상태를 집계합니다. 액체. 열역학의 단계. 위상 전환.
강의 1.16
모든 물질은 세 가지 응집 상태로 존재할 수 있습니다. 고체, 액체그리고 텅빈... 그들 사이의 전환은 여러 물리적 특성(밀도, 열전도율 등)의 급격한 변화를 동반합니다.
응집 상태는 물질이 위치한 물리적 조건에 따라 다릅니다. 물질에 여러 응집 상태가 존재하는 것은 분자(원자)의 열 운동과 다른 조건에서의 상호 작용의 차이 때문입니다.
가스- 입자가 결합되지 않거나 상호 작용력에 의해 매우 약하게 결합되는 물질의 응집 상태; 입자 (분자, 원자)의 열 운동의 운동 에너지는 그들 사이의 상호 작용의 잠재적 에너지를 크게 초과하므로 입자는 거의 자유롭게 움직이며 그들이 위치한 용기를 완전히 채우고 모양을 취합니다. 기체 상태에서 물질은 자체 부피도 자체 형태도 없습니다. 모든 물질은 압력과 온도의 변화에 의해 기체로 전환될 수 있습니다.
액체- 물질의 응집 상태, 고체와 기체의 중간. 그것은 입자의 높은 이동성과 입자 사이의 작은 자유 공간이 특징입니다. 이것은 액체가 부피를 유지하고 용기의 모양을 취한다는 사실로 이어집니다. 액체에서 분자는 서로 매우 가깝습니다. 따라서 액체의 밀도는 기체의 밀도(상압에서)보다 훨씬 높습니다. 모든 방향의 액체 특성은 액정을 제외하고는 동일합니다(등방성). 가열 또는 밀도 감소 시 액체의 성질, 열전도도, 점도는 원칙적으로 기체의 성질에 접근하는 방향으로 변한다.
액체 분자의 열 운동은 집합적 진동 운동과 한 평형 위치에서 다른 평형 위치로 분자의 이따금 점프의 조합으로 구성됩니다.
고체(결정체) 본체- 형태의 안정성과 원자의 열 운동 특성을 특징으로 하는 물질의 응집 상태. 이 운동은 구성하는 원자(또는 이온)의 진동입니다. 단단한... 진동 진폭은 일반적으로 원자 간 거리에 비해 작습니다.
액체의 속성.
액체 상태의 물질 분자는 서로 거의 가깝게 위치합니다. 분자가 결정의 전체 부피에 걸쳐 규칙적인 구조를 형성하고 고정된 중심 주위에서 열 진동을 수행할 수 있는 고체 결정체와 달리 액체 분자는 더 큰 자유도를 가지고 있습니다. 고체와 마찬가지로 액체의 각 분자는 이웃 분자에 의해 모든 면에서 "고정"되어 특정 평형 위치에 대해 열 진동을 수행합니다. 그러나 때때로 어떤 분자도 인접한 빈 곳으로 이동할 수 있습니다. 이러한 액체 점프는 매우 자주 발생합니다. 따라서 분자는 결정에서처럼 특정 중심에 부착되지 않고 액체의 전체 부피를 통해 이동할 수 있습니다. 이것은 액체의 유동성을 설명합니다. 밀접하게 이격된 분자 사이의 강한 상호작용으로 인해 여러 분자를 포함하는 국소(불안정한) 정렬된 그룹을 형성할 수 있습니다. 이 현상을 짧은 주문.
분자의 긴밀한 패킹으로 인해 액체의 압축성, 즉 압력 변화에 따른 부피 변화는 매우 작습니다. 가스보다 수십만 배나 적습니다. 예를 들어, 물의 부피를 1% 변경하려면 압력을 약 200배 높여야 합니다. 대기압과 비교하여 이러한 압력 증가는 약 2km의 깊이에서 달성됩니다.
고체와 같은 액체는 온도가 변하면 부피가 변합니다. 그리 크지 않은 온도 범위의 경우 상대 체적 변화 Δ V / V 0 온도 변화 Δ에 비례 NS:
| |
계수 β는 체적 팽창의 온도 계수... 액체에 대한 이 계수는 고체보다 수십 배 더 큽니다. 예를 들어 물의 경우 온도 20°C에서 β in ≈ 2 · 10 –4 K –1, 강철의 경우 - β st ≈ 3.6 · 10 –5 K –1, 석영 유리의 경우 - β q ≈ 9 · 10 - 6K -1.
물의 열팽창은 지구 생명체에 흥미롭고 중요한 변칙성을 가지고 있습니다. 4 ° C 미만의 온도에서 물은 온도가 감소함에 따라 팽창합니다(β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
물이 얼면 팽창하므로 얼음이 얼어 붙은 물 표면에 떠 있습니다. 얼음 아래의 얼어 붙은 물의 온도는 0 ° С입니다. 저수지 바닥의 밀도가 높은 물 층의 온도는 약 4 ° C입니다. 덕분에 얼어붙은 저수지의 물에도 생명체가 존재할 수 있습니다.
액체의 가장 흥미로운 특징은 존재입니다. 자유 표면... 액체는 기체와 달리 그것이 부어지는 용기의 전체 부피를 채우지 않습니다. 액체와 기체(또는 증기) 사이에 계면이 형성되며, 이는 나머지 액체 덩어리에 비해 특수한 조건에 있습니다. 액체의 경계층에 있는 분자는 깊이가 있는 분자와 달리 모든 면에서 같은 액체의 다른 분자로 둘러싸여 있지 않습니다. 인접한 분자의 측면에서 액체 내부의 분자 중 하나에 작용하는 분자간 상호 작용의 힘은 평균적으로 상호 보상됩니다. 경계층의 모든 분자는 액체 내부의 분자에 끌립니다(기체(또는 증기) 분자 측면에서 주어진 액체 분자에 작용하는 힘은 무시할 수 있음). 결과적으로 액체 깊숙이 향하는 특정 합력이 나타납니다. 표면 분자는 분자간 인력에 의해 액체 속으로 끌어당겨집니다. 그러나 경계층을 포함한 모든 분자는 평형 상태에 있어야 합니다. 이 평형은 표면층의 분자와 액체 내부의 가장 가까운 이웃 분자 사이의 거리가 약간 감소하여 달성됩니다. 분자 사이의 거리가 감소함에 따라 반발력이 발생합니다. 액체 내부의 분자 사이의 평균 거리가 NS 0이면 표면층의 분자가 다소 더 조밀하게 채워져 내부 분자와 비교하여 추가 저장 에너지를 갖게 됩니다. 극도로 낮은 압축률로 인해 더 조밀하게 포장된 표면층이 존재하더라도 액체의 부피에 눈에 띄는 변화가 발생하지 않는다는 점을 염두에 두어야 합니다. 분자가 액체의 표면에서 내부로 이동하면 분자간 상호 작용의 힘이 긍정적인 역할을 할 것입니다. 반대로, 액체의 깊이에서 표면으로 특정 수의 분자를 끌어 당기기 위해(즉, 액체의 표면적을 늘리기 위해), 외력긍정적인 일을 해야 한다 NS ext, Δ의 변화에 비례 NS표면적:
| NS내선 = σΔ NS. |
계수 σ는 표면 장력 계수라고 합니다(σ> 0). 따라서 표면 장력 계수는 일정한 온도에서 액체의 표면적을 1 단위 증가시키는 데 필요한 일과 같습니다.
SI에서 표면 장력은 줄당 줄 단위로 측정됩니다. 미터평방 (J / m 2) 또는 미터당 뉴턴 (1 N / m = 1 J / m 2).
결과적으로, 액체의 표면층의 분자는 액체 내부의 분자에 비해 과잉 잠재력... 잠재력 이자형액체 표면의 p는 면적에 비례합니다. 
(1.16.1)
시스템의 평형 상태는 위치 에너지의 최소값에 해당한다는 것은 역학에서 알려져 있습니다. 따라서 액체의 자유 표면은 면적을 줄이는 경향이 있습니다. 이러한 이유로 액체 한 방울은 구형을 취합니다. 유체는 힘이 표면에 접선 방향으로 작용하는 것처럼 거동하여 이 표면을 줄입니다(당기기). 이러한 힘을 표면 장력.
표면 장력의 존재는 액체의 표면을 탄성 신장된 필름과 유사하게 만들지만, 필름의 탄성력은 표면적(즉, 필름이 어떻게 변형되는지)에 의존한다는 유일한 차이점과 표면 장력 표면적 액체에 의존하지 마십시오.
표면 장력은 필름 표면을 수축시키는 경향이 있습니다. 따라서 다음과 같이 쓸 수 있습니다. (1.16.2)
따라서 표면 장력 계수 σ는 표면을 경계 짓는 선의 단위 길이에 작용하는 표면 장력의 계수로 정의할 수 있습니다( 엘는 이 선의 길이입니다).
액체 방울과 내부의 표면 장력의 작용으로 인해 비눗방울초과 압력이 나타납니다 Δ NS... 반지름의 구형 드롭을 정신적으로 자르면 NS두 개의 반으로 나뉘면 각각은 절단 경계 2π에 가해지는 표면 장력의 작용으로 평형 상태에 있어야 합니다. NS그리고 힘 지나친 압력면적 π에 작용 NS 2개 섹션(그림 1.16.1). 평형 조건은 다음과 같이 작성됩니다.
액체, 고체 및 기체 사이의 경계 근처에서 액체의 자유 표면 모양은 액체 분자와 고체 분자의 상호 작용력에 따라 달라집니다(기체(또는 증기) 분자와의 상호 작용은 무시할 수 있음). 이러한 힘이 액체 자체의 분자 사이의 상호 작용력보다 크면 액체 젖다고체의 표면. 이 경우 액체는 주어진 액체-고체 쌍의 특징인 특정 예각 θ로 고체 표면에 접근합니다. 각도 θ는 모서리 각도... 액체 분자 간의 상호 작용력이 고체 분자와의 상호 작용력을 초과하면 접촉각 θ는 둔각으로 판명됩니다 (그림 1.16.2 (2)). 이 경우 액체라고 합니다. 젖지 않는다고체의 표면. 그렇지 않으면 (각도 - 날카로운) 액체 젖다표면(그림 1.16.2(1)). ~에 완전 젖음θ = 0, 완전한 비 습윤θ = 180 °.
모세관 현상작은 직경의 튜브에서 액체의 상승 또는 하강이라고 합니다. 모세혈관... 습윤 액체는 모세관을 통해 상승하고 비습윤 액체는 아래로 내려갑니다.
그림 1.16.3은 특정 반경의 모세관을 보여줍니다. NS밀도 ρ의 습윤 액체로 하단에 의해 낮아집니다. 모세관의 상단이 열려 있습니다. 모세관에서 액체의 상승은 모세관의 액체 기둥에 작용하는 중력의 크기가 결과 값과 같아질 때까지 계속됩니다. NS n 액체와 모세관 표면 사이의 계면을 따라 작용하는 표면 장력: NS티 = NS엔, 어디 NS티 = mg = ρ 시간π NS 2 NS, NS n = σ2π NS코스 θ.
이것은 다음을 의미합니다. 
완전 젖음 θ = 0, cos θ = 1. 이 경우
완전한 비습윤 상태에서 θ = 180°, cos θ = -1이므로, 시간 < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
물은 깨끗한 유리 표면을 거의 완전히 적십니다. 반대로 수은은 유리 표면을 완전히 적시지 않습니다. 따라서 유리 모세관의 수은 수준은 용기의 수준 아래로 떨어집니다.
물질의 상태
물질- 화학 결합에 의해 그리고 응집체 상태 중 하나의 특정 조건 하에서 서로 연결된 실제로 존재하는 입자 세트. 모든 물질은 원자, 분자, 이온과 같은 매우 많은 수의 입자 집합으로 구성되며 서로 결합하여 집합체 또는 클러스터라고도 합니다. 회합체의 온도와 거동(입자의 상호 배열, 회합체의 수와 상호 작용, 공간에서의 회합체 분포 및 서로 상호 작용)에 따라 물질은 다음과 같은 두 가지 기본 상태에 있을 수 있습니다. 집계 - 결정질(고체) 또는 기체,그리고 집계의 과도기 상태에서 - 비정질(고체), 액정, 액체 및 증기.고체, 액정 및 액체 상태의 응집체가 응축되고 증기 및 기체 상태가 많이 배출됩니다.
단계입자의 동일한 순서와 농도를 특징으로 하고 계면에 의해 경계를 이루는 물질의 거시적 부피로 둘러싸인 균질한 미세 영역의 집합입니다. 이 이해에서 상은 결정질 및 기체 상태의 물질에 대해서만 특징적입니다. 이들은 균질한 집계 상태입니다.
중기입자의 순서나 농도가 서로 다르고 경계면에 의해 경계를 이루는 물질의 거시적 부피로 둘러싸인 서로 다른 미세 영역의 집합입니다. 이러한 이해에서 중기는 응집의 이질적인 전이 상태에 있는 물질에 대해서만 특징적입니다. 다른 단계와 중기는 서로 혼합되어 하나의 집합체 상태를 형성할 수 있으며, 그런 다음 이들 사이에는 인터페이스가 없습니다.
일반적으로 "접지" 및 "과도적" 집합 상태의 개념은 분리되지 않습니다. "집합 상태", "위상" 및 "중간상"의 개념은 종종 같은 의미로 사용됩니다. 물질 상태에 대해 5가지 가능한 집합 상태를 고려하는 것이 좋습니다. 고체, 액정, 액체, 증기, 기체.한 단계에서 다른 단계로의 전이를 1차 및 2차 단계 전이라고 합니다. 첫 번째 종류의 상전이는 다음과 같은 특징이 있습니다.
물질의 상태(부피, 밀도, 점도 등)를 설명하는 물리적 웅장함의 급격한 변화.
이 상전이가 일어나는 특정 온도
이 전환을 특징 짓는 특정 따뜻함, 왜냐하면 분자간 결합이 끊어집니다.
첫 번째 종류의 상 전이는 한 집계 상태에서 다른 집계 상태로 전환하는 동안 관찰됩니다. 두 번째 종류의 상전이는 다음을 특징으로 하는 하나의 응집체 상태 내에서 입자 순서의 변화로 관찰됩니다.
물질의 물리적 특성의 점진적인 변화;
상전이 온도라고하는 특정 온도에서 또는 외부 필드의 구배의 영향으로 물질 입자의 순서가 변경됩니다.
2차 상전이의 열은 동일하고 0에 가깝습니다.
1차 상전이와 2차 상전이의 주요 차이점은 1차 전이 중에 우선 시스템 입자의 에너지가 변하고 2차 전이의 경우 입자의 순서가 변한다는 것입니다. 시스템의.
고체 상태에서 액체 상태로 물질의 전이를 호출 녹는녹는점이 특징입니다. 물질이 액체에서 증기 상태로 전이하는 것을 증발그리고 끓는점이 특징입니다. 분자량이 낮고 분자간 상호 작용이 약한 일부 물질의 경우 액체 상태를 우회하여 고체에서 증기 상태로 직접 전환이 가능합니다. 이 전환을 승화.이 모든 과정은 반대 방향으로 진행될 수도 있습니다. 동결, 결로, 승화 제거.
녹고 끓는 동안 분해되지 않는 물질은 온도와 압력에 따라 네 가지 응집 상태 모두에 있을 수 있습니다.
고체 상태
충분히 낮은 온도에서 거의 모든 물질은 고체 상태입니다. 이 상태에서 물질의 입자 사이의 거리는 입자 자체의 크기와 비슷하므로 강력한 상호 작용과 운동 에너지에 대한 위치 에너지의 상당한 초과를 보장합니다.. 고체 입자의 움직임은 제한됩니다. 그들이 차지하는 위치에 상대적인 작은 진동과 회전에 의해 병진 운동이 없습니다 ... 이것은 입자 배열의 내부 질서로 이어집니다. 따라서 고체는 자체 모양, 기계적 강도, 일정한 부피를 특징으로 합니다(실제로 압축할 수 없음). 입자의 정렬 정도에 따라 고체는 다음과 같이 나뉩니다. 결정질 및 무정형.
결정질 물질은 모든 입자의 배열에 질서가 있다는 특징이 있습니다. 결정질 물질의 고체상은 모든 방향에서 동일한 단위 셀의 엄격한 반복성을 특징으로 하는 균질한 구조를 형성하는 입자로 구성됩니다. 결정의 단위 셀은 입자 배열의 3차원 주기성을 특징으로 합니다. 그의 결정 격자... 결정 격자는 결정을 구성하는 입자의 유형과 그들 사이의 인력의 특성에 따라 분류됩니다.
많은 결정질 물질은 조건(온도, 압력)에 따라 다른 결정 구조를 가질 수 있습니다. 이 현상을 다형성.탄소의 잘 알려진 다형성 변형: 흑연, 풀러렌, 다이아몬드, 카빈.
무정형(모양이 없는) 물질.이 조건은 폴리머에 일반적입니다. 긴 분자는 쉽게 구부러지고 다른 분자와 얽혀 불규칙한 입자 배열을 만듭니다.
비정질 및 결정질 입자의 차이점:
등방성 - 모든 방향에서 신체 또는 환경의 동일한 물리적 및 화학적 특성, 즉 방향에서 속성의 독립성;
고정 녹는점이 없음.
유리, 용융 실리카 및 많은 폴리머는 비정질 구조를 가지고 있습니다. 비정질 물질은 결정질 물질보다 덜 안정적이므로 모든 비정질 물질은 결국 에너지적으로 더 안정적인 상태인 결정질로 전환될 수 있습니다.
액체 상태
온도가 증가함에 따라 입자의 열 진동 에너지가 증가하고 각 물질에 대해 열 진동 에너지가 결합 에너지를 초과하는 온도가 있습니다. 입자는 서로에 대해 변위된 다양한 움직임을 수행할 수 있습니다. 입자의 올바른 기하학적 구조가 위반되지만 물질은 액체 상태로 존재하지만 여전히 접촉 상태를 유지합니다. 입자의 이동성으로 인해 액체 상태는 입자의 브라운 운동, 확산 및 휘발성이 특징입니다. 유체의 중요한 특성은 유체의 자유 흐름을 방해하는 상호 결합력을 특징으로 하는 점도입니다.
액체는 물질의 기체 상태와 고체 상태 사이의 중간 위치를 차지합니다. 기체보다는 질서정연한 구조이지만 고체보다는 덜하다.
증기 및 기체 상태
증기 기체 상태는 일반적으로 구별되지 않습니다.
가스 - 이것은 단일 동적 상으로 간주될 수 있는 서로 멀리 떨어져 있는 개별 분자로 구성된 고방전 균질 시스템입니다.
스팀 - 그것은 분자와 이들 분자로 구성된 불안정한 작은 결합체의 혼합물인 고도로 방전된 비균질 시스템입니다.
분자 운동 이론은 다음 규정에 따라 이상 기체의 특성을 설명합니다. 분자는 연속적인 무작위 운동을 합니다. 기체 분자의 부피는 분자간 거리에 비해 무시할 수 있습니다. 인력 또는 반발력은 가스 분자 사이에 작용하지 않습니다. 기체 분자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례합니다. 분자간 상호 작용의 힘의 무의미함과 큰 자유 부피의 존재로 인해 가스는 높은 열 운동 및 분자 확산 속도, 가능한 가장 큰 부피를 차지하려는 분자의 욕구, 높은 압축성을 특징으로 합니다.
격리된 기상 시스템은 압력, 온도, 부피, 물질 양의 4가지 매개변수로 특징지어집니다. 이러한 매개변수 간의 관계는 이상 기체 상태 방정식으로 설명됩니다.
R = 8.31 kJ / mol - 보편적인 기체 상수.
응집 상태가 무엇인지, 고체, 액체 및 기체의 어떤 특징과 특성이 여러 분야에서 고려되는지에 대한 질문 교육 과정... 고유한 구조적 특징을 가진 세 가지 고전적인 물질 상태가 있습니다. 그들의 이해는 중요한 점지구, 생물체에 대한 과학을 이해하고, 생산 활동... 이 질문은 물리학, 화학, 지리학, 지질학, 물리 화학 및 기타 과학 분야에서 공부합니다. 세 가지 기본 유형 중 하나의 특정 조건에 있는 물질은 온도와 압력의 증가 또는 감소에 따라 변할 수 있습니다. 자연, 기술 및 일상 생활에서 발생하는 한 집계 상태에서 다른 집계 상태로의 가능한 전환을 고려하십시오.
집계 상태란 무엇입니까?
러시아어로 번역 된 라틴어 "aggrego"의 단어는 "첨부하다"를 의미합니다. 과학 용어는 하나의 동일한 신체, 물질의 상태를 나타냅니다. 특정 온도 값과 다른 압력의 고체, 기체 및 액체에서의 존재는 지구의 모든 껍질의 특징입니다. 세 가지 기본 집계 상태 외에도 네 번째 상태도 있습니다. ~에 고온일정한 압력에서 가스는 플라즈마로 변합니다. 응집체 상태가 무엇인지 더 잘 이해하려면 물질과 몸체를 구성하는 가장 작은 입자를 기억할 필요가 있습니다.
위의 다이어그램은 다음을 보여줍니다. b - 액체; c - 고체. 이러한 그림에서 원은 물질의 구조적 요소를 나타냅니다. 그것 상징, 사실, 원자, 분자, 이온은 단단한 공이 아닙니다. 원자는 양전하를 띤 핵으로 구성되어 있으며 그 주위에서 음전하를 띤 전자가 고속으로 움직입니다. 물질의 미시적 구조에 대한 지식은 서로 다른 응집체 형태 사이에 존재하는 차이점을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다.
소우주의 개념: 고대 그리스에서 17세기까지
신체를 구성하는 입자에 대한 최초의 정보는 고대 그리스... 사상가 데모크리토스와 에피쿠로스가 원자와 같은 개념을 도입했습니다. 그들은 서로 다른 물질의 이 가장 작은 나눌 수 없는 입자가 모양, 특정 크기를 가지며 서로 움직이고 상호 작용할 수 있다고 믿었습니다. 원자론은 그 당시 고대 그리스의 가장 진보된 교리가 되었습니다. 그러나 그 발전은 중세 시대에 더디게 진행되었습니다. 그 이후로 과학자들은 로마 가톨릭 교회의 종교 재판에 의해 박해를 받았습니다. 따라서 현대까지 물질의 집합 상태가 무엇인지에 대한 이해 가능한 개념이 없었습니다. 17세기 과학자 R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier가 원자 분자 이론의 조항을 공식화한 이후에야 오늘날 그 중요성을 잃지 않았습니다.
원자, 분자, 이온 - 물질 구조의 미세한 입자
미시 세계를 이해하는 데 있어 중요한 돌파구는 전자 현미경이 발명된 20세기에 일어났습니다. 이전에 과학자들이 발견한 사항을 고려하여 미시 세계에 대한 조화로운 그림을 구성하는 것이 가능했습니다. 물질의 가장 작은 입자의 상태와 거동을 설명하는 이론은 매우 복잡하여 해당 분야에 속합니다 물질의 다양한 집합 상태의 특징을 이해하려면 서로 다른 물질을 형성하는 주요 구조 입자의 이름과 특징을 아는 것으로 충분합니다 물질.
- 원자는 화학적으로 나눌 수 없는 입자입니다. 저장 위치 화학 반응그러나 핵에서는 파괴된다. 원자 구조의 금속 및 기타 많은 물질은 정상적인 조건에서 고체 상태의 응집체를 가지고 있습니다.
- 분자는 화학 반응에서 분해되어 형성되는 입자입니다. 산소, 물, 이산화탄소, 유황. 정상적인 조건에서 산소, 질소, 이산화황, 탄소, 산소의 집합체 상태는 기체입니다.
- 이온은 원자와 분자가 전자를 추가하거나 잃을 때 바뀌는 하전 입자로 미세한 음으로 하전된 입자입니다. 많은 염은 염화나트륨, 철 및 황산구리와 같은 이온 구조를 가지고 있습니다.
입자가 공간에서 특정 방식으로 위치하는 물질이 있습니다. 원자, 이온, 분자의 정렬된 상호 위치를 결정 격자라고 합니다. 일반적으로 이온 및 원자 결정 격자는 고체, 분자 - 액체 및 기체에 대해 특징적입니다. 다이아몬드는 높은 경도로 구별됩니다. 그것의 원자 결정 격자는 탄소 원자에 의해 형성됩니다. 그러나 부드러운 흑연도 이 화학 원소의 원자로 구성됩니다. 그들은 공간에서 다른 방식으로 위치합니다. 황의 일반적인 응집 상태는 고체이지만 고온에서 물질은 액체와 무정형 덩어리로 변합니다.
고체 응집 상태의 물질
고체는 정상적인 조건에서 부피와 모양을 유지합니다. 예를 들어, 한 알의 모래, 한 알의 설탕, 소금, 암석 또는 금속. 설탕이 가열되면 물질이 녹기 시작하여 점성이 있는 갈색 액체로 변합니다. 가열 중지 - 다시 고체를 얻습니다. 이것은 고체가 액체로 전환되는 주요 조건 중 하나가 가열 또는 증가한다는 것을 의미합니다. 내부 에너지물질의 입자. 식품에 사용되는 소금의 응집체의 고체 상태도 변경될 수 있습니다. 그러나 식염을 녹이기 위해서는 설탕을 가열하는 것보다 더 높은 온도가 필요합니다. 사실 설탕은 분자로 구성되어 있으며, 소금- 서로 더 강하게 끌리는 하전 이온으로부터. 액체 형태의 고체는 결정 격자가 파괴되기 때문에 모양을 유지하지 않습니다.
녹는 동안 염이 응집되는 액체 상태는 결정에서 이온 사이의 결합이 끊어짐으로 설명됩니다. 운반할 수 있는 하전 입자가 방출됩니다. 전기 요금... 소금 용해물은 전기를 전도하고 전도체입니다. 화학, 야금 및 기계 공학 산업에서 고체는 액체 물질로 변환되어 새로운 화합물을 얻거나 다른 형태를 제공합니다. 금속 합금이 널리 사용됩니다. 고체 원료의 응집 상태 변화와 관련하여 여러 가지 방법으로 얻을 수 있습니다.
액체는 응집의 기본 상태 중 하나입니다.
둥근 바닥 플라스크에 50ml의 물을 부으면 물질이 즉시 화학 용기의 형태를 띤다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 플라스크에서 물을 쏟는 즉시 액체가 테이블 표면 위로 퍼집니다. 물의 양은 50ml로 동일하게 유지되며 모양이 바뀝니다. 나열된 특징은 물질이 존재하는 액체 형태의 특징입니다. 많은 유기 물질은 액체입니다: 알코올, 식물성 기름, 산.
우유는 유제, 즉 지방 방울을 포함하는 액체입니다. 유용한 액체 화석은 기름입니다. 그들은 육지와 바다의 드릴링 장비를 사용하여 우물에서 그것을 추출합니다. 해수는 산업의 원료이기도 합니다. 그것의 차이점은 민물강과 호수는 용해된 물질, 주로 소금의 함량입니다. 저장소의 표면에서 증발할 때 Н 2 О 분자만 증기 상태로 지나가고 용질은 남습니다. 해수에서 유용한 물질을 얻는 방법과 정화 방법은 이러한 특성을 기반으로 합니다.
염분을 완전히 제거하면 증류수가 얻어진다. 100 ° C에서 끓고 0 ° C에서 얼어 붙습니다. 염수는 끓어 다른 온도에서 얼음으로 변합니다. 예를 들어 북극해의 물은 2 ° C의 표면 온도에서 얼어 붙습니다.
정상적인 조건에서 수은의 물리적 상태는 액체입니다. 이 은회색 금속은 일반적으로 의료용 체온계에 사용됩니다. 가열되면 수은 기둥이 스케일에서 상승하고 물질이 팽창합니다. 왜 알코올은 수은이 아닌 빨간색 페인트로 착색됩니까? 이것은 액체 금속의 특성으로 설명됩니다. 30도 서리에서는 수은의 응집 상태가 변하고 물질이 고체가됩니다.
의료용 체온계가 고장나서 수은이 흘러나오면 은구슬을 손으로 집는 것은 위험합니다. 수은 증기를 흡입하는 것은 유해하며 이 물질은 매우 유독합니다. 이러한 경우 어린이는 부모와 어른의 도움을 받아야 합니다.
기체 상태
기체는 부피나 모양을 유지할 수 없습니다. 우리는 플라스크 상단에 산소를 채 웁니다 (그것 화학식약 2). 플라스크를 열자 마자 물질의 분자가 실내 공기와 섞이기 시작합니다. 이것은 브라운 운동 때문입니다. 고대 그리스의 과학자 데모크리토스도 물질 입자가 끊임없이 움직인다고 믿었습니다. 고체에서 정상적인 조건에서 원자, 분자, 이온은 다른 입자와의 결합에서 벗어나 결정 격자를 떠날 수 없습니다. 이는 외부에서 많은 양의 에너지가 공급되어야만 가능합니다.
액체에서 입자 사이의 거리는 고체보다 약간 더 크며 분자간 결합을 끊는 데 더 적은 에너지가 필요합니다. 예를 들어, 산소 응집의 액체 상태는 가스 온도가 -183 ° C로 떨어질 때만 관찰됩니다. -223 ° C에서 O 2 분자는 고체를 형성합니다. 온도가 이 값 이상으로 상승하면 산소가 기체로 전환됩니다. 정상적인 조건에서 이 형태입니다. 산업 기업에는 대기를 분리하고 질소와 산소를 얻기 위한 특수 설비가 있습니다. 먼저 공기를 냉각시켜 액화시킨 다음 서서히 온도를 높인다. 질소와 산소는 다른 조건에서 기체로 전환됩니다.
지구의 대기에는 21%의 산소와 78%의 질소가 포함되어 있습니다. 액체 형태에서 이러한 물질은 행성의 가스 봉투에서 발생하지 않습니다. 액화산소는 연한 청색을 띠며 의료기관용 고압실린더에 사용된다. 산업 및 건설 분야에서 액화 가스는 많은 공정에 필요합니다. 를 위해 산소가 필요하다 가스 용접및 금속 절단, 화학 - 무기 및 유기 물질의 산화 반응용. 산소 실린더의 밸브를 열면 압력이 감소하고 액체가 기체로 변합니다.
액화 프로판, 메탄 및 부탄은 인구의 에너지, 운송, 산업 및 가정 활동에 널리 사용됩니다. 이러한 물질은 천연 가스에서 얻거나 석유 공급원료를 분해(분할)하여 얻습니다. 탄소 액체 및 기체 혼합물은 많은 국가의 경제에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 석유와 천연 가스 매장량은 심각하게 고갈되었습니다. 과학자들에 따르면, 이 원료는 100-120년 동안 지속될 것입니다. 대체 에너지원은 기류(바람)입니다. 빠르게 흐르는 강, 바다 기슭의 조수 및 바다는 발전소 운영에 사용됩니다.
다른 가스와 마찬가지로 산소는 플라즈마를 나타내는 네 번째 응집 상태에 있을 수 있습니다. 특이한 고체에서 기체로의 전이는 결정질 요오드의 특징입니다. 짙은 자주색의 물질은 승화를 겪습니다. 액체 상태를 우회하여 기체로 변합니다.
물질의 한 집합체 형태에서 다른 물질 형태로의 전이는 어떻게 수행됩니까?
물질의 응집 상태의 변화는 화학적 변형과 관련이 없으며 물리적 현상입니다. 온도가 상승하면 많은 고체가 녹아 액체로 변합니다. 온도가 더 증가하면 증발, 즉 물질의 기체 상태가 될 수 있습니다. 자연과 경제에서 이러한 전환은 지구상의 주요 물질 중 하나의 특징입니다. 얼음, 액체, 증기는 다양한 외부 조건에서 물의 상태입니다. 화합물은 동일하며 공식은 H 2 O입니다. 0 ° C 이하의 온도에서 물은 결정화됩니다. 즉, 얼음으로 변합니다. 온도가 상승하면 형성된 결정이 파괴됩니다. 얼음이 녹고 액체 상태의 물이 다시 얻어집니다. 가열되면 증발이 형성됩니다. 물이 기체로 변형되는 경우에도 계속됩니다. 저온... 예를 들어, 얼어붙은 웅덩이는 물이 증발하면서 점차 사라집니다. 서리가 내린 날씨에도 젖은 세탁물은 마르지만 이 과정은 더운 날보다 더 길다.
나열된 모든 물의 한 상태에서 다른 상태로의 전환은 지구의 자연에 매우 중요합니다. 대기 현상, 기후 및 날씨는 세계 해양 표면에서 물의 증발, 구름과 안개 형태의 수분이 육지로 이동, 강수(비, 눈, 우박)와 관련이 있습니다. 이러한 현상은 자연에서 세계 물 순환의 기초를 형성합니다.
황의 집합 상태는 어떻게 변합니까?
정상적인 조건에서 유황은 밝고 반짝이는 결정 또는 밝은 노란색 분말, 즉 고체입니다. 가열하면 황의 응집 상태가 바뀝니다. 먼저 온도가 190 ° C까지 상승하면 노란색 물질이 녹아 이동성 액체로 변합니다.
액체 유황을 재빨리 부어 넣으면 차가운 물, 갈색 무정형 덩어리가 얻어진다. 유황 용융물을 더 가열하면 점점 점성이 높아지고 어두워집니다. 300 ° C 이상의 온도에서 황의 응집 상태가 다시 바뀌고 물질이 액체의 특성을 얻고 이동성이 높아집니다. 이러한 전이는 요소의 원자가 다른 길이의 사슬을 형성하는 능력 때문입니다.
물질이 다른 물리적 상태에 있을 수 있는 이유는 무엇입니까?
단순한 물질인 황의 응집 상태는 정상적인 조건에서 고체입니다. 이산화황 - 가스 황산- 기름진 액체는 물보다 무겁다. 식염수와 달리 질산휘발성이 아니며 분자가 표면에서 증발하지 않습니다. 결정을 가열하여 얻은 플라스틱 황의 응집 상태는 무엇입니까?
비정질 형태의 물질은 유동성이 거의 없는 액체 구조를 가지고 있습니다. 그러나 플라스틱 유황은 동시에 모양을 유지합니다(고체처럼). 고체의 여러 가지 특성을 갖는 액정이 있습니다. 따라서 다른 조건에서 물질의 상태는 그 성질, 온도, 압력 및 기타 외부 조건에 따라 달라집니다.
고체 구조의 특징은 무엇입니까?
물질의 기본 응집 상태 사이의 기존 차이점은 원자, 이온 및 분자 간의 상호 작용으로 설명됩니다. 예를 들어, 고체 상태의 물질 덩어리가 물체의 부피와 모양을 유지하는 능력으로 이어지는 이유는 무엇입니까? 금속이나 염의 결정 격자에서 구조 입자는 서로 끌어당깁니다. 금속에서 양전하를 띤 이온은 금속 조각에 자유 전자가 축적되는 소위 "전자 가스"와 상호 작용합니다. 소금 결정은 반대 전하 입자 - 이온의 인력으로 인해 발생합니다. 위의 고체 구조 단위 사이의 거리는 입자 자체의 크기보다 훨씬 작습니다. 이 경우 정전기적 인력이 작용하여 힘을 주지만 반발력이 충분히 강하지 않습니다.
물질이 응집된 고체 상태를 파괴하려면 노력해야 합니다. 금속, 염, 원자 결정은 매우 높은 온도에서 녹습니다. 예를 들어 철은 1538 ° C 이상의 온도에서 액체가됩니다. 텅스텐은 내화물로 전구용 필라멘트를 만드는 데 사용됩니다. 3000 ° C 이상의 온도에서 액체가되는 합금이 있습니다. 지구상의 많은 것들은 견고합니다. 이 원료는 광산 및 채석장 기술의 도움으로 추출됩니다.
결정에서 하나의 이온이라도 분리하려면 많은 에너지가 소비되어야 합니다. 그러나 결정 격자가 분해되기 위해서는 물에 소금을 녹이면 충분합니다! 이 현상은 극성 용매로서의 물의 놀라운 특성 때문입니다. H2O 분자는 염 이온과 상호 작용하여 그들 사이의 화학 결합을 끊습니다. 따라서 용해는 다른 물질의 단순한 혼합이 아니라 이들 사이의 물리 화학적 상호 작용입니다.
액체 분자는 어떻게 상호 작용합니까?
물은 액체, 고체 및 기체(증기)일 수 있습니다. 이것은 정상적인 조건에서 집계의 기본 상태입니다. 물 분자는 하나의 산소 원자와 두 개의 수소 원자가 결합되어 있습니다. 분자 내 화학 결합의 극성이 있고, 산소 원자에 부분적인 음전하가 나타납니다. 수소는 분자의 양극이 되어 다른 분자의 산소 원자에 끌립니다. 이것을 "수소 결합"이라고 합니다.
응집의 액체 상태는 크기에 필적하는 구조 입자 사이의 거리를 특징으로 합니다. 끌어당김은 있지만 약해서 물이 모양을 유지하지 못한다. 기화는 실온에서도 액체 표면에서 발생하는 결합의 파괴로 인해 발생합니다.
기체에 분자간 상호작용이 있습니까?
여러 매개변수에서 물질의 기체 상태는 액체 및 고체와 다릅니다. 기체의 구조적 입자 사이에는 분자의 크기를 훨씬 초과하는 큰 간격이 있습니다. 이 경우 인력이 전혀 작용하지 않습니다. 기체 상태의 응집은 공기 중에 존재하는 물질(질소, 산소, 이산화탄소)의 특징입니다. 아래 그림에서 첫 번째 큐브는 기체로, 두 번째 큐브는 액체로, 세 번째 큐브는 고체로 채워져 있습니다.
많은 액체는 휘발성이며 물질의 분자는 표면에서 떨어져 나와 공기 중으로 전달됩니다. 예를 들어 물에 적신 면봉을 가져오면 암모니아그러면 흰 연기가 나타납니다. 염산과 암모니아 사이의 화학 반응은 공기 중에서 바로 일어나 염화 암모늄을 얻습니다. 이 물질의 응집 상태는 무엇입니까? 흰 연기를 형성하는 입자는 소금의 가장 작은 고체 결정체입니다. 이 실험은 후드 아래에서 수행해야하며 물질은 독성이 있습니다.
결론
기체의 물리적 상태는 Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Cliperon, Mendeleev, Le Chatelier와 같은 뛰어난 물리학자와 화학자에 의해 연구되었습니다. 과학자들은 외부 조건이 변할 때 화학 반응에서 기체 물질의 거동을 설명하는 법칙을 공식화했습니다. 개방형 패턴은 학교 및 대학의 물리 및 화학 교과서에만 포함되지 않습니다. 많은 화학 산업은 서로 다른 응집 상태에 있는 물질의 거동과 특성에 대한 지식을 기반으로 합니다.
집계 상태- 이것은 특정 범위의 온도 및 압력에서 물질의 상태로, 다음과 같은 특성을 특징으로 합니다. 부피와 모양을 유지하는 능력(고체) 또는 무능력(액체, 기체); 장거리(고체) 또는 단거리(액체) 질서 및 기타 속성의 존재 여부.
물질은 고체, 액체 또는 기체의 세 가지 응집 상태에 있을 수 있으며 현재 추가 플라즈마(이온) 상태가 방출됩니다.
V 텅빈상태에서 물질의 원자와 분자 사이의 거리가 멀고 상호 작용력이 작으며 공간에서 무질서하게 움직이는 입자는 위치 에너지를 초과하는 큰 운동 에너지를 갖습니다. 기체 상태의 물질은 모양도 부피도 없습니다. 가스는 사용 가능한 모든 공간을 채웁니다. 이 상태는 밀도가 낮은 물질에 일반적입니다.
V 액체상태에서 원자의 정렬된 배열을 가진 별도의 영역이 물질의 부피에 주기적으로 나타날 때 단거리 원자 또는 분자의 순서만 유지되지만 이러한 영역의 상호 배향도 없습니다. 단거리 질서는 불안정하며 원자의 열 진동의 영향으로 사라지거나 다시 발생할 수 있습니다. 액체 분자는 일정한 위치를 가지고 있지 않으며, 동시에 완전한 이동의 자유도 없습니다. 액체 상태의 물질은 형태가 없으며 부피만 유지합니다. 액체는 용기 부피의 일부만 차지할 수 있지만 용기의 전체 표면에 걸쳐 자유롭게 흐릅니다. 액체 상태는 일반적으로 고체와 기체의 중간으로 간주됩니다.
V 단단한물질, 원자 배열의 순서는 엄격하게 정의되고 규칙적으로 정렬되며 입자 상호 작용의 힘은 상호 균형을 이루므로 몸체는 모양과 부피를 유지합니다. 공간에서 규칙적으로 정렬된 원자 배열은 결정 상태를 특징짓고 원자는 결정 격자를 형성합니다.
고체는 무정형 또는 결정 구조를 가지고 있습니다. 을위한 무정형몸체는 원자 또는 분자의 배열에서 단거리 질서, 공간에서 원자, 분자 또는 이온의 혼돈 배열만이 특징입니다. 비정질체의 예로는 유리, 피치, var가 있으며, 이들은 외부적으로는 고체 상태이지만 실제로는 액체처럼 천천히 흐릅니다. 결정체와 달리 비정질체에는 명확한 녹는점이 없습니다. 비정질체는 결정질 고체와 액체 사이의 중간 위치를 차지합니다.
대부분의 고체는 수정 같은공간에서 원자 또는 분자의 정렬된 배열을 특징으로 하는 구조. 결정 구조는 구조의 요소가 주기적으로 반복될 때 장거리 질서를 특징으로 합니다. 짧은 순서로 올바른 반복은 없습니다. 결정체의 특징은 모양을 유지하는 능력입니다. 모델이 공간 격자인 이상적인 결정의 특성은 대칭의 속성입니다. 대칭은 대칭 평면이라고 하는 특정 평면에서 점의 거울 반사에 따라 자체적으로 정렬되는 고체의 결정 격자의 이론적 능력으로 이해됩니다. 외부 형상의 대칭은 결정의 내부 구조의 대칭을 반영합니다. 예를 들어, 모든 금속은 입방형과 육각형의 두 가지 대칭 유형이 특징인 결정 구조를 가지고 있습니다.
무질서한 원자 분포를 갖는 비정질 구조에서 물질의 다른 방향의 특성은 동일합니다. 즉, 유리질(비정질) 물질은 등방성입니다.
모든 결정은 이방성을 특징으로 합니다. 결정에서 원자 사이의 거리가 정렬되지만 다른 방향에서는 정렬 정도가 다를 수 있으므로 다른 방향에서 결정 물질의 특성이 달라집니다. 격자의 방향에 대한 결정 물질의 특성 의존성을 이방성속성. 이방성은 물리적, 기계적 및 기타 특성을 모두 측정할 때 나타납니다. 결정의 방향에 의존하지 않는 특성(밀도, 열용량)이 있습니다. 대부분의 특성은 방향 선택에 따라 다릅니다.
몇 밀리미터에서 수십 센티미터에 이르는 특정 재료 부피를 가진 물체의 속성을 측정하는 것이 가능합니다. 결정 셀과 동일한 구조를 가진 이러한 물체를 단결정이라고 합니다.
특성의 이방성은 단결정에서 나타나며 많은 작은 무작위로 배향된 결정으로 구성된 다결정 물질에는 실질적으로 없습니다. 따라서 다결정 물질을 준등방성이라고 합니다.
특정 온도 범위에서 번들, 코일(구체), 피브릴 등의 형태로 초분자 구조의 형성과 함께 분자가 규칙적으로 배열될 수 있는 중합체의 결정화가 발생합니다. 복잡한 구조분자와 그 집합체는 가열될 때 폴리머의 행동 특성을 결정합니다. 그들은 점도가 낮은 액체 상태로 갈 수 없으며 기체 상태가 아닙니다. 고체 형태에서 중합체는 유리질, 고탄성 및 점성 유동 상태일 수 있습니다. 선형 또는 분지형 분자를 가진 중합체는 온도가 변할 때 한 상태에서 다른 상태로 변할 수 있으며, 이는 중합체 변형 과정에서 나타납니다. 그림에서. 9는 온도에 대한 변형의 의존성을 보여줍니다.
쌀. 9 무정형 폴리머의 열역학적 곡선: NS씨, NS NS, NS p - 각각 유리 전이 온도, 유동성 및 화학적 분해 개시; I - III - 각각 유리질, 고탄성 및 점성 상태의 영역; △ 엘- 변형.
분자 배열의 공간 구조는 폴리머의 유리 상태만을 결정합니다. 저온에서 모든 폴리머는 탄성적으로 변형됩니다(그림 9, 영역 I). 유리전이온도 이상 NS c 선형 구조의 비정질 폴리머는 고탄성 상태로 전환됩니다( 구역 II), 유리질 및 고탄성 상태에서의 변형은 가역적입니다. 유동점 이상의 가열 NS t는 폴리머를 점성 흐름 상태로 전환합니다( 구역 III). 점성 흐름 상태에서 폴리머의 변형은 되돌릴 수 없습니다. 공간적(네트워크, 가교) 구조의 비정질 고분자는 점성유동상태가 없고, 고탄성 상태의 온도영역이 고분자 분해온도까지 확장 NS NS. 이 동작은 고무와 같은 재료에 일반적입니다.
모든 응집 상태에서 물질의 온도는 입자(원자 및 분자)의 평균 운동 에너지를 특징으로 합니다. 신체의 이러한 입자는 에너지가 최소인 평형 중심에 대해 주로 진동 운동의 운동 에너지를 갖습니다. 특정 임계 온도에 도달하면 고체 물질은 강도(안정성)를 잃고 녹고 액체는 증기로 변합니다. 끓고 증발합니다. 이러한 임계 온도는 녹는점과 끓는점입니다.
결정질 물질이 특정 온도에서 가열되면 분자가 너무 활발하게 움직여 고분자의 단단한 결합이 끊어지고 결정이 파괴되어 액체 상태로 바뀝니다. 결정과 액체가 평형을 이루는 온도를 결정의 융점 또는 액체의 응고점이라고 합니다. 요오드의 경우 이 온도는 114 o C와 같습니다.
각 화학 원소개별 융점이 있습니다 NS pl, 고체와 액체의 존재, 끓는점 분리 NS액체에서 기체로의 전환에 해당하는 베일. 이 온도에서 물질은 열역학적 평형 상태에 있습니다. 응집 상태의 변화는 자유 에너지, 엔트로피, 밀도 등의 급격한 변화를 동반할 수 있습니다. 물리량.
다양한 상태를 설명하기 위해 물리학은 더 넓은 개념을 사용합니다열역학 단계. 한 단계에서 다른 단계로의 전환을 설명하는 현상을 임계라고 합니다.
가열되면 물질은 상 변형을 겪습니다. 녹을 때(C에 대해 1083), 구리는 액체로 변하는데, 원자는 단거리 질서만을 갖는다. 1 기압의 압력에서 구리는 2310 ° C에서 끓고 무작위로 위치한 구리 원자를 가진 기체 구리로 변합니다. 융점에서 결정과 액체의 포화 증기압은 같습니다.
재료 전체가 시스템입니다.
체계- 결합된 물질의 그룹 물리적 인,화학적 또는 기계적 상호 작용. 단계시스템의 균질한 부분이라고 하며 다른 부분과 분리되어 있습니다. 물리적 인터페이스(주철: 흑연 + 철 입자, 얼음이 있는 물: 얼음 + 물).구성품시스템을 형성하는 다른 단계 이 시스템. 시스템 구성 요소주어진 시스템의 모든 단계(구성 부분)를 형성하는 물질입니다.
두 개 이상의 상으로 구성된 재료는 분산시스템. 분산 시스템은 액체의 거동과 유사한 거동을 갖는 졸과 다음을 갖는 겔로 구분됩니다. 특성 속성고체. 졸에서 물질이 분포하는 분산 매질은 액체이고 겔에서는 고상이 우세합니다. 젤은 반결정질 금속, 콘크리트, 낮은 온도에서 물에 젤라틴을 녹인 용액입니다(고온에서는 젤라틴이 졸로 변합니다). 하이드로졸은 물에 분산된 것이고 에어로졸은 공기에 분산된 것입니다.
상태 다이어그램.
열역학 시스템에서 각 상은 온도와 같은 매개변수로 특성화됩니다. NS, 집중 ~와 함께그리고 압력 NS... 상 변환을 설명하기 위해 단일 에너지 특성인 Gibbs 자유 에너지가 사용됩니다. △G(열역학적 잠재력).
변형을 설명할 때 열역학은 평형 상태를 고려하는 것으로 제한됩니다. 평형 상태열역학 시스템의 특성은 열역학적 매개변수(온도 및 농도, 기술 처리에서 NS= const) 시간이 흐르고 에너지와 물질의 흐름이 없으며 일정한 외부 조건이 있습니다. 상평형- 2개 또는 2개로 구성된 열역학 시스템의 평형 상태 더단계.
시스템의 평형 조건에 대한 수학적 설명은 다음과 같습니다. 위상 규칙 Gibbs에 의해 파생되었습니다. 이것은 평형 시스템의 상(F) 및 성분(K)의 수를 시스템의 분산, 즉 열역학적 자유도(C)의 수와 연결합니다.
시스템의 열역학적 자유도(분산)의 수는 내부( 화학적 구성 요소상) 및 외부(온도), 새로운 상이 나타나지 않고 이전 상이 사라지지 않도록 다양한 임의(특정 간격) 값을 할당할 수 있습니다.
깁스 위상 규칙 방정식:
C = K - F + 1.
이 규칙에 따라 두 성분(K = 2)의 시스템에서, 다음 옵션자유도:
단상 상태(Ф = 1)의 경우 С = 2, 즉 온도와 농도를 변경할 수 있습니다.
2상 상태(Ф = 2)의 경우 С = 1, 즉 하나의 외부 매개변수(예: 온도)만 변경할 수 있습니다.
3상 상태의 경우 자유도는 0입니다. 즉, 시스템의 평형을 방해하지 않고는 온도를 변경할 수 없습니다(시스템은 불변).
예를 들어, 결정화 중 순수한 금속(K = 1)의 경우 두 상(Ф = 2)이 있을 때 자유도는 0입니다. 이는 결정화 온도가 프로세스가 종료되고 고체 결정이라는 하나의 상이 남을 때까지 변경할 수 없음을 의미합니다. 결정화가 끝난 후(Ф = 1) 자유도는 1이므로 온도를 변경할 수 있습니다. 즉, 평형을 방해하지 않고 고체를 냉각할 수 있습니다.
온도와 농도에 따른 시스템의 거동은 상태도에 의해 설명됩니다. 물 상태 다이어그램은 H 2 O 성분이 하나인 시스템이므로 동시에 평형 상태에 있을 수 있는 최대 수는 3개입니다(그림 10). 이 세 단계는 액체, 얼음, 증기입니다. 이 경우 자유도의 수는 0과 같습니다. 어떤 상도 사라지지 않도록 압력이나 온도를 변경할 수 없습니다. 보통의 얼음, 액체 상태의 물, 수증기는 0.61kPa의 압력과 0.0075°C의 온도에서만 동시에 평형 상태로 존재할 수 있습니다. 3상이 공존하는 점을 삼중점(삼중점)이라고 한다. 영형).
곡선 OS증기와 액체 영역을 분리하고 온도에 대한 포화 수증기 압력의 의존성을 나타냅니다. OC 곡선은 액체 물과 수증기가 서로 평형을 이루는 온도와 압력의 상호 관련된 값을 보여주므로 액체-증기 평형 곡선 또는 끓는 곡선이라고 합니다.
그림 10 수질 상태도
곡선 OV액체 영역을 얼음 영역과 분리합니다. 이것은 고체-액체 평형 곡선이며 용융 곡선이라고 합니다. 이 곡선은 얼음과 액체 물이 평형을 이루는 상호 관련된 온도 및 압력 값 쌍을 보여줍니다.
곡선 OA승화 곡선이라고하며 얼음과 수증기가 평형 상태에있는 상호 관련된 압력 및 온도 값 쌍을 보여줍니다.
상태도는 압력, 온도 등 외부 조건에 따라 다양한 위상이 존재하는 영역을 시각적으로 표현한 것입니다. 상태 다이어그램은 제품 생산의 다양한 기술 단계에서 재료 과학에 적극적으로 사용됩니다.
액체는 낮은 점도 값(분자의 내부 마찰)과 높은 유동성 값(값, 점도의 역수)에서 고체 결정체와 다릅니다. 액체는 분자의 많은 집합체로 구성되며 그 내부에 입자가 위치합니다. 특정 주문, 결정의 순서와 유사합니다. 구조 단위의 특성과 입자 간 상호 작용은 액체의 특성을 결정합니다. 액체가 있습니다: 단원자(액화 희가스), 분자(물), 이온(용융염), 금속(용융 금속), 액체 반도체. 대부분의 경우 액체는 응집 상태일 뿐만 아니라 열역학적(액체) 상태이기도 합니다.
액체 물질은 대부분 솔루션입니다. 해결책균질하지만 화학적으로 순수한 물질은 아니며 용질과 용매(용매의 예는 물 또는 유기 용매: 디클로로에탄, 알코올, 사염화탄소 등)로 구성되므로 물질의 혼합물입니다. 예는 물에 알코올을 녹인 용액입니다. 그러나 용액은 기체(예: 공기) 또는 고체(금속 합금) 물질의 혼합물이기도 합니다.
결정화 중심 형성 속도가 느리고 점도가 크게 증가하는 조건에서 냉각하면 유리 상태가 나타날 수 있습니다. 유리는 용융된 무기 및 유기 화합물을 과냉각하여 얻은 등방성 고체 재료입니다.
많은 물질이 알려져 있으며, 결정 상태에서 등방성 액체로의 전이는 중간 액정 상태를 통해 발생합니다. 분자가 다음과 같은 형태를 갖는 물질의 특징입니다. 긴 막대(스틱) 비대칭 구조. 이러한 상전이는 열 효과를 동반하여 기계적, 광학적, 유전적 특성 및 기타 특성에 급격한 변화를 일으킵니다.
액정액체처럼 길쭉한 방울의 형태 또는 용기의 형태를 취할 수 있고 높은 유동성을 가지며 병합할 수 있습니다. 그들은 과학 기술의 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 광학 특성은 외부 조건의 작은 변화에 크게 의존합니다. 이 기능은 전기 광학 장치에 사용됩니다. 특히 액정은 전자제품 제조에 사용된다. 손목시계, 영상 장비 등
주요 집계 상태는 다음과 같습니다. 혈장- 부분적으로 또는 완전히 이온화된 가스. 형성 방법에 따라 두 가지 유형의 플라즈마가 구별됩니다. 가스가 고온으로 가열될 때 발생하는 열과 가스 매체에서 방전될 때 형성되는 가스입니다.
플라즈마 화학 공정은 여러 기술 분야에서 확고한 위치를 차지했습니다. 그들은 내화 금속의 절단 및 용접에 사용되며 다양한 물질의 합성에 사용되며 플라즈마 광원이 널리 사용되며 열핵에서 플라즈마 사용 발전소등.
물질의 응집 상태는 일반적으로 모양과 부피를 유지하는 능력이라고합니다. 추가 기능은 한 응집 상태에서 다른 상태로 물질을 전환하는 방법입니다. 이를 기반으로 고체, 액체 및 기체의 세 가지 응집 상태가 구별됩니다. 보이는 속성은 다음과 같습니다.
솔리드 - 모양과 볼륨을 모두 유지합니다. 용융에 의해 액체로, 승화에 의해 기체로 직접 통과할 수 있습니다.
- 액체 - 부피는 유지하지만 모양은 유지하지 않습니다. 즉, 유동성이 있습니다. 유출된 액체는 쏟아지는 표면에 무한정 퍼지는 경향이 있습니다. 액체는 결정화에 의해 고체로, 증발에 의해 기체로 들어갈 수 있습니다.
- 기체 - 모양도 부피도 유지하지 않습니다. 용기 외부의 가스는 모든 방향으로 무한히 팽창하는 경향이 있습니다. 중력만이 그가 이것을 하는 것을 막을 수 있습니다. 덕분에 지구의 대기가 우주로 소멸되지 않습니다. 기체는 응축에 의해 액체로 통과하고 침전에 의해 고체로 직접 갈 수 있습니다.
상전이
한 응집 상태에서 다른 응집 상태로 물질의 전이를 상 전이라고 합니다. 왜냐하면 응집의 과학적 상태는 물질의 상이기 때문입니다. 예를 들어, 물은 고체(얼음), 액체(일반 물) 및 기체(수증기)로 존재할 수 있습니다.
물의 예도 잘 설명되어 있습니다. 바람이 많이 부는 서리가 내린 날에 마당에서 말리면 즉시 얼어붙지만 잠시 후 건조한 것으로 판명되었습니다. 얼음은 승화되어 수증기로 직접 전달됩니다.
일반적으로 고체에서 액체 및 기체로의 상전이에는 가열이 필요하지만 이 경우 매체의 온도는 증가하지 않습니다. 열에너지물질의 내부 결합이 파열됩니다. 이것이 소위 잠열입니다. 역상 전이(응축, 결정화) 동안 이 열이 방출됩니다.
이것이 증기 화상이 위험한 이유입니다. 피부에 닿으면 응결됩니다. 물의 증발/응축 잠열은 매우 높습니다. 이 점에서 물은 비정상적인 물질입니다. 그것이 지구에서의 삶이 가능한 이유입니다. 증기 화상의 경우, 물의 응결 잠열은 화상 부위를 매우 깊게 "화상"시키며, 증기 화상의 결과는 동일한 신체 부위의 화염보다 훨씬 더 심각합니다.
유사 단계
물질의 액체상의 유동성은 점도에 의해 결정되고, 점도는 다음 섹션에서 다룰 내부 결합의 특성에 의해 결정됩니다. 액체의 점도는 매우 높을 수 있으며 액체는 눈에 띄지 않게 흐를 수 있습니다.
유리가 대표적인 예입니다. 고체는 아니지만 매우 점성이 있는 액체입니다. 창고에 있는 유리판은 절대 벽에 비스듬히 보관하지 않습니다. 며칠 안에 그들은 자체 무게로 구부러져 사용할 수 없게됩니다.
다른 유사 고체는 제화 및 건설입니다. 지붕의 각진 부분을 잊어버리면 여름이 지나면 케이크 모양으로 퍼져 바닥에 달라붙게 됩니다. 의사 고체 물체는 녹는 성질에 따라 실제 물체와 구별될 수 있습니다. 녹는 동안 실제 물체는 한 번에 퍼질 때까지 모양을 유지하거나(납땜) 떠서 웅덩이와 개울(얼음)을 흘립니다. 그리고 매우 점성이 있는 액체는 같은 피치나 역청처럼 점차 부드러워집니다.
플라스틱은 수년 및 수십 년 동안 눈에 띄지 않았던 극도로 점성이 있는 액체입니다. 형태를 유지하는 그들의 높은 능력은 수천 및 수백만 개의 수소 원자에 있는 고분자의 거대한 분자량에 의해 제공됩니다.
물질의 상 구조
기체 상태에서 물질의 분자 또는 원자는 서로 매우 멀리 떨어져 있으며, 그 사이의 거리보다 몇 배나 더 큽니다. 충돌할 때만 때때로 불규칙하게 서로 상호 작용합니다. 상호 작용 자체는 탄력적입니다. 단단한 공처럼 충돌한 다음 날아갔습니다.
액체에서 분자/원자는 화학적 성질의 매우 약한 결합으로 인해 끊임없이 서로를 "느끼는" 것입니다. 이러한 결합은 항상 끊어졌다가 즉시 다시 회복되며, 액체 분자는 서로에 대해 지속적으로 움직이므로 액체가 흐릅니다. 그러나 그것을 가스로 바꾸려면 모든 결합을 한 번에 끊어야하며 액체는 부피를 유지하기 때문에 많은 에너지가 필요합니다.
이 점에서 물은 액체의 분자가 소위 수소 결합으로 연결되어 있다는 점에서 다른 물질과 다릅니다. 따라서 물은 평생 정상적인 온도에서 액체가 될 수 있습니다. 물보다 분자량이 수십, 수백 배 큰 많은 물질, 정상 조건- 일반 가정용 가스와 같은 가스.
고체에서 모든 분자는 그들 사이의 강한 화학 결합으로 인해 제자리에 단단히 고정되어 결정 격자를 형성합니다. 올바른 모양의 결정은 성장에 필요합니다. 특별한 조건따라서 본질적으로 드뭅니다. 대부분의 고체는 기계적 및 전기적 성질의 힘에 의해 단단히 연결되어 있는 작고 미세한 결정체의 집합체입니다.
독자가 예를 들어 자동차의 금이 간 반축이나 주철 화격자를 본 적이 있다면 골절의 결정자 알갱이가 육안으로 볼 수 있습니다. 그리고 깨진 도자기나 토기의 파편에서는 돋보기로 관찰할 수 있습니다.
혈장
물리학자들은 또한 물질의 네 번째 응집 상태인 플라즈마를 구별합니다. 플라즈마에서 전자는 원자핵에서 떨어져 나가며, 이는 전하를 띤 입자의 혼합물입니다. 플라즈마는 매우 밀도가 높을 수 있습니다. 예를 들어, 백색 왜성인 별의 창자에서 나온 1세제곱센티미터의 플라즈마는 무게가 수십에서 수백 톤입니다.
플라즈마는 입자가 하전되어 있기 때문에 전자기장과 활발히 상호 작용하기 때문에 별도의 응집 상태로 분리됩니다. 자유 공간에서 플라즈마는 팽창하여 냉각되어 기체로 변하는 경향이 있습니다. 그러나 영향을 받으면 고체처럼 용기 외부에서 모양과 부피를 유지할 수 있습니다. 플라즈마의 이러한 특성은 미래 발전소의 프로토타입인 열핵 발전소에 사용됩니다.
