Luonnossa aineita esiintyy kolmessa tilassa: kiinteässä, nestemäisessä ja kaasumaisessa tilassa. Esimerkiksi vesi voi olla kiinteässä (jää), nestemäisessä (vesi) ja kaasumaisessa (vesihöyry) tilassa. Tunnetussa lämpömittarissa elohopea on nestettä. Elohopean pinnan yläpuolella on sen höyryjä, ja -39 C:n lämpötilassa elohopea muuttuu kiinteäksi aineeksi.

Eri olomuodoissa aineilla on erilaisia ​​ominaisuuksia. Suurin osa ympärillämme olevista kehoista koostuu kiinteistä aineista. Nämä ovat taloja, autoja, työkaluja jne. Kiinteän rungon muotoa voidaan muuttaa, mutta tämä vaatii ponnistelua. Esimerkiksi kynnen taivutus vaatii paljon vaivaa.

Normaaleissa olosuhteissa kiinteää ainetta on vaikea puristaa tai venyttää.

Kiinteille aineille antamiseen haluttu muoto ja määrä tehtaissa ja tehtaissa niitä käsitellään erikoiskoneilla: sorvataan, höylätään, hiotaan.

Kiinteällä aineella on oma muotonsa ja tilavuutensa.

Toisin kuin kiinteät aineet, nesteet muuttavat helposti muotoaan. Ne ottavat sen aluksen muodon, jossa he ovat.

Esimerkiksi pullon täyttävä maito on pullon muotoinen. Lasiin kaadettu se saa lasin muodon (kuva 13). Mutta muuttamalla muotoaan, neste säilyttää tilavuutensa.

Normaaleissa olosuhteissa vain pienillä nestepisaroilla on oma muotonsa - pallon muotoinen. Näitä ovat esimerkiksi sadepisarat tai pisarat, joihin nestesuihku murtuu.

Esineiden valmistus sulasta lasista perustuu nesteen ominaisuuteen muuttaa muotoaan helposti (kuva 14).

Nesteet muuttavat helposti muotoaan, mutta säilyttävät tilavuutensa.

Hengittämämme ilma on kaasumaista ainetta tai kaasua. Koska useimmat kaasut ovat värittömiä ja läpinäkyviä, ne ovat näkymättömiä.

Ilman läsnäolon voi tuntea seisomalla liikkuvan junan avoimen ikkunan ääressä. Sen läsnäolo ympäröivässä tilassa on aistittavissa, jos huoneessa tapahtuu veto, ja se voidaan myös todistaa yksinkertaisilla kokeilla.

Jos käännät lasin ylösalaisin ja yrität laskea sen veteen, vesi ei pääse lasiin, koska se on täynnä ilmaa. Lasketaan nyt suppilo veteen, joka on yhdistetty kumiletkulla lasiputkeen (kuva 15). Ilmaa suppilosta alkaa vuotaa tämän putken läpi.

Nämä ja monet muut esimerkit ja kokeet vahvistavat, että ympäröivässä tilassa on ilmaa.

Kaasut, toisin kuin nesteet, muuttavat helposti tilavuuttaan. Kun puristamme tennispalloa, muutamme pallon täyttävän ilman määrää. Suljettuun astiaan sijoitettu kaasu vie kokonsa. Et voi täyttää puolta pullosta kaasulla, kuten voit täyttää nesteellä.

Kaasuilla ei ole omaa muotoa ja vakiotilavuutta. Ne ovat astian muotoisia ja täyttävät niille tarjotun tilavuuden kokonaan.

1. Mitkä kolme aineen tilaa tiedät? 2. Listaa kiinteiden aineiden ominaisuudet. 3. Nimeä nesteiden ominaisuudet. 4. Mitä ominaisuuksia kaasuilla on?

Vesi ja kaasu. Ne kaikki eroavat ominaisuuksiltaan. Nesteillä on erityinen paikka tässä luettelossa. Toisin kuin kiinteissä aineissa, nesteiden molekyylit eivät ole järjestäytyneet järjestykseen. Neste on aineen erityinen tila, joka on kaasun ja kiinteän aineen välissä. Tässä muodossa olevat aineet voivat olla olemassa vain, jos tiettyjen lämpötilojen aikavälejä noudatetaan tiukasti. Tämän aikavälin alapuolella nestemäinen kappale muuttuu kiinteäksi ja sen yläpuolella kaasumaiseksi. Tässä tapauksessa intervallin rajat riippuvat suoraan paineesta.

Vesi

Yksi tärkeimmistä esimerkeistä nestemäisestä kappaleesta on vesi. Huolimatta kuulumisesta tähän luokkaan, vesi voi olla kiinteän aineen tai kaasun muodossa - lämpötilasta riippuen ympäristöön... Nestemäisestä kiinteään tilaan siirtymisen aikana tavallisen aineen molekyylit puristuvat. Mutta vesi käyttäytyy täysin eri tavalla. Jäätyessään sen tiheys pienenee, ja uppoamisen sijaan jää kelluu pintaan. Tavallisessa, virtaavassa tilassaan vedellä on kaikki nesteen ominaisuudet - sillä on aina tietty tilavuus, mutta sillä ei ole tiettyä muotoa.

Siksi vesi pysyy aina lämpimänä jääpinnan alla. Vaikka ympäristön lämpötila on -50 ° C, jään alla se on silti noin nolla. Peruskoulussa ei kuitenkaan tarvitse mennä yksityiskohtiin veden tai muiden aineiden ominaisuuksista. Luokassa 3 esimerkit nestemäisistä kappaleista voidaan antaa yksinkertaisimmin - ja on toivottavaa sisällyttää vesi tähän luetteloon. Loppujen lopuksi opiskelija ala-aste täytyy olla yleinen käsitys ympäröivän maailman ominaisuuksista. Tässä vaiheessa riittää, että tietää, että vesi normaalitilassaan on nestemäistä.

Pintajännitys on veden ominaisuus

Vedellä on korkeampi pintajännitysindeksi kuin muilla nesteillä. Tämän ominaisuuden ansiosta muodostuu sadepisaroita ja siten veden kiertokulku luonnossa säilyy. Muuten vesihöyry ei voisi niin helposti muuttua pisaroiksi ja valua maan pinnalle sateen muodossa. Vesi on todellakin esimerkki nestemäisestä kappaleesta, josta elävien organismien olemassaolon mahdollisuus planeetallamme riippuu suoraan.

Pintajännitys johtuu siitä, että nestemolekyylit houkuttelevat toisiaan. Jokaisella hiukkasella on taipumus ympäröidä itsensä muiden kanssa ja poistua nestemäisen kappaleen pinnalta. Siksi saippuakuplat ja veden kiehumisen aikana muodostuvat kuplat pyrkivät ottamaan nestemäisen muodon - tällä tilavuudella vain pallolla voi olla vähimmäispintapaksuus.

Nestemäiset metallit

Nestemäisten kappaleiden luokkaan eivät kuitenkaan kuulu pelkästään ihmiselle tutut aineet, joita hän käsittelee jokapäiväisessä elämässä. Tässä kategoriassa on monia erilaisia ​​elementtejä jaksollinen järjestelmä Mendelejev. Elohopea on myös esimerkki nestemäisestä kappaleesta. Tätä ainetta käytetään laajalti sähkölaitteiden valmistuksessa, metallurgiassa, kemianteollisuus.

Elohopea on nestemäinen, kiiltävä metalli, joka haihtuu jo silloin huonelämpötila... Se pystyy liuottamaan hopeaa, kultaa ja sinkkiä muodostaen samalla amalgaameja. Elohopea on esimerkki siitä, millaiset nestemäiset kappaleet luokitellaan hengenvaarallisiksi. Sen höyryt ovat myrkyllisiä ja terveydelle haitallisia. Elohopean vahingollinen vaikutus ilmenee pääsääntöisesti jonkin aikaa myrkytyskontaktin jälkeen.

Cesiumiksi kutsuttu metalli viittaa myös nesteisiin. Se on jo huoneenlämmössä puolinesteessä. Cesium näyttää olevan kullanvalkoinen aine. Tämä metalli on väriltään hieman samanlainen kuin kulta, mutta väriltään se on vaaleampi.

Rikkihappo

Lähes kaikki epäorgaaniset hapot ovat myös esimerkki siitä, mitä nestemäiset kappaleet ovat. Esimerkiksi, rikkihappo, joka näyttää raskaalta öljyiseltä nesteeltä. Sillä ei ole väriä eikä hajua. Kuumennettaessa siitä tulee erittäin voimakas hapetin. Kylmässä se ei ole vuorovaikutuksessa metallien, kuten raudan ja alumiinin, kanssa. Tämä aine osoittaa ominaisuutensa vain puhdas muoto... Laimennetulla rikkihapolla ei ole hapettavia ominaisuuksia.

Ominaisuudet

Mitä nestemäisiä kappaleita on lueteltujen lisäksi? Näitä ovat veri, öljy, maito, mineraaliöljy, alkoholi. Niiden ominaisuuksien ansiosta nämä aineet voivat helposti ottaa säiliön muodon. Kuten muutkin nesteet, nämä aineet eivät menetä tilavuuttaan, kun ne kaadetaan astiasta toiseen. Mitä muita ominaisuuksia kullakin tässä tilassa olevilla aineilla on? Fyysikot tutkivat hyvin nestemäisiä kappaleita ja niiden ominaisuuksia. Tarkastellaanpa niiden pääominaisuuksia.

Juoksevuus

Yksi pääasialliset tunnusmerkit mikä tahansa keho tässä kategoriassa on sujuvuutta. Tämä termi viittaa kehon kykyyn hyväksyä eri muotoinen, vaikka sillä ei olisikaan suhteellisen heikkoa ulkoista vaikutusta. Tästä ominaisuudesta johtuu, että jokainen neste voidaan kaataa suihkuina, ruiskuttaa ympäröivälle pinnalle pisaroilla. Jos tämän luokan rungot eivät olisi juoksevia, olisi mahdotonta kaataa vettä pullosta lasiin.

Lisäksi tämä ominaisuus ilmaistaan ​​eri aineissa vaihtelevassa määrin. Esimerkiksi hunaja muuttaa muotoaan hyvin hitaasti veteen verrattuna. Tätä ominaisuutta kutsutaan viskositeetiksi. Tämä ominaisuus riippuu sisäinen rakenne nestemäinen ruumis. Esimerkiksi hunajan molekyylit ovat enemmän kuin puun oksia, kun taas vesimolekyylit ovat enemmän palloja, joissa on pieniä kuoppia. Kun neste liikkuu, hunajahiukkaset näyttävät "tarttuvan toisiinsa" - tämä prosessi antaa sille korkeamman viskositeetin kuin muun tyyppiset nesteet.

Tallenna muoto

On myös muistettava, että riippumatta siitä, mistä nestemäisten kappaleiden esimerkistä puhumme, ne muuttavat vain muotoaan, mutta eivät muuta tilavuuttaan. Jos kaadat vettä dekantterilasiin ja kaadat sen toiseen astiaan, annettu ominaisuus ei muutu, vaikka itse ruumis ottaa uuden astian muodon, johon se on juuri kaadettu. Tilavuuden säilymisen ominaisuus selittyy sillä, että molekyylien välillä vaikuttavat sekä molemminpuoliset vetovoimat että hylkivät voimat. On huomattava, että nesteiden on käytännössä mahdotonta puristaa ulkopuolisen vaikutuksen vaikutuksesta, koska ne ovat aina säiliön muotoisia.

Nesteet ja kiinteät aineet eroavat toisistaan ​​siinä, että jälkimmäiset eivät noudata. Muista, että tämä sääntö kuvaa kaikkien nesteiden ja kaasujen käyttäytymistä ja koostuu niiden ominaisuudesta siirtää niihin kohdistuva paine kaikkiin suuntiin. On kuitenkin huomattava, että nesteet, joilla on alhaisempi viskositeetti, tekevät sen nopeammin kuin viskoosiisemmat nestekappaleet. Jos esimerkiksi painat vettä tai alkoholia, se leviää tarpeeksi nopeasti.

Toisin kuin nämä aineet, hunajaan tai nestemäiseen öljyyn kohdistuva paine leviää hitaammin, mutta yhtä tasaisesti. Luokassa 3 voidaan antaa esimerkkejä nestemäisistä kappaleista niiden ominaisuuksia määrittelemättä. Opiskelijat tarvitsevat tarkempaa tietoa lukiossa. Kuitenkin, jos opiskelija valmistautuu lisämateriaalia, tämä voi edistää korkeamman arvosanan saamista oppitunnilla.

Luokan 2 vaarallisia aineita ovat puhtaat kaasut, kaasuseokset, yhden tai useamman kaasun seokset yhden tai useamman muun aineen kanssa sekä näitä aineita sisältävät tuotteet. Luokan 2 aineet ja esineet luokitellaan painekaasuksi; nesteytetty kaasu; jäähdytetty nesteytetty kaasu; liuennut kaasu; aerosoliannostelijat ja pienet kaasua sisältävät säiliöt (kaasupatruunat); muut paineistettua kaasua sisältävät tuotteet; kaasut, jotka eivät ole paineen alaisia, joihin sovelletaan erityisvaatimuksia (kaasunäytteet). Luokan 2 vaarallisten aineiden kuljettamiseen liittyy räjähdys-, tulipalo-, tukehtumis-, paleltumis- tai myrkytysvaara.

ilmaa- luonnollinen kaasuseos, joka koostuu tilavuudesta 78 % typpeä, 21 % happea, 0,93 % argonia, 0,3 % hiilidioksidia ja erittäin pieni määrä jalokaasut, vety, otsoni, hiilimonoksidi, ammoniakki, metaani, rikkidioksidi ja muut. Nestemäisen ilman tiheys on 0,96 g / cu. cm (-192 °C:ssa ja normaalipaineessa). Ilmaa tarvitaan monissa prosesseissa: polttoaineen poltto, metallin sulatus malmeista, erilaisten kemiallisten yhdisteiden teollinen tuotanto. Ilmaa käytetään myös hapen, typen ja jalokaasujen tuottamiseen; kylmäaineena, lämpö- ja äänieristävä materiaali, työneste sähköeristyslaitteissa, ilmarenkaissa, suihku- ja ruiskulaitteissa, pneumaattisissa koneissa jne.

Happi - kemiallinen alkuaine joilla on voimakkaat hapettavat ominaisuudet. Pääasiassa happea käytetään lääketieteessä. Lääketieteen lisäksi happea käytetään metallurgiassa ja muilla teollisuudenaloilla, ja nestemäinen happi toimii rakettipolttoaineen hapettimena.

Propaani- väritön, syttyvä, räjähtävä, hajuton kaasu, joka sisältyy luonnonkaasuihin ja niihin liittyviin maakaasuihin, CO:sta ja H2:sta saataviin kaasuihin sekä öljynjalostukseen. Propaanilla on negatiivinen vaikutus keskushermostoon, jos nestemäistä propaania joutuu iholle, paleltuma on mahdollista.

Typpi- väritön kaasu, mauton ja hajuton. Typpeä käytetään monilla teollisuudenaloilla: inerttinä väliaineena erilaisissa kemiallisissa ja metallurgisissa prosesseissa, vapaan tilan täyttämiseen elohopealämpömittareissa, syttyvien nesteiden pumppauksessa jne. Nestemäistä typpeä käytetään erilaisissa jäähdytysyksiköt... Typpeä käytetään teollisuustuotanto ammoniakki, joka jalostetaan sitten typpihapoksi, lannoitteiksi, räjähteiksi jne.

Kloori- kelta-vihreä värillinen myrkyllinen kaasu. Suurin osa kloorista jalostetaan tuotantopaikalla klooria sisältäviksi yhdisteiksi. Klooria käytetään myös selluloosan ja tekstiilien valkaisuun, saniteettitarkoituksiin ja veden klooraukseen sekä joidenkin malmien klooraukseen titaanin, niobiumin, zirkoniumin jne. erottamiseksi. Kloorimyrkytys on mahdollista kemikaaleissa, massassa ja paperissa, tekstiili-, lääketeollisuus jne. jne. Kloori ärsyttää silmien ja hengitysteiden limakalvoja, usein toissijainen infektio liittyy primaarisiin tulehdusmuutoksiin. Ilman klooripitoisuus on 500 mg/cu. m. 15 minuutin altistuminen on kohtalokasta. Myrkytyksen estämiseksi on tarpeen sulkea tuotantolaitteet, tehokas ilmanvaihto ja tarvittaessa käyttää kaasunaamaria.

Ammoniakki- väritön kaasu, jolla on pistävä ominainen haju. Valmistuksessa käytetään ammoniakkia typpilannoitteet, räjähteitä ja polymeerit, typpihappo, sooda ja muut kemianteollisuuden tuotteet. Liuottimena käytetään nestemäistä ammoniakkia. V jäähdytystekniikka ammoniakkia käytetään kylmäaineena (717). Myös 10 % ammoniakkiliuoksen laaja käyttö ( ammoniakkia) saatu lääketieteessä. Kehoon kohdistuvan fysiologisen vaikutuksensa mukaan se kuuluu tukahduttavan ja neurotrooppisen vaikutuksen omaavien aineiden ryhmään, joka voi aiheuttaa myrkyllistä keuhkoödeemaa ja vakavia vaurioita hengitysvaurioiden aikana. hermosto... Ammoniakilla on sekä paikallisia että resorptiivisia vaikutuksia. Ammoniakkihöyryt ärsyttävät voimakkaasti silmien limakalvoja ja hengityselimiä iho, aiheuttaa runsasta kyynelvuotoa, silmäkipua, sidekalvon ja sarveiskalvon kemiallisia palovammoja, näön menetystä, yskäkohtauksia, ihon punoitusta ja kutinaa. Kun nesteytetty ammoniakki ja sen liuokset joutuvat kosketuksiin ihon kanssa, syntyy polttava tunne, kemiallinen palovamma rakkuloilla, haavaumat ovat mahdollisia. Lisäksi nesteytetty ammoniakki imee itseensä lämpöä haihtuessaan, ja ihokosketuksessa tapahtuu eriasteisia paleltumia.

Aineen kaasumainen tila

Polymeerit ovat luonnollisia (kasvi- ja eläinkudokset) ja keinotekoisia (muovit, selluloosa, lasikuitu jne.).

Aivan kuten tavallisten molekyylien tapauksessa, makromolekyylien järjestelmä. polymeerin muodostaminen pyrkii todennäköisimpään tilaan - stabiiliin tasapainoon, joka vastaa minimiä ilmaista energiaa... Siksi periaatteessa polymeereillä tulisi olla myös kidehilarakenne. Kuitenkin makromolekyylien tilavuudesta ja monimutkaisuudesta johtuen vain harvoissa tapauksissa oli mahdollista saada täydellisiä makromolekyylikiteitä. Useimmissa tapauksissa polymeerit koostuvat kiteisistä ja amorfisista alueista.

Nestemäinen tila joille on tunnusomaista se, että molekyylien potentiaalinen vetovoima on itseisarvoltaan jonkin verran suurempi kuin niiden liike-energia. Nesteessä olevien molekyylien väliset vetovoimat varmistavat molekyylien pysymisen nesteen tilavuudessa. Samanaikaisesti nesteen molekyylit eivät ole yhteydessä toisiinsa kiinteillä stabiileilla sidoksilla, kuten kiteissä. Ne täyttävät tiheästi nesteen viemän tilan, joten nesteet ovat käytännössä kokoonpuristumattomia ja niitä on riittävästi korkeatiheyksinen... Molekyyliryhmät voivat muuttaa suhteellista sijaintiaan, mikä varmistaa nesteiden juoksevuuden. Nesteen ominaisuutta vastustaa virtausta kutsutaan viskositeetiksi. Nesteille on ominaista diffuusio ja Brownin liike, mutta paljon vähemmän kuin kaasuille.

Nesteen käyttämää tilavuutta rajoittaa pinta. Koska pallolla on vähimmäispinta tietylle tilavuudelle, neste on vapaassa tilassa (esimerkiksi ilman painovoimaa) pallon muodon.

Nesteillä on tietty rakenne, joka on kuitenkin paljon vähemmän korostunut kuin kiinteillä aineilla. Nesteiden tärkein ominaisuus on ominaisuuksien isotropia. Yksinkertainen täydellinen malli nestettä ei ole vielä luotu.

Nesteiden ja kiteiden välillä on välitila, jota kutsutaan nestekiteeksi. Nestekiteiden ominaisuus molekyylien näkökulmasta on niiden molekyylien pitkänomainen, karan muotoinen muoto, mikä johtaa niiden ominaisuuksien anisotropiaan.

Nestekiteitä on kahta tyyppiä - nematiikkaa ja smektiikkaa. Smektikoille on ominaista rinnakkaisten molekyylikerrosten läsnäolo, jotka eroavat toisistaan ​​rakenteen järjestyksen suhteen. Nematiikassa järjestyksen tarjoaa molekyylien orientaatio. Nestekiteiden ominaisuuksien anisotropia määrittää niiden tärkeät optiset ominaisuudet. Nestekiteet voivat olla esimerkiksi läpinäkyviä yhteen suuntaan ja läpinäkymättömiä toisessa suunnassa. On tärkeää, että nestekidemolekyylien ja niiden kerrosten orientaatiota voidaan helposti ohjata käyttämällä ulkoisista vaikutuksista(esimerkiksi lämpötila, sähkö- ja magneettikentät).

Aineen kaasumainen tila tapahtuu kun

molekyylien lämpöliikkeen kineettinen energia ylittää niiden sitoutumisen potentiaalisen energian. Tässä tapauksessa molekyyleillä on taipumus siirtyä poispäin toisistaan. Kaasulla ei ole rakennetta, se vie koko sille tarjotun tilavuuden, on helposti puristuva; diffuusiota tapahtuu helposti kaasuissa.

Kaasumaisessa tilassa olevien aineiden ominaisuuksia selittää kineettinen kaasuteoria. Sen pääpostulaatit ovat seuraavat:

Kaikki kaasut koostuvat molekyyleistä;

Molekyylien koot ovat mitättömiä verrattuna niiden välisiin etäisyyksiin;

Molekyylit ovat jatkuvasti kaoottisessa (brownin) liikkeessä;

Molekyylit ylläpitävät tasaista liikenopeutta törmäysten välillä; törmäysten väliset liikeradat - suorat segmentit;

Molekyylien ja molekyylien väliset törmäykset suonen seinämien kanssa ovat täysin elastisia, ts. törmäävien molekyylien kineettinen kokonaisenergia pysyy muuttumattomana.

Harkitse yksinkertaistettua kaasun mallia, joka noudattaa yllä olevia oletuksia. Tätä kaasua kutsutaan ideaaliseksi kaasuksi. Olkoon ideaalissa kaasussa N identtistä molekyyliä, joista jokaisella on massa m, on kuution muotoisessa astiassa, jonka reunan pituus l(kuva 5.14). Molekyylit liikkuvat kaoottisesti; niiden keskimääräinen nopeus<v>. Yksinkertaisuuden vuoksi jaetaan kaikki molekyylit kolmeen yhtä suureen ryhmään ja oletetaan, että ne liikkuvat vain suonen kahteen vastakkaiseen seinämään nähden kohtisuoraan (kuva 5.15).

Riisi. 5.14.

Jokainen kaasumolekyyleistä liikkuu nopeudella<v> Absoluuttisen elastisessa törmäyksessä suonen seinämän kanssa se muuttaa liikkeen suunnan muuttamatta nopeutta. Molekyylimäärä<R> = m<v> tulee tasa-arvoiseksi tässä tapauksessa - m<v>. Momentin muutos jokaisessa törmäyksessä on ilmeisen yhtä suuri. Tämän törmäyksen aikana vaikuttava voima on F= -2m<v>/Δ t... Täydellinen muutos vauhdissa törmäyksessä kaikkien seinien kanssa N/ 3 molekyyliä on yhtä suuri ... Määritellään aikaväli Δ t, jonka aikana tapahtuu kaikki N / 3 törmäystä: D t = 2 //< v >... Silloin mihin tahansa seinään vaikuttavan voiman keskiarvo on

Paine R kaasu seinällä määritellään voimasuhteeksi<F> seinäalueelle l 2:

missä V = l 3 - astian tilavuus.

Siten kaasun paine on kääntäen verrannollinen sen tilavuuteen (muista, että Boyle ja Marriott määrittelivät tämän lain empiirisesti).

Kirjoitetaan lauseke (5.4) uudelleen muotoon

Tässä on kaasumolekyylien keskimääräinen kineettinen energia. se on verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan T:

missä k Onko Boltzmannin vakio.

Korvaamalla (5.6) arvolla (5.5) saadaan

On kätevää vaihtaa molekyylien lukumäärästä N myyrien lukumäärään n kaasu, muistamme, että ( N A on Avogadron numero), ja sitten

missä R = kN A - on yleinen kaasuvakio.

Lauseke (5.8) on klassisen ideaalikaasun tilayhtälö n moolille. Tämä yhtälö, joka on kirjoitettu mielivaltaiselle massalle m kaasua

missä M- kaasun moolimassa, jota kutsutaan Clapeyron-Mendeleev-yhtälöksi (katso (5.3)).

Todelliset kaasut noudattavat tätä yhtälöä rajoitetusti. Asia on siinä, että yhtälöt (5.8) ja (5.9) eivät ota huomioon molekyylien välistä vuorovaikutusta todellisissa kaasuissa - van der Waalsin voimia.

Vaiheen siirtymät... Aine, riippuen olosuhteista, joissa se sijaitsee, voi muuttaa aggregaatiotilaansa tai, kuten sanotaan, siirtyä vaiheesta toiseen. Tätä siirtymää kutsutaan vaihesiirtymäksi.

Kuten yllä mainittiin, tärkein tekijä aineen tilan määrittäminen on sen lämpötila T joka kuvaa molekyylien lämpöliikkeen ja paineen keskimääräistä kineettistä energiaa R... Siksi aineen tilat ja vaihemuutokset analysoidaan tilakaavion mukaan, jossa arvot piirretään akseleita pitkin T ja R, ja jokainen piste koordinaattitasolla määrittää näitä parametreja vastaavan tietyn aineen tilan. Analysoidaan tyypillinen kaavio (kuva 5.16). Käyrät OA, AB, AK erilliset aineen tilat. Tarpeeksi matalat lämpötilat lähes kaikki aineet ovat kiinteässä kiteisessä tilassa.

Kaaviossa on korostettu kaksi ominaista kohtaa: A ja TO... Kohta A kutsutaan kolmoispisteeksi; sopivassa lämpötilassa ( T t) ja paine ( R r) kaasu, neste ja kiinteä aine ovat siinä samanaikaisesti tasapainossa.

Kohta TO osoittaa kriittistä tilaa. Tässä vaiheessa (at T cr ja R cr) nesteen ja kaasun ero häviää, ts. jälkimmäisillä on samat fysikaaliset ominaisuudet.

Käyrä OA on sublimaatio (sublimaatio) käyrä; sopivassa paineessa ja lämpötilassa tapahtuu kaasu-kiinteä (kiinteä-kaasu) -siirtymä, joka ohittaa nestemäisen tilan.

Paineen alla R T< R < R cr siirtyminen kaasumaisesta kiinteään tilaan (ja päinvastoin) voi tapahtua vain nestefaasin kautta.

Käyrä AK vastaa haihtumista (kondensaatiota). Sopivassa paineessa ja lämpötilassa tapahtuu neste-kaasu-siirtymä (ja päinvastoin).

Käyrä AB on siirtymäkäyrä "neste - kiinteä" (sulaminen ja kiteytys). Tällä käyrällä ei ole loppua, koska nestemäinen tila eroaa aina rakenteeltaan kiteisestä tilasta.

Esitämme havainnollistamiseksi aineen tilojen pintojen muodot muuttujina p, v, t(Kuva 5.17), missä V- aineen tilavuus

Kirjaimet G, Zh, T osoittavat pintojen alueita, joiden pisteet vastaavat kaasumaista, nestemäistä tai kiinteää tilaa, ja alueita pinnat T-G, Zh-T, T-Zh - kaksivaiheisiin tiloihin. Ilmeisesti, jos projisoimme vaiheiden väliset erotusviivat koordinaattitasolle RT, saadaan vaihekaavio (katso kuva 5.16).

Kvanttineste - helium... Tavallisissa lämpötiloissa makroskooppisissa kappaleissa voimakkaan kaoottisen lämpöliikkeen vuoksi kvanttivaikutukset ovat huomaamattomia. Lämpötilan laskeessa nämä vaikutukset voivat kuitenkin tulla esiin ja näkyä makroskooppisesti. Joten esimerkiksi kiteille on ominaista kidehilan kohdissa sijaitsevien ionien lämpövärähtelyjen läsnäolo. Lämpötilan laskiessa värähtelyjen amplitudi pienenee, mutta jopa absoluuttista nollaa lähestyttäessä värähtelyt eivät klassisen käsityksen vastaisesti lopu.

Tämän vaikutuksen selitys seuraa epävarmuussuhteesta. Värähtelyamplitudin pieneneminen tarkoittaa hiukkasen lokalisaatioalueen, ts. sen koordinaattien epävarmuuden, pienenemistä. Epävarmuussuhteen mukaisesti tämä johtaa impulssien epävarmuuden kasvuun. Siten hiukkasen "pysäyttäminen" on kvanttimekaniikan lakien mukaan kiellettyä.

Tämä puhtaasti kvanttivaikutus ilmenee aineen olemassaolossa, joka jää sisään nestemäinen tila jopa absoluuttisen nollan lähellä olevissa lämpötiloissa. Tällainen "kvantti" neste on helium. Nollapisteen energia riittää tuhoamiseen kristallihila... Kuitenkin noin 2,5 MPa:n paineessa nestemäinen helium kiteytyy edelleen.

Plasma. Merkittävän energian siirtyminen kaasun atomeihin (molekyyleihin) ulkopuolelta johtaa ionisaatioon, eli atomien hajoamiseen ioneiksi ja vapaiksi elektroneiksi. Tätä aineen tilaa kutsutaan plasmaksi.

Ionisaatiota tapahtuu esimerkiksi kun kaasua kuumennetaan voimakkaasti, mikä johtaa atomien kineettisen energian merkittävään kasvuun, kaasun sähköpurkauksen aikana (varautuneiden hiukkasten aiheuttama iskuionisaatio), kun kaasu altistuu sähkömagneettiselle säteilylle ( autoionisaatio). Ultrakorkeissa lämpötiloissa tuotettua plasmaa kutsutaan korkean lämpötilan plasmaksi.

Koska plasmassa olevat ionit ja elektronit kuljettavat kompensoimattomia sähkövaraukset, niiden keskinäinen vaikutus on merkittävä. Varautuneiden plasmahiukkasten välillä ei ole paria (kuten kaasussa), vaan kollektiivinen vuorovaikutus. Tästä johtuen plasma käyttäytyy eräänlaisena elastisena väliaineena, jossa erilaiset värähtelyt ja aallot virittyvät ja etenevät helposti.

Plasma on aktiivisesti vuorovaikutuksessa sähkö- ja magneettikenttien kanssa. Plasma on maailmankaikkeuden yleisin aineen tila. Tähdet on valmistettu korkean lämpötilan plasmasta, kylmät sumut on valmistettu matalan lämpötilan plasmasta. Heikosti ionisoitua matalan lämpötilan plasmaa löytyy maapallon ionosfääristä.

Kirjallisuutta luvulle 5

1. Akhiezer A.I., Rekalo Ya.P. Alkuainehiukkaset... - M .: Nauka, 1986.

2. Azshlov A. Hiilen maailma. - M .: Kemia, 1978.

3. Bronstein M. P. Atomit ja elektronit. - M .: Nauka, 1980.

4. Benilovsky VD Nämä hämmästyttävät nestekiteet. - M: Koulutus, 1987.

5. Vlasov N. A. Antimateria. - M .: Atomizdat, 1966.

6. Christie R., Pitti A. Aineen rakenne: johdatus moderniin fysiikkaan. - Moskova: Nauka, 1969.

7. Kreichi V. Maailma modernin fysiikan silmin. - M .: Mkr, 1984.

8. Nambu E. Quarki. - M .: Mir, 1984.

9. Okun LB α, β, γ,…,: alkeisjohdanto alkuainehiukkasten fysiikkaan. - M .: Nauka, 1985.

10. Petrov Yu. I. Pienten hiukkasten fysiikka. - M .: Nauka, 1982.

11. Ja Purmal A. P. et ai. Kuinka aineet muuttuvat. - M .: Nauka, 1984.

12. Rosenthal IM Universumin alkuainehiukkaset ja rakenne. - M .: Nauka, 1984.

13. Smorodinsky Ya. A. Alkuainehiukkaset. - M .: Tieto, 1968.

H2O - vesi, Nestemäinen metalli - elohopea! Nestemäistä tilaa pidetään yleensä kiinteän aineen ja kaasun välissä: kaasu ei säilytä tilavuutta tai muotoa, kun taas kiinteä aine säilyttää molemmat.

Nestekappaleiden muoto voi määräytyä kokonaan tai osittain sen perusteella, että niiden pinta käyttäytyy elastisen kalvon tavoin. Siten vesi voi kerääntyä pisaroihin. Mutta neste pystyy virtaamaan jopa paikallaan olevan pinnan alla, mikä tarkoittaa myös muodon säilymistä ( sisäosat nestemäinen kappale).

Nestemäisillä molekyyleillä ei ole tiettyä asemaa, mutta samalla täydellinen liikkumisvapaus ei ole niillä käytettävissä. Heidän välillään on vetovoima, joka on tarpeeksi vahva pitääkseen heidät lähellä.

Nestemäisessä tilassa oleva aine esiintyy tietyllä lämpötila-alueella, jonka alapuolella se siirtyy kiinteään tilaan (kiteytyy tai muuttuu kiinteään amorfiseen tilaan - lasi), yläpuolella - kaasumaiseen tilaan (haihtumista tapahtuu). Tämän intervallin rajat riippuvat paineesta.

Nestemäisessä tilassa olevalla aineella on yleensä vain yksi muunnos. (Tärkeimmät poikkeukset ovat kvanttinesteet ja nestekiteet.) Siksi useimmissa tapauksissa neste ei ole vain aggregaatiotila, vaan myös termodynaaminen faasi (nestefaasi).

Kaikki nesteet jaetaan yleensä puhtaisiin nesteisiin ja seoksiin. Joissakin nestemäisissä seoksissa on hyvin tärkeä koko elämäksi: veri, merivettä Nesteet voivat toimia liuottimina.
[muokata]
Nesteiden fysikaaliset ominaisuudet
Juoksevuus

Nesteiden pääominaisuus on juoksevuus. Jos haet ulkoinen voima, silloin tapahtuu nestehiukkasten virtaus suuntaan, johon tämä voima kohdistetaan: neste virtaa. Siten epätasapainoisten ulkoisten voimien vaikutuksesta neste ei säilytä osien muotoa ja suhteellista sijaintia, ja siksi se on sen astian muodon, jossa se sijaitsee.

Toisin kuin muovi kiinteät aineet, nesteellä ei ole myötörajaa: riittää, että kohdistaa mielivaltaisen pieni ulkoinen voima, jotta neste virtaa.
Volyymin säilytys

Yksi tyypillisiä ominaisuuksia neste on, että sillä on tietty tilavuus (vakioisissa ulkoisissa olosuhteissa). Nestettä on erittäin vaikea puristaa mekaanisesti, koska toisin kuin kaasussa, molekyylien välillä on hyvin vähän vapaata tilaa. Astiaan suljettuun nesteeseen kohdistuva paine välittyy muuttumattomana jokaiseen tämän nesteen tilavuuspisteeseen (Pascalin laki pätee myös kaasuille). Tätä ominaisuutta sekä erittäin alhaista kokoonpuristuvuutta käytetään hydraulisissa koneissa.

Nesteet tyypillisesti laajenevat (laajenevat) kuumennettaessa ja kutistuvat (kutistuvat) jäähtyessään. Poikkeuksia on kuitenkin, esimerkiksi vesi tiivistyy kuumennettaessa, normaalipaineessa ja lämpötiloissa 0 °C - noin 4 °C.
Viskositeetti

Lisäksi nesteet (kuten kaasut) ovat viskooseja. Se määritellään kyvyksi vastustaa yhden osan liikettä suhteessa toiseen - eli sisäisenä kitkana.

Kun vierekkäiset nestekerrokset liikkuvat suhteessa toisiinsa, syntyy väistämättä molekyylien törmäyksiä lämpöliikkeen aiheuttamien törmäysten lisäksi. Syntyy voimia, jotka estävät järjestetyn liikkeen. Tässä tapauksessa järjestetyn liikkeen kineettinen energia muunnetaan lämpöenergiaksi - molekyylien kaoottisen liikkeen energiaksi.

Astiassa oleva neste, joka on asetettu liikkeelle ja jätetty itseensä, pysähtyy vähitellen, mutta sen lämpötila nousee.