Структурата на газообразните, течните и твърдите тела е кратка

При определени условия, цялата материя на планетата Земя присъства в едно от трите състояния: газообразно, течно или твърдо. Има и четвърто състояние на материята, наречено плазма. Разгледайте въпроса за структурата на газообразните, течните и твърдите тела, както и техния преход от едно състояние към друго, когато външните условия се променят.

Твърдо състояние на материята

Твърдите вещества се характеризират със способността да се противопоставят на външни сили, които ги засягат, за да променят формата и обема си. Като се има предвид въпросът за структурата на газообразните, течните и твърдите тела и пребиваването в него, трябва да се каже, че молекулите в тях са здраво свързани помежду си. Следователно обектът има специфична форма, която запазва при същите външни условия.

Молекулите в едно твърдо вещество могат да бъдат в подредено състояние, след което говорят за кристална структура. Или пък може да са в неподредено състояние, тогава става дума за аморфни твърди вещества. Ярък пример кристална решетка е структурата на металните системи, които в пространството образуват идеална решетка от определен тип, в възлите на които има йони на атоми. Пример за твърд предмет с аморфна структура е стъкло.

Наука за твърдо вещество

Твърдото вещество изследва няколко науки, които включват следното:

• Физика на кондензираната материя. Тя изследва твърди и течни вещества, чиито размери надвишават 10 ¹⁹ частици, използвайки експериментални и теоретични методи.
• Механика на деформациите. Тази наука изучава механични свойства на твърдите вещества такива като напрежения в тях, еластични и пластични деформации, както и свързването на тези свойства с термодинамични външни параметри. В тази дисциплина структурата на най-твърдата субстанция е маловажна.
• Науката за материалите. Той вече изследва структурата на молекулите на твърди, течни и газообразни тела, както и фазовите преходи между тези състояния.
• Химия на твърдото тяло. Тази дисциплина е специализирана в синтеза на нови материали в твърдо състояние.

Някои свойства на твърдите вещества

При постоянно налягане и относително ниски температури, веществото е в твърдо състояние. Ефектът на малка външна сила върху твърдото състояние не води до външно видима деформация на твърдото вещество.

Ако увеличите силата, тялото ще започне да се деформира еластично. С още по-голямо увеличение на външната експозиция са възможни две възможности:

1. Ако тялото е метал, то ще започне да изпитва пластична деформация, т.е. значителни промени ще настъпят във формата, която ще остане след прекратяването на външното влияние.
2. Ако тялото има аморфна структура или кристална структура, но в местата на решетката ще има йони с различни знаци, например кристал на NaCl, то тялото няма да се деформира пластично, а просто ще се срути.

Всяко твърдо тяло се характеризира с определена плътност. Най-лекото вещество в тази категория е аерогел, неговата плътност е 3 kg / m ³ . Но най-плътният твърд материал, познат на човечеството, е метал - осмий. Един метър кубичен осмий има маса от 22 600 кг.

Метални материали

Специална група твърди вещества са чистите метали и техните сплави. В този случай разликата в структурата на твърдите вещества от газообразни и течни състояния на материята се състои в съществуването на пространствена периодична решетка, която се нарича кристална решетка.

Благодарение на тяхната кристална структура, металите имат редица важни свойства, например, пластичност и дифракция. Почти всички от тях съществуват в три основни кристални решетки:

• кубичен център, например Au, Ag, Al, Cu;
• кубичен център, например Nb, Mo, W, Fe;
• Шестоъгълник плътно опакован, например Ti, Zr.

Науката за кристалографията е разработена за изучаване на характеристиките на кристалните решетки.

Кондензирано вещество - течност

Течното състояние, както и твърдото състояние са некомпресируеми, т.е. запазва обема си в значителен диапазон от налягания. Въпреки това, течността не запазва своята форма, което я отличава от твърдо вещество и я доближава до газовото състояние на материята.

Ако молекулярните и атомните сили действат в образуването на твърди вещества, тогава течността се формира от молекули, които са свързани един с друг само чрез молекулни слаби сили. Най-често срещаната на Земята е водата, която, подобно на газа, може да приеме формата на съд, в който е поставен.

Ако говорим за структурата на газообразните, течните и твърдите тела, трябва да се спомене, че течност, за разлика от газ, не променя своята плътност, когато е поставена в затворен съд.

Особености, специфични за флуидите

За всеки флуид, поради присъствието на молекулярни сили в него, такива свойства като повърхностно напрежение и капилярния ефект са присъщи. Ако веществото е в полето на гравитацията, например, на нашата Земя, тогава всяко тяло, поставено в него, ще бъде изтласкано от течността според известния закон на Архимед.

Ако гравитацията не действа върху течността, тогава плаващата сила ще бъде нула. В допълнение, в отсъствието на външни сили на вещества в такова състояние има тенденция да придобие най-малката площ, като по този начин се намалява общата енергия. Ето защо, в условия на безтегловност, водните капки имат сферична форма, тъй като топката е фигурата с най-малка повърхност за този обем течност.

Капилярните свойства се обясняват със способността на молекулите да влизат в отношения не само един с друг, но и с атомите и молекулите на други тела. Тези физични флуидни характеристики се наричат ​​съответно сцепление и сцепление.

Като говорим накратко за структурата на газообразните, течните и твърдите тела, трябва да споменем свойството на вискозитета, което е присъщо на течното и газообразното състояние. Вискозитетът е способността да се противопостави на всяко изместване на слоевете на веществото един спрямо друг в присъствието на градиент на налягането. За течности този индикатор зависи от скоростта на изместване на тези слоеве, температурата и молекулното тегло. Колкото по-висока е скоростта на тялото в течността, толкова по-голяма е молекулната маса на течните частици и колкото по-ниска е температурата, толкова по-голям е вискозитетът.

Структура на газа

Газът е състояние на материята, когато съставните му частици не са свързани помежду си с друга сила или тези сили са много слаби. Следователно, такива вещества свободно променят обема и формата, запълвайки целия съд, в който са поставени. Тази разлика в структурата на газообразните тела от течни и твърди води до факта, че те имат по-ниска плътност. В случая на газова вода, често се говори за пара.

Няма никакви абсолютни разстройства в реалните газове. Въпреки това, молекулите в него се движат толкова бързо, че на практика не взаимодействат помежду си. Следователно газът запълва абсолютно всеки обем, а молекулите в него ще бъдат разделени с относително големи разстояния в сравнение с размера на самите молекули. Поради голямото разстояние между молекулите, газовете лесно се компресират, като същевременно се увеличава тяхната плътност и вътрешно налягане.

Перфектен газ

Във физиката, чрез създаването на модели на структурата на твърди, течни и газообразни тела, възникват някои разумни опростявания на реалните състояния на материята, които правят възможно използването на по-прост математически апарат за изучаване на тези състояния. Един такъв модел е концепцията за идеален газ.

Този термин се отнася до газовото състояние на веществото, в което молекулите имат точкови размери в сравнение с разстоянията между тях и в които те не взаимодействат помежду си.

При нормални условия, т.е. при атмосферно налягане и стайна температура, повечето истински газове могат да се считат за идеални. Например, азот, кислород, водород, благородни газове, въглероден диоксид и други.

Уравнението на състоянието за идеален газ е както следва:

P * V = n * R * T, където:

P, V, T и n - съответно налягане, обем, температура и количество на газовото вещество

R = 8.31 J / (mol * K) е универсалната константа.

Плазма е четвъртото състояние на материята

При разглеждане на структурата на газообразните, течните и твърдите тела в 10-ти клас те също така обръщат внимание на друго състояние на материята - плазма, която е газ, състоящ се от катиони и аниони, т.е. положително и отрицателно заредени частици. Ярък пример за плазмата е веществото, което изгражда нашето слънце.

За редица свойства, плазма е подобна на газ, единствената разлика е, че тя е в състояние да реагира на магнитни полета, както и провеждане на електрически ток. Плазмата може да се получи чрез нагряване на газа до високи температури, тъй като това ще доведе до сблъсквания между молекулите, което води до тяхната частична или пълна йонизация.

Промяна в състоянието на материята

При физиката от клас 10, структурата на газообразните, твърдите и течните тела се разглежда заедно с преходите между тези състояния. Преходите между веществата са възможни поради промени в налягането и температурата. Промените се проявяват само във физическата структура на газообразните, течните и твърдите тела и техният химичен състав остава постоянен.

Възможни са следните преходи между различни състояния на материята:

• Топене. Ендотермичен процес на преход от твърдо към течно.
• Кристализация. Екзотермичен процес, при който течността става твърда по време на охлаждането.
• Сварете. Физически ендотермичен процес, при който течност влиза в газ.
• Кондензация. Екзотермичен преход на газ към течност.
• Сублимация или сублимация. Ендотермичен преход от твърдо към газ, заобикаляйки течното състояние. Класически пример е сублимацията на сух лед.

Трябва да се отбележи, че всички ендотермични и екзотермични процеси на фазовите преходи протичат с постоянна температура на веществото. Всички тези процеси, чието съществуване се дължи на особеностите на структурата на газообразните, течните и твърдите тела, са енергийни, т.е. изискват или доставка, или премахване на енергия по време на тяхното изпълнение.