in plinasti obliki.

Pri prehodu iz enega stanja v drugo opazimo nenadno spremembo energije, entropije, gostote in drugih lastnosti snovi.

Trdna in tekoča telesa

Trdne snovi- To so telesa, ki jih odlikuje konstantnost oblike in prostornine.

V trdnih snoveh so medmolekulske razdalje majhne in potencialno energijo molekul lahko primerjamo s kinetično energijo.

Trdna telesa so razdeljena na 2 vrsti:

1. kristalni;
2. Amorfna.

Samo kristalna telesa so v stanju termodinamičnega ravnotežja. Amorfna telesa so pravzaprav metastabilna stanja, ki so po strukturi podobna neravnovesnim, počasi kristalizirajočim tekočinam. V amorfnem telesu poteka pretirano počasen proces kristalizacije, proces postopnega preoblikovanja snovi v kristalno fazo. Razlika med kristalom in amorfno trdno snovjo je predvsem v anizotropiji njegovih lastnosti. Lastnosti kristalnega telesa so določene glede na smer v prostoru. Različni procesi (na primer toplotna prevodnost, električna prevodnost, svetloba, zvok) se na različne načine širijo v različnih smereh trdnega telesa. Toda amorfna telesa (na primer steklo, smole, plastika) so izotropna, kot tekočine. Razlika med amorfnimi telesi in tekočinami je le v tem, da so slednje tekoče, v njih ne prihaja do statičnih strižnih deformacij.

Kristalna telesa imajo pravilno molekularno strukturo. Zaradi pravilne strukture ima kristal anizotropne lastnosti. Pravilna razporeditev kristalnih atomov ustvarja tako imenovano kristalno mrežo. V različnih smereh je lokacija atomov v mreži različna, kar vodi v anizotropijo. Atomi (ioni ali cele molekule) v kristalni mreži izvajajo naključno nihajno gibanje v bližini srednjih položajev, ki se obravnavajo kot vozlišča kristalne mreže. Višja kot je temperatura, višja je energija nihanja in s tem povprečna amplituda nihanja. Glede na amplitudo nihanja se določi velikost kristala. Povečanje amplitude nihanj vodi do povečanja velikosti telesa. Tako je razloženo toplotno raztezanje trdnih snovi.

Opredelitev 3

tekoča telesa- To so telesa, ki imajo določeno prostornino, vendar nimajo elastične oblike.

Za snov v tekočem stanju je značilna močna medmolekularna interakcija in nizka stisljivost. Tekočina zavzema vmesni položaj med trdno snovjo in plinom. Tekočine imajo tako kot plini izotopske lastnosti. Poleg tega ima tekočina lastnost pretočnosti. V njej, tako kot v plinih, ni teles strižne napetosti (strižne napetosti). Tekočine so težke, torej so specifična težnost se lahko primerja z specifična težnost trdna telesa. V bližini temperatur kristalizacije so njihove toplotne kapacitete in druge toplotne lastnosti blizu trdnih snovi. V tekočinah je do določene mere opazna pravilna razporeditev atomov, vendar le na majhnih območjih. Tu atomi izvajajo tudi nihajno gibanje okoli vozlišč kvazikristalne celice, vendar za razliko od atomov trdnega telesa občasno skačejo iz enega vozlišča v drugo. Posledično bo gibanje atomov zelo zapleteno: oscilatorno, hkrati pa se središče nihanja premika v prostoru.

plin To je stanje snovi, v katerem so razdalje med molekulami ogromne.

Sile interakcije med molekulami pri nizkih tlakih lahko zanemarimo. Delci plina zapolnijo celotno prostornino, ki je predvidena za plin. Plini veljajo za zelo pregrete ali nenasičene pare. Posebna vrsta plina je plazma (delno ali popolnoma ioniziran plin, v katerem sta gostoti pozitivnih in negativnih nabojev skoraj enaki). To pomeni, da je plazma plin nabitih delcev, ki medsebojno delujejo z uporabo električnih sil na veliki razdalji, vendar nimajo bližnjih in daljnih delcev.

Kot veste, se snovi lahko premikajo iz enega agregacijskega stanja v drugo.

Definicija 5

Izhlapevanje- to je proces spreminjanja agregacijskega stanja snovi, pri katerem s površine tekočega ali trdnega telesa izletijo molekule, katerih kinetična energija pretvarja potencialno energijo interakcije molekul.

Izhlapevanje je fazni prehod. Med izhlapevanjem se del tekočine ali trdne snovi pretvori v paro.

Opredelitev 6

Snov v plinastem stanju, ki je v dinamičnem ravnovesju s tekočino, imenujemo nasičena trajekt. V tem primeru je sprememba notranje energije telesa enaka:

∆ U = ± m r (1) ,

kjer je m masa telesa, r je specifična toplota izhlapevanja (J / k g).

Opredelitev 7

Kondenzacija je obraten proces izhlapevanja.

Spremembo notranje energije izračunamo po formuli (1) .

Opredelitev 8

Taljenje- To je proces pretvorbe snovi iz trdnega v tekoče stanje, proces spreminjanja agregacijskega stanja snovi.

Ko se snov segreje, se njena notranja energija poveča, zato se poveča hitrost toplotnega gibanja molekul. Ko snov doseže tališče, se kristalna mreža trdne snovi uniči. Prav tako se uničijo vezi med delci in poveča se energija interakcije med delci. Toplota, ki se prenese na telo, gre za povečanje notranje energije tega telesa, del energije pa se porabi za opravljanje dela za spreminjanje volumna telesa, ko se ta topi. Za številna kristalna telesa se volumen poveča pri taljenju, vendar obstajajo izjeme (na primer led, lito železo). Amorfna telesa nimajo določenega tališča. Taljenje je fazni prehod, za katerega je značilna nenadna sprememba toplotne kapacitete pri talilni temperaturi. Tališče je odvisno od snovi in ​​med postopkom ostane konstantno. Potem je sprememba notranje energije telesa enaka:

∆ U = ± m λ (2) ,

kjer je λ specifična toplota fuzije (D f / k g) .

Opredelitev 9

Kristalizacija je obraten proces taljenja.

Spremembo notranje energije izračunamo po formuli (2) .

Sprememba notranje energije vsakega telesa sistema med segrevanjem ali hlajenjem se izračuna po formuli:

∆ U = m c ∆ T (3) ,

kjer je c specifična toplotna kapaciteta snovi, J do g K, △ T je sprememba telesne temperature.

Opredelitev 10

Pri preoblikovanju snovi iz enega agregacijskega stanja v drugo ne gre brez t.i. enačbe toplotne bilance: skupna količina toplote, ki se sprosti v toplotno izoliranem sistemu, je enaka količini toplote (skupaj), ki se absorbira v tem sistemu.

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

V bistvu je enačba toplotne bilance zakon o ohranjanju energije za procese prenosa toplote v toplotno izoliranih sistemih.

Primer 1

V toplotno izolirani posodi sta voda in led s temperaturo t i = 0 °C. Masa vode m υ in ledu m i je enaka 0,5 kg oziroma 60 g. Vodno paro z maso m p = 10 g spustimo v vodo pri temperaturi t p = 100 ° C. Kakšna bo temperatura vode v posodi po vzpostavitvi toplotnega ravnovesja? V tem primeru toplotne zmogljivosti posode ni treba upoštevati.

Slika 1

Rešitev

Ugotovimo, kateri procesi potekajo v sistemu, katera agregatna stanja snovi smo opazili in katera smo dobili.

Vodna para kondenzira in oddaja toploto.

Toplotna energija se porabi za taljenje ledu in morda za ogrevanje vode, ki je na voljo in pridobljena iz ledu.

Najprej preverimo, koliko toplote se sprosti med kondenzacijo razpoložljive mase pare:

Q p = - r m p ; Q p = 2, 26 10 6 10 - 2 \u003d 2, 26 10 4 (D w),

tukaj imamo iz referenčnih materialov r = 2,26 10 6 J k g - specifična toplota uparjanja (uporablja se tudi za kondenzacijo).

Za taljenje ledu potrebujete naslednjo količino toplote:

Q i \u003d λ m i Q i \u003d 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D w),

tukaj imamo iz referenčnih materialov λ = 3, 3 10 5 J k g - specifično toploto taljenja ledu.

Izkazalo se je, da para odda več toplote, kot je potrebno, le da stopi obstoječi led, kar pomeni, da enačbo toplotne bilance zapišemo takole:

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

Toplota se sprošča pri kondenzaciji pare mase m p in ohlajanju vode, ki nastane iz pare s temperature T p na želeno T . Toplota se absorbira, ko se led z maso m i stopi in voda z maso m υ + m i segreje s temperature T i na T . Označimo T - T i = ∆ T za razliko T p - T dobimo:

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

Enačba toplotne bilance bo videti tako:

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 .

Naredimo izračune, pri čemer upoštevamo dejstvo, da je toplotna zmogljivost vode tabela

c \u003d 4, 2 10 3 J kg K, T p \u003d tp + 273 = 373 K, T i \u003d ti + 273 \u003d 273 K: ∆ T \u003d 2, 26 10 - 6 + , 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3, 3 10 5 4, 2 10 3 5, 7 10 - 1 ≈ 3 (K),

potem je T = 273 + 3 = 276 K

odgovor: Temperatura vode v posodi po vzpostavitvi toplotnega ravnovesja bo 276 K.

Primer 2

Slika 2 prikazuje odsek izoterme, ki ustreza prehodu snovi iz kristalnega v tekoče stanje. Kaj ustreza temu razdelku na diagramu p, T?

Slika 2

odgovor: Celoten niz stanj, ki so prikazani na diagramu p, V kot vodoravni odsek na diagramu p, T, je prikazan z eno točko, ki določa vrednosti p in T, pri katerih se transformacija iz enega stanja pride do združevanja v drugo.

Če opazite napako v besedilu, jo označite in pritisnite Ctrl+Enter

Vsa snov lahko obstaja v eni od štirih oblik. Vsak od njih je določeno agregatno stanje snovi. V naravi Zemlje je le eden zastopan v treh naenkrat. To je voda. Lahko je videti, da je izhlapela, stopljena in strjena. To je para, voda in led. Znanstveniki so se naučili, kako spremeniti agregatna stanja snovi. Največja težava jim predstavlja le plazma. To stanje zahteva posebne pogoje.

Kaj je to, od česa je odvisno in kako je označeno?

Če je telo prešlo v drugo agregatno stanje, to še ne pomeni, da se je pojavilo nekaj drugega. Snov ostane enaka. Če bi imela tekočina molekule vode, bodo enake v pari z ledom. Spremenila se bo le njihova lokacija, hitrost gibanja in sile medsebojnega delovanja.

Pri preučevanju teme "Agregatna stanja (8. razred)" se upoštevajo le tri od njih. To so tekoče, plinaste in trdne snovi. Njihove manifestacije so odvisne od fizičnega stanja. okolje. Značilnosti teh stanj so predstavljene v tabeli.

Prvo stanje: trdno

Njegova temeljna razlika od drugih je, da imajo molekule strogo določeno mesto. Ko govorimo o trdnem agregatnem stanju, najpogosteje mislijo na kristale. V njih je struktura rešetke simetrična in strogo periodična. Zato je vedno ohranjen, ne glede na to, kako daleč bi se telo razširilo. Oscilatorno gibanje molekul snovi ni dovolj za uničenje te mreže.

Obstajajo pa tudi amorfna telesa. Nimajo stroge strukture pri razporeditvi atomov. Lahko so kjerkoli. Toda to mesto je tako stabilno kot v kristalnem telesu. Razlika med amorfnimi in kristaliničnimi snovmi je v tem, da nimajo določene temperature tališča (strjevanja) in jih odlikuje fluidnost. Živahna primera takšnih snovi sta steklo in plastika.

Drugo stanje: tekočina

To agregatno stanje snovi je križanec med trdno snovjo in plinom. Zato združuje nekatere lastnosti iz prvega in drugega. Torej je razdalja med delci in njihova interakcija podobna kot pri kristalih. Toda tukaj je lokacija in gibanje bližje plinu. Zato tekočina ne obdrži svoje oblike, ampak se razlije po posodi, v katero jo vlijemo.

Tretje stanje: plin

Za znanost, imenovano »fizika«, agregacijsko stanje v obliki plina ni na zadnjem mestu. Ker študira svet, zrak v njem pa je zelo pogost.

Značilnosti tega stanja so, da so sile interakcije med molekulami praktično odsotne. To pojasnjuje njihovo prosto gibanje. Zaradi tega plinasta snov zapolni celotno količino, ki ji je namenjena. Poleg tega je mogoče vse prenesti v to stanje, samo povečati morate temperaturo za želeno količino.

Četrto stanje: plazma

To agregatno stanje snovi je plin, ki je v celoti ali delno ioniziran. To pomeni, da je število negativno in pozitivno nabitih delcev v njej skoraj enako. Ta situacija se pojavi, ko se plin segreje. Nato pride do močnega pospeševanja procesa toplotne ionizacije. Leži v tem, da so molekule razdeljene na atome. Slednji se nato spremenijo v ione.

V vesolju je takšno stanje zelo pogosto. Ker vsebuje vse zvezde in medij med njimi. V mejah zemeljskega površja se pojavlja izjemno redko. Poleg ionosfere in sončnega vetra je plazma mogoča le med nevihtami. Pri bliskah strele nastanejo pogoji, v katerih plini ozračja preidejo v četrto stanje snovi.

Toda to ne pomeni, da plazma ni nastala v laboratoriju. Prva stvar, ki jo je bilo mogoče reproducirati, je bila plinska razelektritev. Plazma zdaj polni fluorescenčne luči in neonske napise.

Kako poteka prehod med državami?

Če želite to narediti, morate ustvariti določene pogoje: stalen tlak in določeno temperaturo. V tem primeru spremembo agregatnih stanj snovi spremlja sproščanje ali absorpcija energije. Poleg tega se ta prehod ne zgodi z bliskovito hitrostjo, ampak zahteva določen čas. V tem času morajo pogoji ostati nespremenjeni. Prehod se zgodi ob hkratnem obstoju snovi v dveh oblikah, ki ohranjata toplotno ravnotežje.

Prva tri agregatna stanja lahko medsebojno prehajajo eno v drugo. Obstajajo neposredni in obratni procesi. Imajo naslednja imena:

• taljenje(iz trdnega v tekoče) in kristalizacija na primer taljenje ledu in strjevanje vode;
• izhlapevanje(iz tekočega v plinasto) in kondenzacija, primer je izhlapevanje vode in njena proizvodnja iz pare;
• sublimacija(iz trdnega v plinasto) in desublimacija, na primer, izhlapevanje suhe dišave za prvo od njih in zmrznjeni vzorci na steklu za drugo.

Fizika taljenja in kristalizacije

Če se trdno telo segreje, potem pri določeni temperaturi, ki se imenuje tališče določena snov, se bo začela sprememba agregacijskega stanja, ki se imenuje taljenje. Ta proces poteka z absorpcijo energije, ki se imenuje količino toplote in je označen s črko Q. Če ga želite izračunati, morate vedeti Specifična toplota taljenje, ki je označena λ . In formula izgleda takole:

Q=λ*m, kjer je m masa snovi, ki sodeluje pri taljenju.

Če se zgodi obratni proces, to je kristalizacija tekočine, potem se pogoji ponovijo. Edina razlika je v tem, da se energija sprosti, v formuli pa se pojavi znak minus.

Fizika izhlapevanja in kondenzacije

Z nadaljnjim segrevanjem snovi se bo postopoma približala temperaturi, pri kateri se bo začelo njeno intenzivno izhlapevanje. Ta proces se imenuje vaporizacija. Zanj je spet značilna absorpcija energije. Samo da ga izračunaš, moraš vedeti specifična toplota izhlapevanja r. In formula bo:

Q=r*m.

Obratni proces oziroma kondenzacija se pojavi s sproščanjem enake količine toplote. Zato se v formuli spet pojavi minus.

Agregacijsko stanje- to je stanje snovi v določenem območju temperatur in tlakov, za katerega so značilne lastnosti: sposobnost (trdno telo) ali nezmožnost (tekočina, plin) ohranjanja prostornine in oblike; prisotnost ali odsotnost reda dolgega dosega (trdno) ali kratkega dosega (tekoče) in druge lastnosti.

Snov je lahko v treh agregacijskih stanjih: trdna, tekoča ali plinasta, trenutno se razlikuje še dodatno plazemsko (ionsko) stanje.

IN plinast V stanju je razdalja med atomi in molekulami snovi velika, medsebojne sile so majhne, ​​delci, ki se naključno gibljejo v prostoru, pa imajo veliko kinetično energijo, ki presega potencialno energijo. Material v plinastem stanju nima niti oblike niti prostornine. Plin zapolni ves razpoložljivi prostor. To stanje je značilno za snovi z nizko gostoto.

IN tekočina Stanje, se ohrani le kratkoročni vrstni red atomov ali molekul, ko se v volumnu snovi periodično pojavljajo ločeni odseki z urejeno razporeditvijo atomov, vendar je tudi medsebojna usmerjenost teh odsekov odsotna. Red kratkega dosega je nestabilen in lahko izgine ali se ponovno pojavi pod vplivom toplotnih vibracij atomov. Molekule tekočine nimajo določenega položaja, hkrati pa nimajo popolne svobode gibanja. Material v tekočem stanju nima lastne oblike, ohranja le prostornino. Tekočina lahko zasede le del prostornine posode, vendar prosto teče po celotni površini posode. Tekoče stanje se običajno šteje za vmesno med trdno snovjo in plinom.

IN trdna snov, razporeditev atomov postane strogo določena, pravilno urejena, medsebojne sile delcev so medsebojno uravnotežene, zato telesa ohranijo obliko in prostornino. Redno urejena razporeditev atomov v prostoru je značilna za kristalno stanje, atomi tvorijo kristalno mrežo.

Trdne snovi imajo amorfno ali kristalno strukturo. Za amorfna Za telesa je značilen le red kratkega dosega v razporeditvi atomov ali molekul, kaotična razporeditev atomov, molekul ali ionov v prostoru. Primeri amorfnih teles so steklo, smola in smola, ki se zdijo v trdnem stanju, čeprav v resnici tečejo počasi, kot tekočina. Amorfna telesa za razliko od kristalnih nimajo določenega tališča. Amorfna telesa zasedajo vmesni položaj med kristalnimi trdnimi snovmi in tekočinami.

Večina trdnih snovi ima kristalno struktura, za katero je značilna urejena razporeditev atomov ali molekul v prostoru. Za kristalno strukturo je značilen red na dolge razdalje, ko se elementi strukture periodično ponavljajo; tako rednega ponavljanja v vrstnem redu kratkega dosega ni. Značilna lastnost kristalnega telesa je sposobnost, da ohrani svojo obliko. Znak idealnega kristala, katerega model je prostorska mreža, je lastnost simetrije. Simetrija je razumljena kot teoretična sposobnost kristalne mreže trdne snovi, da se združi sama s sabo, ko se njene točke zrcalijo iz določene ravnine, imenovane ravnina simetrije. Simetrija zunanje oblike odraža simetrijo notranje strukture kristala. Na primer, vse kovine imajo kristalno strukturo, za katero sta značilni dve vrsti simetrije: kubična in heksagonalna.

V amorfnih strukturah z neurejeno porazdelitvijo atomov so lastnosti snovi v različnih smereh enake, torej so steklene (amorfne) snovi izotropne.

Za vse kristale je značilna anizotropija. V kristalih so razdalje med atomi urejene, vendar je stopnja urejenosti lahko različna v različnih smereh, kar vodi do razlike v lastnostih kristalne snovi v različnih smereh. Imenuje se odvisnost lastnosti kristalne snovi od smeri v njeni mreži anizotropija lastnosti. Anizotropija se kaže pri merjenju tako fizikalnih kot mehanskih in drugih lastnosti. Obstajajo lastnosti (gostota, toplotna kapaciteta), ki niso odvisne od smeri v kristalu. Večina lastnosti je odvisna od izbire smeri.

Možno je izmeriti lastnosti predmetov, ki imajo določeno prostornino materiala: velikosti - od nekaj milimetrov do deset centimetrov. Ti predmeti s strukturo, identično kristalni celici, se imenujejo monokristali.

Anizotropija lastnosti se kaže v posameznih kristalih in je praktično odsotna v polikristalni snovi, sestavljeni iz številnih majhnih naključno usmerjenih kristalov. Zato se polikristalne snovi imenujejo kvazi-izotropne.

Kristalizacija polimerov, katerih molekule se lahko urejeno razporedijo s tvorbo supramolekularnih struktur v obliki snopov, zvitkov (globul), fibril itd., se pojavi v določenem temperaturnem območju. Kompleksna struktura molekul in njihovih agregatov določa specifično obnašanje polimerov pri segrevanju. Ne morejo preiti v tekoče stanje z nizko viskoznostjo, nimajo plinastega stanja. V trdni obliki so polimeri lahko v steklenem, visoko elastičnem in viskoznem stanju. Polimeri z linearnimi ali razvejanimi molekulami lahko prehajajo iz enega stanja v drugo s spremembo temperature, kar se kaže v procesu deformacije polimera. Na sl. 9 prikazuje odvisnost deformacije od temperature.

riž. 9 Termomehanska krivulja amorfnega polimera: t c , t T, t p - temperatura steklanja, fluidnost in začetek kemične razgradnje; I - III - cone steklenega, visoko elastičnega in viskoznega stanja; Δ l- deformacija.

Prostorska struktura razporeditve molekul določa le stekleno stanje polimera. Pri nizkih temperaturah se vsi polimeri elastično deformirajo (slika 9, cona I). Nad temperaturo stekla t c amorfni polimer z linearno strukturo preide v visoko elastično stanje ( cona II), njegova deformacija v steklenih in visoko elastičnih stanjih pa je reverzibilna. Ogrevanje nad točko tečenja t t pretvori polimer v viskozno stanje ( cona III). Deformacija polimera v viskoznem stanju je nepovratna. Amorfni polimer s prostorsko (mrežno, zamreženo) strukturo nima viskoznega stanja, temperaturno območje visoko elastičnega stanja se razširi na temperaturo razgradnje polimera t R. To obnašanje je značilno za materiale iz gume.

Temperatura snovi v katerem koli agregatnem stanju označuje povprečno kinetično energijo njenih delcev (atomov in molekul). Ti delci v telesih imajo predvsem kinetično energijo nihajnih gibov glede na središče ravnotežja, kjer je energija minimalna. Ko je dosežena določena kritična temperatura, trdni material izgubi svojo trdnost (stabilnost) in se topi, tekočina pa se spremeni v paro: zavre in izhlapi. Te kritične temperature so tališče in vrelišče.

Ko se kristalni material segreje pri določeni temperaturi, se molekule premikajo tako močno, da se toge vezi v polimeru pretrgajo in kristali uničijo – preidejo v tekoče stanje. Temperatura, pri kateri so kristali in tekočina v ravnotežju, se imenuje tališče kristala ali točka strjevanja tekočine. Za jod je ta temperatura 114 o C.

Vsak kemični element ima lastno tališče t pl, ki ločuje obstoj trdne snovi in ​​tekočine ter vrelišče t kip, kar ustreza prehodu tekočine v plin. Pri teh temperaturah so snovi v termodinamičnem ravnotežju. Spremembo agregacijskega stanja lahko spremlja skokovita sprememba proste energije, entropije, gostote in drugih. fizične količine.

Za opis različnih držav v fizika uporablja širši koncept termodinamična faza. Pojavi, ki opisujejo prehode iz ene faze v drugo, se imenujejo kritični.

Pri segrevanju snovi doživijo fazne transformacije. Ko se baker stopi (1083 o C), se baker spremeni v tekočino, v kateri imajo atomi le red kratkega dosega. Pri tlaku 1 atm baker vre pri 2310 ° C in se spremeni v plinasti baker z naključno razporejenimi atomi bakra. Pri tališču sta tlaka nasičene pare kristala in tekočine enaka.

Material kot celota je sistem.

sistem- skupina spojin fizično, kemične ali mehanske interakcije. faza imenujemo homogeni del sistema, ločen od drugih delov fizični vmesniki (v litem železu: grafit + železova zrna; v ledeni vodi: led + voda).Komponente sistemi so različne faze, ki sestavljajo dani sistem. Sistemske komponente- to so snovi, ki tvorijo vse faze (komponente) tega sistema.

Materiali, sestavljeni iz dveh ali več faz so razpršeno sistemi . Disperzne sisteme delimo na soli, katerih obnašanje je podobno obnašanju tekočin, in gele z značilnimi lastnostmi trdnih snovi. V solih je disperzijski medij, v katerem je snov porazdeljena, tekoč, v gelih prevladuje trdna faza. Geli so polkristalna kovina, beton, raztopina želatine v vodi pri nizki temperaturi (pri visoki temperaturi se želatina spremeni v sol). Hidrosol je disperzija v vodi, aerosol je disperzija v zraku.

Diagrami stanja.

V termodinamičnem sistemu so za vsako fazo značilni parametri, kot je temperatura T, koncentracija od in pritisk R. Za opis faznih transformacij se uporablja ena sama energijska lastnost - Gibbsova prosta energija ΔG(termodinamični potencial).

Termodinamika je pri opisu transformacij omejena na upoštevanje ravnotežnega stanja. stanje ravnotežja za termodinamični sistem je značilna invariantnost termodinamičnih parametrov (temperatura in koncentracija, kot pri tehnološki obdelavi R= const) v času in odsotnosti tokov energije in snovi v njem - s konstantnostjo zunanjih pogojev. Fazno ravnovesje- ravnotežno stanje termodinamičnega sistema, sestavljenega iz dveh ali več faz.

Za matematični opis ravnotežnih pogojev sistema obstaja fazno pravilo dal Gibbs. Povezuje število faz (F) in komponent (K) v ravnotežnem sistemu z varianco sistema, to je številom termodinamičnih stopenj svobode (C).

Število termodinamičnih stopenj svobode (variance) sistema je število neodvisnih spremenljivk kot notranjih ( kemična sestava faze) in zunanjo (temperatura), ki ji je mogoče dati različne poljubne (v določenem intervalu) vrednosti, tako da se nove faze ne pojavijo in stare faze ne izginejo.

Gibbsova enačba faznega pravila:

C \u003d K - F + 1.

V skladu s tem pravilom so v sistemu dveh komponent (K = 2) možne naslednje stopnje svobode:

Za enofazno stanje (F = 1) C = 2, torej lahko spremenite temperaturo in koncentracijo;

Za dvofazno stanje (F = 2) C = 1, t.j. lahko spremenite samo en zunanji parameter (na primer temperaturo);

Za trifazno stanje je število stopenj svobode nič, to pomeni, da je nemogoče spreminjati temperaturo, ne da bi pri tem motili ravnotežje v sistemu (sistem je invariant).

Na primer, za čisto kovino (K = 1) med kristalizacijo, ko sta dve fazi (F = 2), je število stopenj svobode nič. To pomeni, da temperature kristalizacije ni mogoče spremeniti, dokler se proces ne zaključi in ostane ena faza – trdni kristal. Po koncu kristalizacije (F = 1) je število stopenj svobode 1, tako da lahko spreminjate temperaturo, torej ohlajate trdno snov, ne da bi pri tem motili ravnotežje.

Obnašanje sistemov v odvisnosti od temperature in koncentracije je opisano z diagramom stanja. Diagram stanja vode je sistem z eno H 2 O komponento, zato je največje število faz, ki so lahko hkrati v ravnotežju, tri (slika 10). Te tri faze so tekočina, led, para. Število stopenj svobode je v tem primeru enako nič, t.j. nemogoče je spremeniti niti tlak niti temperaturo, tako da nobena od faz ne izgine. Običajni led, tekoča voda in vodna para lahko hkrati obstajajo v ravnotežju le pri tlaku 0,61 kPa in temperaturi 0,0075°C. Točka, kjer soobstajajo tri faze, se imenuje trojna točka ( O).

Krivulja OS ločuje področja pare in tekočine in predstavlja odvisnost tlaka nasičene vodne pare od temperature. Krivulja OC prikazuje tiste med seboj povezane vrednosti temperature in tlaka, pri katerih sta tekoča voda in vodna para v ravnotežju med seboj, zato se imenuje krivulja ravnotežja tekočine in pare ali krivulja vrelišča.

Slika 10 Diagram stanja vode

Krivulja OV ločuje tekočo regijo od ledene regije. To je ravnotežna krivulja trdno-tekočina in se imenuje krivulja taljenja. Ta krivulja prikazuje tiste medsebojno povezane pare temperatur in tlakov, pri katerih sta led in tekoča voda v ravnotežju.

Krivulja OA se imenuje sublimacijska krivulja in prikazuje medsebojno povezane pare vrednosti tlaka in temperature, pri katerih sta led in vodna para v ravnotežju.

Diagram stanja je vizualni način predstavitve območij obstoja različnih faz, odvisno od zunanjih pogojev, kot sta tlak in temperatura. Diagrami stanja se aktivno uporabljajo v znanosti o materialih na različnih tehnoloških stopnjah pridobivanja izdelka.

Tekočina se od trdnega kristalnega telesa razlikuje po nizkih vrednostih viskoznosti (notranje trenje molekul) in visokih vrednostih pretočnosti (recipročna vrednost viskoznosti). Tekočina je sestavljena iz številnih agregatov molekul, znotraj katerih so delci razporejeni v določenem vrstnem redu, podobnem vrstnemu redu v kristalih. Narava strukturnih enot in interakcija med delci določa lastnosti tekočine. Obstajajo tekočine: enoatomne (utekočinjeni žlahtni plini), molekularne (voda), ionske (staljene soli), kovinske (staljene kovine), tekoči polprevodniki. V večini primerov tekočina ni le agregacijsko stanje, temveč tudi termodinamična (tekoča) faza.

Tekoče snovi so najpogosteje raztopine. Rešitev homogena, vendar ne kemično čista snov, je sestavljena iz topljenca in topila (primeri topila so voda ali organska topila: dikloroetan, alkohol, ogljikov tetraklorid itd.), zato je mešanica snovi. Primer je raztopina alkohola v vodi. Vendar pa so raztopine tudi mešanice plinastih (na primer zrak) ali trdnih (kovinske zlitine) snovi.

Pri ohlajanju v pogojih nizke stopnje tvorbe kristalizacijskih centrov in močnega povečanja viskoznosti lahko pride do steklenega stanja. Stekla so izotropni trdni materiali, pridobljeni s prehlajenjem staljenih anorganskih in organskih spojin.

Znanih je veliko snovi, katerih prehod iz kristalnega stanja v izotropno tekočino poteka skozi vmesno tekoče-kristalno stanje. Značilen je za snovi, katerih molekule so v obliki dolgih palic (palic) z asimetrično strukturo. Takšni fazni prehodi, ki jih spremljajo toplotni učinki, povzročijo nenadno spremembo mehanskih, optičnih, dielektričnih in drugih lastnosti.

tekoči kristali, kot tekočina, ima lahko obliko podolgovate kapljice ali obliko posode, ima visoko pretočnost in se lahko združi. Široko se uporabljajo na različnih področjih znanosti in tehnologije. Njihove optične lastnosti so močno odvisne od majhnih sprememb zunanjih pogojev. Ta funkcija se uporablja v elektro-optičnih napravah. Zlasti tekoči kristali se uporabljajo pri izdelavi elektronskih ur, vizualne opreme itd.

Med glavnimi agregacijskimi stanji je plazma- delno ali popolnoma ioniziran plin. Glede na način tvorbe ločimo dve vrsti plazme: toplotno, ki nastane, ko se plin segreje na visoke temperature, in plinasto, ki nastane med električnimi razelektritvami v plinastem mediju.

Plazemsko-kemijski procesi so zavzeli trdno mesto v številnih vejah tehnologije. Uporabljajo se za rezanje in varjenje ognjevzdržnih kovin, za sintezo različnih snovi, široko uporabljajo plazemske svetlobne vire, obetavna je uporaba plazme v termonuklearnih elektrarnah itd.

Vsaka snov je sestavljena iz molekul, njene fizikalne lastnosti pa so odvisne od tega, kako so molekule urejene in kako medsebojno delujejo. V običajnem življenju opazimo tri agregatna stanja snovi – trdno, tekoče in plinasto.

Na primer, voda je lahko v trdnem (led), tekočem (voda) in plinastem (para) stanju.

plin razširi, dokler ne zapolni celotnega obsega, ki mu je dodeljen. Če razmislimo o plinu na molekularni ravni, bomo videli molekule, ki naključno hitijo in trčijo med seboj in s stenami posode, ki pa med seboj praktično ne delujejo. Če povečate ali zmanjšate prostornino posode, se bodo molekule enakomerno prerazporedile v novem volumnu.

Za razliko od plina pri določeni temperaturi zaseda določeno prostornino, vendar ima tudi obliko napolnjene posode - vendar le pod nivojem njene površine. Na molekularni ravni je tekočino najlažje predstavljati kot sferične molekule, ki se, čeprav so v tesnem stiku med seboj, prosto kotalijo druga okoli druge, kot okrogle kroglice v kozarcu. V posodo nalijte tekočino - in molekule se bodo hitro razširile in zapolnile spodnji del volumna posode, posledično bo tekočina dobila svojo obliko, vendar se ne bo razširila v celotnem volumnu posode.

Trdno ima svojo obliko, se ne razprostira po prostornini posodein ne prevzame svoje oblike. Na mikroskopski ravni so atomi med seboj povezani s kemičnimi vezmi in njihov položaj glede na drugega je fiksiran. Hkrati lahko tvorijo tako toge urejene strukture - kristalne rešetke - kot naključni kup - amorfna telesa (to je ravno struktura polimerov, ki izgledajo kot prepletene in lepljive testenine v skledi).

Zgoraj so bila opisana tri klasična agregatna stanja snovi. Obstaja pa še četrto stanje, ki ga fiziki nagibajo k razvrščanju kot agregatu. To je stanje plazme. Za plazmo je značilno delno ali popolno odstranjevanje elektronov iz njihovih atomskih orbit, medtem ko prosti elektroni sami ostanejo znotraj snovi.

V naravi lahko na lastne oči opazujemo spremembo agregatnih stanj snovi. Voda s površine vodnih teles izhlapi in nastanejo oblaki. Tako se tekočina spremeni v plin. Pozimi voda v rezervoarjih zmrzne in se spremeni v trdno stanje, spomladi pa se spet stopi in se spet spremeni v tekočino. Kaj se zgodi z molekulami snovi, ko preidejo iz enega v drugo stanje? Ali se spreminjajo? Ali se na primer molekule ledu razlikujejo od molekul hlapov? Odgovor je nedvoumen: ne. Molekule ostanejo popolnoma enake. Njihova kinetična energija se spremeni in s tem tudi lastnosti snovi.

Energija parnih molekul je dovolj velika, da se razprši v različne smeri, in ko se ohladi, se para kondenzira v tekočino, molekule pa imajo še vedno dovolj energije za skoraj prosto gibanje, vendar ne dovolj, da bi se odtrgale od privlačnosti drugih molekul. in odleti. Z nadaljnjim hlajenjem voda zmrzne in postane trdno telo, energija molekul pa ni več dovolj niti za prosto gibanje znotraj telesa. Nihajo na enem mestu, držijo jih privlačne sile drugih molekul.