สภาพร่างกายของบุคคล บทนำ: สถานะของสสาร
การศึกษาขั้นพื้นฐานทั่วไป
สาย UMK A.V. Peryshkin ฟิสิกส์ (7-9)
บทนำ: สถานะของสสาร
โลกลึกลับรอบตัวเราไม่เคยหยุดนิ่งที่จะประหลาดใจ ก้อนน้ำแข็งที่ถูกโยนลงในแก้วและทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้องจะกลายเป็นของเหลวในเวลาไม่กี่นาที และหากคุณทิ้งของเหลวนี้ไว้บนขอบหน้าต่างเป็นเวลานาน มันก็จะระเหยไปจนหมด นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการสังเกตการเปลี่ยนแปลงจากสถานะของสสารหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งสถานะของการรวมตัว - สถานะของสารที่มีคุณสมบัติบางอย่าง: ความสามารถในการรักษารูปทรงและปริมาตร, มีลำดับระยะยาวหรือระยะสั้น, และอื่นๆ เมื่อมันเปลี่ยนแปลง สถานะของสสารมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ เช่นเดียวกับความหนาแน่น เอนโทรปี และพลังงานอิสระ
การเปลี่ยนแปลงอันน่าอัศจรรย์เหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไม? เพื่อทำความเข้าใจสิ่งนี้จงจำไว้ว่า ทุกสิ่งรอบตัวประกอบด้วย. อะตอมและโมเลกุลของสารต่างๆ มีปฏิสัมพันธ์กัน และพันธะระหว่างสารทั้งสองต่างหากเป็นตัวกำหนด สถานะการรวมตัวของสารเป็นอย่างไร?.
สารรวมมีสี่ประเภท:
ก๊าซ
ดูเหมือนว่าเคมีจะเปิดเผยความลับแก่เราในการเปลี่ยนแปลงอันน่าทึ่งเหล่านี้ อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่ การเปลี่ยนจากสถานะของการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งรวมถึงการแพร่กระจายถือเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพเนื่องจากในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในโมเลกุลของสารและองค์ประกอบทางเคมีของพวกมันยังคงอยู่
สถานะก๊าซ
ในระดับโมเลกุล ก๊าซประกอบด้วยโมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างวุ่นวายซึ่งชนกับผนังของถังและชนกันซึ่งในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซไม่ได้เชื่อมต่อถึงกัน ก๊าซจะเติมปริมาตรทั้งหมดที่ให้ไว้ โดยโต้ตอบและเปลี่ยนทิศทางเฉพาะเมื่อชนกันเท่านั้น
น่าเสียดายที่ไม่สามารถมองเห็นโมเลกุลของก๊าซด้วยตาเปล่าหรือแม้กระทั่งด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงไม่ได้ อย่างไรก็ตามคุณสามารถสัมผัสแก๊สได้ แน่นอนว่าหากคุณพยายามจับโมเลกุลของก๊าซที่ลอยอยู่ในฝ่ามือของคุณ คุณจะไม่ประสบความสำเร็จ แต่ทุกคนอาจเคยเห็น (หรือทำเอง) ว่ามีคนสูบลมเข้าไปในยางรถยนต์หรือจักรยานอย่างไร และจากรอยย่นที่อ่อนนุ่มก็พองตัวและยืดหยุ่นได้ และ "ความไร้น้ำหนัก" ที่ชัดเจนของก๊าซจะถูกหักล้างโดยประสบการณ์ที่อธิบายไว้ในหน้าที่ 39 ของหนังสือเรียน "เคมีเกรด 7" ซึ่งแก้ไขโดย O.S. กาเบรียลยัน.
นี่เป็นเพราะโมเลกุลจำนวนมากซึ่งรวมตัวกันหนาแน่น และพวกมันเริ่มชนกันและบนผนัง และด้วยเหตุนี้ เราจึงมองว่าผลกระทบรวมของโมเลกุลนับล้านบนผนังนั้นเป็นแรงกดดันใน ปริมาณยางที่จำกัด
แต่ถ้าก๊าซนั้นกินปริมาตรที่จัดให้ไว้จนหมด แล้วเหตุใดเขาจึงไม่บินไปในอวกาศและไม่แพร่กระจายไปทั่วจักรวาลเติมเต็มอวกาศระหว่างดวงดาว?ดังนั้นมีบางสิ่งที่ยังคงกักขังและจำกัดชั้นบรรยากาศก๊าซของโลกใช่ไหม?
ถูกต้องที่สุด. และนี่ - พลังแห่งแรงโน้มถ่วงของโลก. เพื่อที่จะแยกตัวออกจากดาวเคราะห์และบินหนีไป โมเลกุลจำเป็นต้องมีความเร็วที่มากกว่าความเร็วหลุดพ้น หรือความเร็วหลุดพ้น และโมเลกุลส่วนใหญ่เคลื่อนที่ช้ากว่ามาก
แล้วเกิดคำถามดังนี้ ทำไมโมเลกุลของก๊าซถึงไม่ตกลงสู่โลก แต่ยังคงบินต่อไป?ปรากฎว่าต้องขอบคุณพลังงานแสงอาทิตย์ของโมเลกุลอากาศที่มีพลังงานจลน์ที่มั่นคงซึ่งช่วยให้พวกมันเคลื่อนที่ต้านแรงดึงดูดของโลก
คอลเลกชันประกอบด้วยคำถามและงานในแนวต่างๆ: คำนวณ คุณภาพสูง และกราฟิก ลักษณะทางเทคนิค การปฏิบัติ และประวัติศาสตร์ งานจะกระจายตามหัวข้อตามโครงสร้างของหนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9” ผู้เขียน A.V. Pereshkina, E. M. Gutnik และอนุญาตให้เราดำเนินการตามข้อกำหนดที่ระบุโดยมาตรฐานการศึกษาของรัฐบาลกลางสำหรับเมตา - หัวเรื่อง, วิชาและผลลัพธ์การเรียนรู้ส่วนบุคคล
สถานะของเหลว
เมื่อความดันเพิ่มขึ้นและ/หรืออุณหภูมิของก๊าซลดลง ก๊าซจะเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวได้ ในตอนเช้าของศตวรรษที่ 19 Michael Faraday นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษสามารถเปลี่ยนคลอรีนและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสถานะของเหลวได้โดยการบีบอัดพวกมันที่อุณหภูมิต่ำมาก อย่างไรก็ตามก๊าซบางส่วนไม่ยอมให้นักวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นและเมื่อปรากฎว่าสสารไม่ได้มีแรงกดดันไม่เพียงพอ แต่ไม่สามารถลดอุณหภูมิให้เหลือน้อยที่สุดที่จำเป็นได้
ของเหลวนั้นต่างจากก๊าซตรงที่มีปริมาตรหนึ่ง แต่ก็มีรูปทรงของภาชนะที่บรรจุอยู่ต่ำกว่าระดับพื้นผิวด้วย เมื่อมองเห็นของเหลวสามารถแสดงเป็นเม็ดกลมหรือซีเรียลในขวดได้ โมเลกุลของของเหลวมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด แต่เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระโดยสัมพันธ์กัน
หากยังมีหยดน้ำเหลืออยู่บนพื้นผิว เมื่อเวลาผ่านไปสักพักก็จะหายไป แต่เราจำได้ว่าต้องขอบคุณกฎการอนุรักษ์พลังงานมวล ไม่มีอะไรหายไปหรือหายไปอย่างไร้ร่องรอย ของเหลวจะระเหยออกไปเช่น เปลี่ยนสถานะมวลรวมเป็นก๊าซ
การระเหย - เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงสถานะของการรวมตัวของสารซึ่งโมเลกุลซึ่งมีพลังงานจลน์เกินกว่าพลังงานศักย์ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้นจากพื้นผิวของของเหลวหรือของแข็ง.
การระเหยจากพื้นผิวของของแข็งเรียกว่า การระเหิดหรือ ห้ำหั่น. วิธีที่ง่ายที่สุดในการสังเกตการระเหิดคือการใช้แนฟทาลีนเพื่อต่อสู้กับผีเสื้อกลางคืน หากคุณรู้สึกถึงกลิ่นของของเหลวหรือของแข็ง การระเหยจะเกิดขึ้น ท้ายที่สุดแล้วจมูกคือสิ่งที่จับโมเลกุลกลิ่นหอมของสาร
ของเหลวล้อมรอบบุคคลทุกที่ ทุกคนคุ้นเคยกับคุณสมบัติของของเหลวเช่นกัน - นี่คือความหนืดความลื่นไหล เมื่อมีการสนทนาเกี่ยวกับรูปแบบของของเหลว หลายคนบอกว่าของเหลวไม่มีรูปแบบที่แน่นอน แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นบนโลกเท่านั้น เนื่องจากแรงโน้มถ่วงหยดน้ำจะเปลี่ยนรูป
อย่างไรก็ตามหลายคนเห็นว่านักบินอวกาศในบอลน้ำที่มีแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ขนาดต่างกัน ในสภาวะที่ขาดแรงโน้มถ่วงของเหลวจะใช้รูปร่างของลูกบอล และของเหลวเป็นรูปทรงกลมของแรงตึงผิว ฟองสบู่เป็นวิธีที่ดีในการทำความคุ้นเคยกับพลังของแรงตึงผิวบนพื้นดิน
คุณสมบัติของของเหลวอีกประการหนึ่งคือความหนืด การมองเห็นขึ้นอยู่กับความดันองค์ประกอบทางเคมีและอุณหภูมิ ของเหลวส่วนใหญ่ปฏิบัติตามกฎหมายความหนืดของนิวตันเปิดในศตวรรษที่สิบเก้า อย่างไรก็ตามมีของเหลวจำนวนมากที่มีความหนืดสูงซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการเริ่มทำงานเป็นร่างกายที่มั่นคงและไม่เชื่อฟังกฎหมายความหนืดของนิวตัน โซลูชันดังกล่าวเรียกว่าของเหลวที่ไม่ใช่นิวโทนิก ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของของเหลว Nenyutonovsky คือการระงับของแป้งในน้ำ หากคุณกระทำกับของเหลว Nonnyutonsky ด้วยความพยายามทางกล ของเหลวนั้นจะเริ่มรับคุณสมบัติของวัตถุที่เป็นของแข็งและประพฤติตัวเหมือนวัตถุที่เป็นของแข็ง
สถานะของแข็ง
ถ้าโมเลกุลของของเหลวไม่เหมือนกับแก๊ส ไม่มีการสุ่มอีกต่อไป แต่อยู่รอบๆ ศูนย์กลางบางแห่งแล้ว ในสถานะมวลรวมที่เป็นของแข็งอะตอมและโมเลกุลมีโครงสร้างที่ชัดเจนและดูเหมือนทหารในขบวนแห่ และต้องขอบคุณโครงตาข่ายคริสตัลที่ทำให้ของแข็งมีปริมาตรหนึ่งและมีรูปร่างคงที่
ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สารที่อยู่ในสถานะรวมของของเหลวสามารถเข้าไปในของแข็งได้ และวัตถุที่เป็นของแข็งจะละลายและกลายเป็นของเหลวเมื่อถูกความร้อน ในทางกลับกัน
เนื่องจากในระหว่างการให้ความร้อน พลังงานภายในจะเพิ่มขึ้น ตามลำดับ โมเลกุลเริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้น และเมื่ออุณหภูมิหลอมละลายถึงผลึกตาข่าย สถานะรวมตัวของสสารจะเริ่มยุบตัว У большинства кристаллических тел объем увеличивается при плавлении, но есть исключения, например – лед, чугун.
В зависимости от вида частиц, образующих кристаллическую решетку твердого тела, выделяют следующую структуру:
молекулярную,
โลหะ.
У одних веществ изменение агрегатных состоянийпроисходит легко, как, например, у воды, для других веществ нужны особые условия (давление, температура). แต่ในฟิสิกส์สมัยใหม่นักวิทยาศาสตร์ระบุสถานะเป็นอิสระของสาร - พลาสมา
พลาสมา - ионизированный газ с одинаковой плотностью как положительных, так и отрицательных зарядов. В живой природе плазма есть на солнце, или при вспышке молнии. Северное сияние и даже привычный нам костер, согревающий своим теплом во время вылазки на природу, также относится к плазме.
Искусственно созданная плазма добавляет яркости любому городу. Огни неоновой рекламы - это всего лишь низкотемпературная плазма в стеклянных трубках. Привычные нам лампы дневного света тоже заполнены плазмой.
Плазму делят на низкотемпературную - со степенью ионизации около 1% и температурой до 100 тысяч градусов, и высокотемпературную - ионизация около 100% и температурой в 100 млн градусов (именно в таком состоянии находится плазма в звездах).
Низкотемпературная плазма в привычных нам лампах дневного света широко применяется в быту.
พลาสมาอุณหภูมิสูงถูกใช้ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์เทอร์โมนิวเคลียร์ และนักวิทยาศาสตร์ก็ไม่หมดหวังที่จะใช้พลาสมาอุณหภูมิสูงแทนพลังงานปรมาณู แต่การควบคุมปฏิกิริยาเหล่านี้มีความซับซ้อนมาก А неконтролируемая термоядерная реакция зарекомендовала себя как оружие колоссальной мощности, когда 12 августа 1953 года СССР испытал термоядерную бомбу.
ซื้อ
Для проверки усвоения материала предлагаем небольшой тест.
1. Что не относится к агрегатным состояниям:
ของเหลว
แสงสว่าง +
2. Вязкость ньютоновских жидкостей подчиняется:
закону Бойля-Мариотта
закону Архимеда
закону вязкости Ньютона +
3. Почему атмосфера Земли не улетает в открытый космос:
потому что молекулы газа не могут развить вторую космическую скорость
потому что на молекулы газа воздействует сила земного притяжения +
оба ответа правильные
4. Что не относится к аморфным веществам:
- ขี้ผึ้งปิดผนึก
-
เหล็ก +
5.При охлаждении объем увеличивается у:
-
น้ำแข็ง +
การแนะนำ
1. สถานะทางกายภาพของสารคือแก๊ส
2. สถานะทางกายภาพของสารเป็นของเหลว
3.สถานะของสสาร – ของแข็ง
4. สถานะที่สี่ของสสารคือพลาสมา
บทสรุป
รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว
การแนะนำ
ดังที่คุณทราบ สารหลายชนิดในธรรมชาติสามารถดำรงอยู่ในสามสถานะ ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคของสารเด่นชัดที่สุดในสถานะของแข็ง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลมีค่าประมาณเท่ากับขนาดของมันเอง สิ่งนี้นำไปสู่ปฏิสัมพันธ์ที่ค่อนข้างรุนแรง ซึ่งทำให้เป็นไปไม่ได้เลยที่อนุภาคจะเคลื่อนที่: พวกมันจะแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลที่แน่นอน พวกเขายังคงรูปร่างและปริมาตรไว้
โครงสร้างของเหลวยังอธิบายคุณสมบัติของของเหลวได้ด้วย อนุภาคของสสารในของเหลวมีปฏิกิริยาโต้ตอบที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าในของแข็ง ดังนั้นจึงสามารถเปลี่ยนตำแหน่งของมันได้ทันที - ของเหลวจะไม่คงรูปร่างไว้ - มันเป็นของเหลว
ก๊าซคือกลุ่มของโมเลกุลที่เคลื่อนที่แบบสุ่มในทุกทิศทางโดยไม่แยกจากกัน ก๊าซไม่มีรูปร่างเป็นของตัวเอง ครอบครองปริมาตรทั้งหมดที่ให้ไว้และถูกบีบอัดได้ง่าย
มีอีกสถานะของสสาร - พลาสมา
วัตถุประสงค์ของงานนี้คือเพื่อพิจารณาสถานะรวมของสสารที่มีอยู่ เพื่อระบุข้อดีและข้อเสียทั้งหมด
เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องดำเนินการและพิจารณาสถานะรวมต่อไปนี้:
2.ของเหลว
3.ของแข็ง
3. สถานะของสสาร – ของแข็ง
แข็ง,หนึ่งในสี่สถานะการรวมตัวของสาร แตกต่างจากสถานะการรวมตัวอื่นๆ (ของเหลว ก๊าซ พลาสมา) ความเสถียรของรูปร่างและธรรมชาติของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมซึ่งมีการสั่นสะเทือนเล็กน้อยรอบตำแหน่งสมดุล นอกจากสถานะผลึกของทรวงอกแล้ว ยังมีสถานะอสัณฐาน รวมถึงสถานะคล้ายแก้วด้วย ผลึกมีลักษณะเป็นลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอะตอม ไม่มีลำดับระยะไกลในวัตถุอสัณฐาน
ในธรรมชาติน้ำมีอยู่ในสามสถานะ:
- สถานะของแข็ง (หิมะ ลูกเห็บ น้ำแข็ง);
- สถานะของเหลว (น้ำ หมอก น้ำค้าง และฝน);
- สถานะก๊าซ (ไอน้ำ)
ตั้งแต่วัยเด็ก แม้แต่ที่โรงเรียน พวกเขาศึกษาสภาวะทางกายภาพของน้ำที่แตกต่างกัน เช่น หมอก ปริมาณน้ำฝน ลูกเห็บ หิมะ น้ำแข็ง ฯลฯ มีอันหนึ่งที่เรียนแบบละเอียดที่โรงเรียน พวกเขาพบเราทุกวันในชีวิตและมีอิทธิพลต่อชีวิตของเรา – นี่คือสถานะของน้ำที่อุณหภูมิและความดันที่แน่นอนซึ่งมีลักษณะเฉพาะภายในช่วงระยะเวลาหนึ่ง
แนวคิดพื้นฐานของสถานะของน้ำควรได้รับการชี้แจงว่าสถานะของหมอกและสถานะเมฆไม่ได้ใช้กับการก่อตัวของก๊าซ ปรากฏขึ้นระหว่างการควบแน่น นี่คือคุณสมบัติที่ไม่ซ้ำกันของน้ำที่สามารถอยู่ในเงื่อนไขรวมสามเงื่อนไขที่แตกต่างกัน สามสถานะของน้ำมีความสำคัญต่อโลกพวกมันก่อตัวเป็นวัฏจักรอุทกวิทยาและให้แน่ใจว่ากระบวนการไหลเวียนของน้ำในธรรมชาติ ที่โรงเรียนพวกเขาแสดงการทดลองต่าง ๆ เกี่ยวกับการระเหยและ ในทุกมุมของธรรมชาติน้ำถือเป็นแหล่งชีวิต มีรัฐที่สี่ไม่มีความสำคัญน้อยกว่า - Deryaginsky Water (เวอร์ชั่นรัสเซีย) หรือตามที่เรียกว่าในขณะนี้ - Nanotrum Water (เวอร์ชั่นอเมริกัน)
สภาพที่เป็นของแข็ง
รูปร่างและปริมาตรยังคงอยู่ ที่อุณหภูมิต่ำสารค้างและเปลี่ยนเป็นร่างกายที่เป็นของแข็ง หากแรงดันสูง แสดงว่าต้องมีอุณหภูมิการชุบแข็งสูงกว่านี้ ร่างกายที่เป็นของแข็งเป็นผลึกและอสัณฐาน ในคริสตัลจะมีการกำหนดตำแหน่งของอะตอมอย่างเคร่งครัด รูปร่างของคริสตัลเป็นธรรมชาติและมีลักษณะคล้ายรูปทรงหลายเหลี่ยม ในร่างกายอสัณฐานคะแนนจะอยู่ที่ความวุ่นวายและแกว่ง;
สภาพน้ำเหลว
ในสภาวะของเหลวน้ำจะรักษาปริมาตรไว้ แต่รูปร่างของมันไม่ได้รับการเก็บรักษาไว้ สิ่งนี้ทำให้เข้าใจว่าของเหลวครอบครองปริมาตรเพียงบางส่วนเท่านั้นและสามารถไหลไปทั่วพื้นผิวได้ การศึกษาที่ปัญหาของโรงเรียนที่มีสภาพของเหลวควรเข้าใจว่านี่เป็นสถานะกลางระหว่างสภาพแวดล้อมที่มั่นคงและสภาพแวดล้อมของก๊าซ ของเหลวแบ่งออกเป็นสถานะบริสุทธิ์และผสม ส่วนผสมบางอย่างมีความสำคัญมากสำหรับชีวิตเช่นเลือดหรือน้ำทะเล Жидкости могут выполнять функцию растворителя.
Состояние газа
รูปร่างและปริมาตรไม่ได้รับการเก็บรักษาไว้ ในอีกทางหนึ่งสถานะก๊าซการศึกษาที่เกิดขึ้นที่โรงเรียนเรียกว่าไอน้ำ การทดลองแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าคู่รักที่มองไม่เห็นมันละลายได้ในอากาศและแสดงความชื้นสัมพัทธ์ ความสามารถในการละลายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน Насыщенный пар и точка росы – это показатель предельной концентрации. ไอน้ำและหมอกเป็นเงื่อนไขรวมที่แตกต่างกัน
สถานะรวมที่สี่ - พลาสมา
การศึกษาพลาสมาและการทดลองสมัยใหม่เริ่มได้รับการพิจารณาในภายหลัง พลาสมาเป็นก๊าซไอออไนซ์ทั้งหมดหรือบางส่วนซึ่งเกิดขึ้นในสภาวะสมดุลที่อุณหภูมิสูง ภายใต้สภาพพื้นดินจะเกิดการปล่อยก๊าซ คุณสมบัติของพลาสมาจะกำหนดสถานะของก๊าซ ยกเว้นว่าอิเล็กโทรไดนามิกส์มีบทบาทอย่างมากในเรื่องทั้งหมดนี้ ในบรรดาสถานะมวลรวม พลาสมาเป็นสถานะที่พบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล การศึกษาดาวฤกษ์และอวกาศระหว่างดาวเคราะห์แสดงให้เห็นว่าสสารอยู่ในสถานะพลาสมา
สถานะของการรวมกลุ่มเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร
การเปลี่ยนกระบวนการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง:
- ของเหลว - ไอน้ำ (การระเหยและการเดือด)
— пар — жидкость (конденсация);
- ของเหลว - น้ำแข็ง (การตกผลึก);
- น้ำแข็ง - ของเหลว (ละลาย);
- น้ำแข็ง - ไอน้ำ (ระเหิด);
- ไอน้ำ - น้ำแข็ง, การเกิดน้ำค้างแข็ง (การลดระเหิด)
น้ำได้รับการขนานนามว่าเป็นแร่ธาตุดินธรรมชาติที่น่าสนใจ คำถามเหล่านี้มีความซับซ้อนและต้องมีการศึกษาอย่างต่อเนื่อง สภาพร่างกายในโรงเรียนได้รับการยืนยันจากการทดลองที่ดำเนินการ และหากมีคำถามเกิดขึ้น การทดลองจะทำให้สามารถเข้าใจเนื้อหาที่สอนในบทเรียนได้อย่างชัดเจน เมื่อระเหยของเหลวจะกลายเป็นกระบวนการสามารถเริ่มต้นได้จากศูนย์องศา เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นก็จะเพิ่มขึ้น ความเข้มของสิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการทดลองต้มที่อุณหภูมิ 100 องศา คำถามเกี่ยวกับการระเหยได้รับคำตอบในการระเหยจากพื้นผิวของทะเลสาบ แม่น้ำ และแม้กระทั่งจากพื้นดิน เมื่อเย็นตัวลง กระบวนการเปลี่ยนรูปย้อนกลับจะเกิดขึ้นเมื่อของเหลวก่อตัวจากก๊าซ กระบวนการนี้เรียกว่าการควบแน่นเมื่อเมฆหยดเล็กๆ ก่อตัวขึ้นจากไอน้ำในอากาศ
ตัวอย่างที่เด่นชัดคือเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทซึ่งมีปรอทอยู่ในสถานะของเหลว ที่อุณหภูมิ -39 องศา ปรอทจะกลายเป็นของแข็ง สามารถเปลี่ยนสถานะของร่างกายที่แข็งแรงได้ แต่จะต้องใช้ความพยายามเพิ่มเติม เช่น เมื่อดัดเล็บ บ่อยครั้งที่เด็กนักเรียนถามคำถามเกี่ยวกับวิธีการสร้างรูปร่างที่มั่นคง ทำได้ในโรงงานและเวิร์คช็อปเฉพาะทางโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ สารใดๆ ก็ตามสามารถดำรงอยู่ใน 3 สถานะได้ รวมถึงน้ำด้วย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพทางกายภาพ เมื่อน้ำไหลจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง การจัดเรียงและการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเปลี่ยนไป แต่องค์ประกอบของโมเลกุลจะไม่เปลี่ยนแปลง งานทดลองจะช่วยให้คุณสังเกตสถานะที่น่าสนใจดังกล่าวได้
สถานะของสสาร
สาร- ชุดอนุภาคที่มีอยู่จริงซึ่งเชื่อมโยงถึงกันด้วยความสัมพันธ์ทางเคมีและอยู่ภายใต้เงื่อนไขบางประการในเงื่อนไขรวมอย่างใดอย่างหนึ่ง สารใดๆ ประกอบด้วยการรวมตัวกันของอนุภาคจำนวนมาก เช่น อะตอม โมเลกุล ไอออน ซึ่งสามารถรวมตัวเข้าด้วยกันให้รวมตัวกันหรือเรียกอีกอย่างว่ามวลรวมหรือกระจุก ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและพฤติกรรมของอนุภาคในอนุภาค (การจัดเรียงสัมพัทธ์ของอนุภาค จำนวนและปฏิสัมพันธ์ในอนุภาค รวมถึงการกระจายตัวของอนุภาคในอวกาศและปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน) สารสามารถอยู่ในสองสถานะหลักได้ ของการรวมตัว - ผลึก (ของแข็ง) หรือก๊าซและในสภาวะรวมเปลี่ยนผ่าน - อสัณฐาน (ของแข็ง) ผลึกเหลว ของเหลวและไอสภาวะการรวมตัวของของแข็ง ผลึกเหลว และของเหลวจะถูกควบแน่น และสถานะที่เป็นไอและก๊าซจะถูกปล่อยออกมาอย่างมาก
เฟส- นี่คือจำนวนทั้งสิ้นของคุณสมบัติระดับจุลภาคที่เป็นเนื้อเดียวกัน โดดเด่นด้วยความเป็นระเบียบและความเข้มข้นของอนุภาคที่เท่ากัน และล้อมรอบอยู่ในปริมาตรมหภาคของสาร ซึ่งเป็นพื้นผิวที่จำกัดของส่วน ในการทำความเข้าใจเฟสนี้มีลักษณะเฉพาะสำหรับสารในสถานะผลึกและก๊าซเท่านั้นเนื่องจาก สิ่งเหล่านี้คือเงื่อนไขรวมที่เป็นเนื้อเดียวกัน
เมตาเฟส- นี่คือผลรวมของไมโครดิสเทิลที่ต่างกันซึ่งแตกต่างกันตามระดับความเพรียวบางของอนุภาคหรือความเข้มข้นและล้อมรอบด้วยปริมาตรมหภาคของสารซึ่งเป็นพื้นผิวที่ จำกัด ของส่วน ในการทำความเข้าใจเมตาเฟสนี้ มันเป็นลักษณะเฉพาะสำหรับสารที่อยู่ในสถานะการรวมตัวเฉพาะกาลที่ต่างกัน เฟสและเมตาเฟสที่ต่างกันสามารถผสมระหว่างกัน ก่อตัวเป็นสถานะรวม และจากนั้นจะไม่มีพื้นผิวระหว่างกัน
โดยปกติแล้วพวกเขาจะไม่แบ่งปันแนวคิดเกี่ยวกับเงื่อนไขรวม "พื้นฐาน" และ "การเปลี่ยนผ่าน" แนวคิดของ "สถานะรวม", "เฟส" และ "มีโซเฟส" มักใช้สลับกัน ขอแนะนำให้พิจารณาสถานะรวมที่เป็นไปได้ห้าสถานะสำหรับสถานะของสาร: ของแข็ง ผลึกเหลว ของเหลว ไอ ก๊าซการเปลี่ยนเฟสหนึ่งไปอีกเฟสหนึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนเฟสของประเภทที่หนึ่งและสอง การเปลี่ยนเฟสลำดับที่หนึ่งมีลักษณะดังนี้:
การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในความยิ่งใหญ่ทางกายภาพซึ่งอธิบายสถานะของสาร (ปริมาตร ความหนาแน่น ความหนืด ฯลฯ );
อุณหภูมิที่แน่นอนในการเปลี่ยนเฟสนี้
ความร้อนบางอย่างที่บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงนี้ เช่น ความสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลขาดออก
การเปลี่ยนเฟสของประเภทแรกจะถูกสังเกตเมื่อย้ายจากสถานะรวมหนึ่งไปยังสถานะรวมอื่น การเปลี่ยนเฟสของลำดับที่สองจะสังเกตได้เมื่อลำดับของอนุภาคเปลี่ยนแปลงภายในสถานะการรวมกลุ่มเดียว และมีลักษณะเฉพาะโดย:
การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของสารอย่างค่อยเป็นค่อยไป
การเปลี่ยนแปลงลำดับของอนุภาคของสารภายใต้อิทธิพลของการไล่ระดับของสนามภายนอกหรือที่อุณหภูมิหนึ่งเรียกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟส
ความร้อนของการเปลี่ยนเฟสในลำดับที่สองมีค่าเท่ากันและใกล้กับศูนย์
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการเปลี่ยนเฟสของลำดับที่หนึ่งและสองก็คือ ในระหว่างการเปลี่ยนลำดับที่หนึ่ง ประการแรก พลังงานของอนุภาคของระบบจะเปลี่ยนไป และในกรณีของการเปลี่ยนลำดับที่สอง การเรียงลำดับของอนุภาคของ ระบบเปลี่ยนแปลง
เรียกว่าการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว ละลายและโดดเด่นด้วยจุดหลอมเหลว การเปลี่ยนแปลงของสารจากของเหลวเป็นสถานะที่เป็นไอเรียกว่า การระเหยและโดดเด่นด้วยจุดเดือด สำหรับสารบางชนิดที่มีมวลโมเลกุลขนาดเล็กและปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอการเปลี่ยนผ่านโดยตรงจากสถานะของแข็งไปสู่สถานะไอเป็นไปได้โดยผ่านของเหลว Такой переход называется сублимацией.กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม: จากนั้นเรียกว่า замерзанием, конденсацией, десублимацией.
สารที่ไม่สลายตัวระหว่างการหลอมและการเดือดอาจขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันในสภาวะรวมทั้งสี่
ของแข็ง
При достаточно низкой температуре практически все вещества находятся в твердом состоянии. ในสถานะนี้ระยะห่างระหว่างอนุภาคของสารนั้นเทียบได้กับขนาดของอนุภาคเองซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าการมีปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งและพลังงานที่มีศักยภาพมากเกินไปอย่างมีนัยสำคัญเหนือพลังงานจลน์ minor vibrations and rotations relative to their position, and they have no translational motion . Это приводит к внутренней упорядоченности в расположении частиц. ดังนั้น ของแข็งจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปร่าง ความแข็งแรงเชิงกล และปริมาตรคงที่ของตัวเอง (แทบจะอัดไม่ได้) ขึ้นอยู่กับระดับของการสั่งซื้ออนุภาคของแข็งจะถูกแบ่งออกเป็น кристаллические и аморфные.
สารที่เป็นผลึกมีลักษณะเฉพาะคือการมีลำดับในการจัดเรียงอนุภาคทั้งหมด Твердая фаза кристаллических веществ состоит из частиц, которые образуют однородную структуру, характеризующуюся строгой повторяемостью одной и той же элементарной ячейки во всех направлениях. Элементарная ячейка кристалла характеризует трехмерную периодичность в расположении частиц, т.е. его кристаллическую решетку. ขัดแตะคริสตัลถูกจัดประเภทขึ้นอยู่กับประเภทของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นคริสตัลและธรรมชาติของแรงที่น่าดึงดูดระหว่างพวกเขา
Многие кристаллические вещества в зависимости от условий (температура, давление) могут иметь разную кристаллическую структуру. Это явление называется ความหลากหลายการดัดแปลงคาร์บอนแบบโพลีมอร์ฟิกที่รู้จักกันดี: กราไฟท์, ฟูลเลอรีน, เพชร, คาร์ไบน์
สารอสัณฐาน (ไม่มีรูปร่าง)Это состояние характерно для полимеров. โมเลกุลขนาดยาวโค้งงอและพันกันกับโมเลกุลอื่นได้ง่าย ซึ่งนำไปสู่ความผิดปกติในการจัดเรียงอนุภาค
Отличие аморфных частиц от кристаллических:
ไอโซโทรปี – คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เหมือนกันของร่างกายหรือสิ่งแวดล้อมในทุกทิศทาง เช่น ความเป็นอิสระของคุณสมบัติจากทิศทาง
отсутствие фиксированной температуры плавления.
Аморфную структуру имеют стекло, плавленый кварц, многие полимеры. สารอสัณฐานมีความเสถียรน้อยกว่าผลึกและดังนั้นร่างกายที่มีอสัณฐานใด ๆ สามารถเปลี่ยนเป็นสถานะที่มีความเสถียรได้ดีกว่า
Жидкое состояние
При повышении температуры энергия тепловых колебаний частиц возрастает, и для каждого вещества имеется температура, начиная с которой энергия тепловых колебаний превышает энергию связей. Частицы могут совершать различные движения, смещаясь относительно друг друга. Они еще остаются в контакте, хотя правильная геометрическая структура частиц нарушается – вещество существует в жидком состоянии. เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอนุภาค สถานะของเหลวจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน การแพร่กระจาย และความผันผวนของอนุภาค Важным свойством жидкости является вязкость, которая характеризует межассоциатные силы, препятствующие свободному течению жидкости.
Жидкости занимают промежуточное положение между газообразным и твердым состоянием веществ. Более упорядочная структура, чем газ, но менее чем твердое вещество.
Паро – и газообразное состояния
Паро-газообразное состояние обычно не различают.
ก๊าซ - นี่คือระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีการคายประจุสูงซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลแต่ละโมเลกุลที่อยู่ห่างกัน ซึ่งถือได้ว่าเป็นเฟสไดนามิกเดียว
ไอน้ำ - นี่คือระบบที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีการคายประจุสูง ซึ่งเป็นส่วนผสมของโมเลกุลและสารตัวเล็กๆ ที่ไม่เสถียรซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลเหล่านี้
ทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุลอธิบายคุณสมบัติของก๊าซในอุดมคติตามหลักการต่อไปนี้: โมเลกุลเกิดการเคลื่อนที่แบบสุ่มอย่างต่อเนื่อง ปริมาตรของโมเลกุลของก๊าซนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับระยะทางระหว่างโมเลกุล ไม่มีแรงดึงดูดหรือแรงผลักระหว่างโมเลกุลของก๊าซ พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เนื่องจากพลังของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลไม่มีนัยสำคัญและการมีอยู่ของปริมาตรอิสระขนาดใหญ่ ก๊าซจึงมีลักษณะดังนี้: อัตราการเคลื่อนที่ของความร้อนและการแพร่กระจายของโมเลกุลสูง ความปรารถนาของโมเลกุลที่จะครอบครองปริมาตรมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ รวมถึงความสามารถในการอัดสูง .
ระบบเฟสก๊าซแบบแยกเดี่ยวมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์สี่ตัว ได้แก่ ความดัน อุณหภูมิ ปริมาตร และปริมาณของสาร ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์เหล่านี้อธิบายโดยสมการก๊าซในอุดมคติของสถานะ:
R = 8.31 กิโลจูล/โมล – ค่าคงที่ก๊าซสากล
สถานะรวมของสสาร (จากภาษาละติน aggrego - ฉันแนบเชื่อมต่อ) - สิ่งเหล่านี้คือสถานะของสารชนิดเดียวกันการเปลี่ยนผ่านซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของพลังงานอิสระ เอนโทรปี ความหนาแน่น และพารามิเตอร์ทางกายภาพอื่น ๆ ของสาร
แก๊ส (ภาษาฝรั่งเศส gaz มาจากความโกลาหลกรีก - ความโกลาหล) เป็นสถานะของการรวมตัวของสารซึ่งแรงปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคของมันซึ่งเติมเต็มปริมาตรทั้งหมดที่ให้ไว้นั้นมีน้อยมาก ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลมีขนาดใหญ่และโมเลกุลเคลื่อนที่ได้เกือบอิสระ
- ก๊าซถือได้ว่าเป็นไอระเหยที่มีความร้อนยวดยิ่งหรือมีความอิ่มตัวต่ำอย่างมีนัยสำคัญ
- มีไออยู่เหนือพื้นผิวของของเหลวแต่ละชนิดเนื่องจากการระเหย เมื่อความดันไอเพิ่มขึ้นถึงขีดจำกัดหนึ่ง เรียกว่าความดันไออิ่มตัว การระเหยของของเหลวจะหยุดลง เนื่องจากความดันของไอและของเหลวจะเท่ากัน
- ปริมาตรไอน้ำอิ่มตัวที่ลดลงทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำบางส่วน แทนที่จะเพิ่มความดัน ดังนั้นความดันไอจะต้องไม่สูงกว่าความดันไออิ่มตัว สถานะความอิ่มตัวมีลักษณะเฉพาะคือมวลอิ่มตัวที่มีอยู่ในไออิ่มตัวมวล 1 เมตร ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ไอน้ำอิ่มตัวอาจไม่อิ่มตัวหากปริมาตรเพิ่มขึ้นหรืออุณหภูมิเพิ่มขึ้น หากอุณหภูมิของไอน้ำสูงกว่าจุดเดือดซึ่งสอดคล้องกับความดันที่กำหนดมาก ไอน้ำนั้นเรียกว่าร้อนยวดยิ่ง
พลาสมา เป็นก๊าซไอออไนซ์บางส่วนหรือทั้งหมดซึ่งมีความหนาแน่นของประจุบวกและประจุลบเกือบเท่ากัน ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เมฆของสสารระหว่างดวงดาวประกอบด้วยก๊าซ - เป็นกลางหรือแตกตัวเป็นไอออน (พลาสมา) พลาสมาเป็นก๊าซของอนุภาคที่มีประจุ (ไอออน อิเล็กตรอน) ซึ่งต่างจากสถานะการรวมกลุ่มอื่นๆ ซึ่งมีปฏิกิริยาทางไฟฟ้าซึ่งกันและกันในระยะทางไกล แต่ไม่มีคำสั่งในระยะสั้นหรือระยะยาวในการจัดเรียงอนุภาค
ของเหลว - นี่คือสถานะของการรวมตัวของสารที่อยู่ตรงกลางระหว่างของแข็งและก๊าซ
- ของเหลวมีคุณสมบัติบางอย่างของของแข็ง (รักษาปริมาตร สร้างพื้นผิว มีความต้านทานแรงดึงในระดับหนึ่ง) และก๊าซ (ใช้รูปทรงของภาชนะที่ของเหลวนั้นตั้งอยู่)
- การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล (อะตอม) ของของเหลวเป็นการผสมผสานระหว่างการสั่นสะเทือนเล็กๆ รอบตำแหน่งสมดุลและการกระโดดจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งบ่อยครั้ง
- ในเวลาเดียวกัน การเคลื่อนที่ช้าๆ ของโมเลกุลและการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นภายในปริมาตรขนาดเล็ก การกระโดดของโมเลกุลบ่อยครั้งจะรบกวนลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอนุภาคและกำหนดความลื่นไหลของของเหลว และการสั่นสะเทือนเล็กน้อยรอบตำแหน่งสมดุลจะกำหนดความมีอยู่ของความสั้น - ลำดับช่วงในของเหลว
ของเหลวและของแข็ง ต่างจากก๊าซ ถือเป็นสื่อที่มีการควบแน่นสูง ในนั้นโมเลกุล (อะตอม) ตั้งอยู่ใกล้กันมากและแรงอันตรกิริยานั้นมีขนาดใหญ่กว่าในก๊าซหลายเท่า ดังนั้น ของเหลวและของแข็งจึงมีความเป็นไปได้ที่จำกัดอย่างมากในการขยายตัว เห็นได้ชัดว่าพวกมันไม่สามารถครอบครองปริมาตรตามอำเภอใจได้ และที่ความดันและอุณหภูมิคงที่ พวกมันจะรักษาปริมาตรไว้ ไม่ว่าจะอยู่ในปริมาตรใดก็ตาม การเปลี่ยนจากสถานะการรวมกลุ่มที่มีลำดับเชิงโครงสร้างมากขึ้นไปเป็นสถานะการรวมกลุ่มที่มีลำดับน้อยกว่าก็สามารถเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่องเช่นกัน ในเรื่องนี้แทนที่จะเป็นแนวคิดเรื่องสถานะของการรวมกลุ่ม ขอแนะนำให้ใช้แนวคิดที่กว้างขึ้น - แนวคิดของเฟส
เฟส คือการรวบรวมทุกส่วนของระบบที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันและอยู่ในสถานะเดียวกัน สิ่งนี้พิสูจน์ได้จากการมีอยู่ของเฟสสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในระบบหลายเฟสพร้อมกัน: ของเหลวที่มีไออิ่มตัว น้ำและน้ำแข็งที่จุดหลอมเหลว ของเหลวที่ผสมไม่ได้สองชนิด (ส่วนผสมของน้ำกับไตรเอทิลลามีน) ซึ่งมีความเข้มข้นต่างกัน การมีอยู่ของของแข็งอสัณฐานที่คงโครงสร้างของของเหลวไว้ (สถานะอสัณฐาน)
สถานะของแข็งอสัณฐานของสสาร เป็นประเภทของของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวดและแตกต่างจากของเหลวทั่วไปในเรื่องความหนืดที่สูงขึ้นและค่าตัวเลขของลักษณะจลน์ศาสตร์ที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
สถานะของแข็งที่เป็นผลึกของสสาร คือสถานะของการรวมตัวที่มีลักษณะเฉพาะด้วยแรงอันตรกิริยาขนาดใหญ่ระหว่างอนุภาคของสสาร (อะตอม โมเลกุล ไอออน) อนุภาคของของแข็งจะแกว่งไปมารอบตำแหน่งสมดุลโดยเฉลี่ย เรียกว่าโหนดขัดแตะ โครงสร้างของสารเหล่านี้มีลักษณะเป็นลำดับระดับสูง (ลำดับระยะยาวและระยะสั้น) - ลำดับในการจัดเรียง (ลำดับการประสานงาน) ในการวางแนว (ลำดับตะวันออก) ของอนุภาคโครงสร้างหรือลำดับในคุณสมบัติทางกายภาพ (สำหรับ เช่น ในการวางแนวของโมเมนต์แม่เหล็กหรือโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า) ขอบเขตการดำรงอยู่ของเฟสของเหลวปกติสำหรับของเหลวบริสุทธิ์ ผลึกเหลว และผลึกเหลวถูกจำกัดจากอุณหภูมิต่ำโดยการเปลี่ยนเฟส ตามลำดับ ไปสู่สถานะของแข็ง (การตกผลึก) ของเหลวยิ่งยวด และสถานะแอนไอโซทรอปิกของของเหลว