Pyetjet se çfarë është gjendja e grumbullimit, cilat veçori dhe veti kanë trupat e ngurtë, lëngjet dhe gazrat, shqyrtohen në disa kurse trajnimi. Ekzistojnë tre gjendje klasike të materies, me tiparet e tyre karakteristike të strukturës. Kuptimi i tyre është një pikë e rëndësishme në të kuptuarit e shkencave të Tokës, organizmave të gjallë dhe aktiviteteve prodhuese. Këto pyetje studiohen nga fizika, kimia, gjeografia, gjeologjia, kimia fizike dhe disiplina të tjera shkencore. Substancat që janë në kushte të caktuara në një nga tre llojet themelore të gjendjes mund të ndryshojnë me një rritje ose ulje të temperaturës ose presionit. Merrni parasysh kalimet e mundshme nga një gjendje grumbullimi në një tjetër, pasi ato kryhen në natyrë, teknologji dhe jetën e përditshme.
Cila është gjendja e grumbullimit?
Fjala me origjinë latine "aggrego" e përkthyer në rusisht do të thotë "bashkëngjit". Termi shkencor i referohet gjendjes së të njëjtit trup, substancë. Ekzistenca në vlera të caktuara të temperaturës dhe presione të ndryshme të lëndëve të ngurta,gazet dhe lëngjet është karakteristikë e të gjitha predhave të Tokës. Përveç tre gjendjeve bazë agregate, ekziston edhe një i katërt. Në temperaturë të ngritur dhe presion konstant, gazi shndërrohet në plazmë. Për të kuptuar më mirë se çfarë është gjendja e grumbullimit, është e nevojshme të mbani mend grimcat më të vogla që përbëjnë substancat dhe trupat.
Diagrami i mësipërm tregon: a - gaz; b - lëngu; c është një trup i fortë. Në figura të tilla, rrathët tregojnë elementet strukturore të substancave. Ky është një simbol, në fakt, atomet, molekulat, jonet nuk janë topa të ngurtë. Atomet përbëhen nga një bërthamë e ngarkuar pozitivisht rreth së cilës elektronet e ngarkuara negativisht lëvizin me shpejtësi të madhe. Njohja e strukturës mikroskopike të materies ndihmon për të kuptuar më mirë dallimet që ekzistojnë midis formave të ndryshme agregate.
Përfaqësimet e mikrokozmosit: nga Greqia e lashtë deri në shekullin e 17-të
Informacionet e para rreth grimcave që përbëjnë trupat fizikë u shfaqën në Greqinë e lashtë. Mendimtarët Demokriti dhe Epikuri prezantuan një koncept të tillë si atom. Ata besonin se këto grimca më të vogla të pandashme të substancave të ndryshme kanë një formë, madhësi të caktuar, janë të afta të lëvizin dhe të ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Atomistika u bë mësimi më i avancuar i Greqisë së lashtë për kohën e saj. Por zhvillimi i saj u ngadalësua në mesjetë. Që atëherë, shkencëtarët u persekutuan nga Inkuizicioni i Kishës Katolike Romake. Prandaj, deri në kohët moderne, nuk kishte një koncept të qartë se çfarë është gjendja e grumbullimit të materies. Vetëm pas shekullit të 17-tëShkencëtarët R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier formuluan dispozitat e teorisë atomo-molekulare, të cilat nuk e kanë humbur rëndësinë e tyre edhe sot.
Atomet, molekulat, jonet janë grimca mikroskopike të strukturës së materies
Një zbulim i rëndësishëm në kuptimin e mikrokozmosit ndodhi në shekullin e 20-të, kur u shpik mikroskopi elektronik. Duke marrë parasysh zbulimet e bëra nga shkencëtarët më herët, ishte e mundur të mblidhej një pamje harmonike e mikrobotës. Teoritë që përshkruajnë gjendjen dhe sjelljen e grimcave më të vogla të materies janë mjaft komplekse; ato i përkasin fushës së fizikës kuantike. Për të kuptuar veçoritë e gjendjeve të ndryshme agregate të materies, mjafton të njihen emrat dhe veçoritë e grimcave kryesore strukturore që formojnë substanca të ndryshme.
- Atomet janë grimca kimikisht të pandashme. E ruajtur në reaksione kimike, por e shkatërruar në bërthamore. Metalet dhe shumë substanca të tjera me strukturë atomike kanë një gjendje të ngurtë grumbullimi në kushte normale.
- Molekulat janë grimca që zbërthehen dhe formohen në reaksione kimike. Struktura molekulare ka oksigjen, ujë, dioksid karboni, squfur. Gjendja e përgjithshme e oksigjenit, azotit, dioksidit të squfurit, karbonit, oksigjenit në kushte normale është e gaztë.
- Ionet janë grimca të ngarkuara në të cilat atomet dhe molekulat shndërrohen kur fitojnë ose humbin elektrone - grimca mikroskopike të ngarkuara negativisht. Shumë kripëra kanë një strukturë jonike, për shembull, kripa e tryezës, hekuri dhe sulfati i bakrit.
Ka substanca, grimcat e të cilave janë të renditura në një mënyrë të caktuar në hapësirë. Pozicioni relativ i rendituratomet, jonet, molekulat quhet rrjetë kristalore. Zakonisht grilat kristalore jonike dhe atomike janë tipike për trupat e ngurtë, molekularë - për lëngjet dhe gazrat. Diamanti ka një fortësi të lartë. Rrjeta e saj kristalore atomike formohet nga atomet e karbonit. Por grafiti i butë gjithashtu përbëhet nga atomet e këtij elementi kimik. Vetëm ato janë të vendosura ndryshe në hapësirë. Gjendja e zakonshme e grumbullimit të squfurit është e ngurtë, por në temperatura të larta substanca kthehet në një masë të lëngshme dhe amorfe.
Substancat në gjendje të ngurtë grumbullimi
Trupat e ngurtë në kushte normale ruajnë vëllimin dhe formën e tyre. Për shembull, një kokërr rërë, një kokërr sheqer, kripë, një copë guri ose metali. Nëse sheqeri nxehet, substanca fillon të shkrihet, duke u kthyer në një lëng viskoz kafe. Ndaloni ngrohjen - përsëri marrim një solid. Kjo do të thotë që një nga kushtet kryesore për kalimin e një trupi të ngurtë në një lëng është ngrohja e tij ose rritja e energjisë së brendshme të grimcave të një substance. Gjendja e ngurtë e grumbullimit të kripës, e cila përdoret në ushqim, gjithashtu mund të ndryshohet. Por për të shkrirë kripën e tryezës, ju duhet një temperaturë më e lartë se kur ngrohni sheqerin. Fakti është se sheqeri përbëhet nga molekula, dhe kripa e tryezës përbëhet nga jone të ngarkuar, të cilët tërhiqen më fort nga njëri-tjetri. Lëndët e ngurta në formë të lëngshme nuk e ruajnë formën e tyre sepse grilat kristalore prishen.
Gjendja e lëngët e grumbullimit të kripës gjatë shkrirjes shpjegohet me thyerjen e lidhjes midis joneve në kristale. lirohengrimcat e ngarkuara që mund të bartin ngarkesa elektrike. Kripërat e shkrira përcjellin elektricitetin dhe janë përcjellës. Në industrinë kimike, metalurgjike dhe inxhinierike, lëndët e ngurta shndërrohen në lëngje për të marrë prej tyre komponime të reja ose për t'u dhënë forma të ndryshme. Lidhjet metalike përdoren gjerësisht. Ka disa mënyra për t'i marrë ato, të lidhura me ndryshimet në gjendjen e grumbullimit të lëndëve të para të ngurta.
Lëngu është një nga gjendjet bazë të grumbullimit
Nëse hidhni 50 ml ujë në një balonë me fund të rrumbullakët, mund të shihni se substanca merr menjëherë formën e një ene kimike. Por sapo të hedhim ujin nga balona, lëngu do të përhapet menjëherë në sipërfaqen e tavolinës. Vëllimi i ujit do të mbetet i njëjtë - 50 ml, dhe forma e tij do të ndryshojë. Këto veçori janë karakteristike për formën e lëngshme të ekzistencës së materies. Lëngjet janë shumë substanca organike: alkoolet, vajrat vegjetale, acidet.
Qumështi është një emulsion, pra një lëng në të cilin ka pika yndyre. Një mineral i lëngshëm i dobishëm është vaji. Ai nxirret nga puset duke përdorur pajisje shpimi në tokë dhe në oqean. Uji i detit është gjithashtu një lëndë e parë për industrinë. Dallimi i tij nga uji i ëmbël i lumenjve dhe liqeneve qëndron në përmbajtjen e substancave të tretura, kryesisht kripërat. Gjatë avullimit nga sipërfaqja e trupave ujorë, vetëm molekulat H2O kalojnë në gjendje avulli, lëndët e treta mbeten. Metodat për marrjen e substancave të dobishme nga uji i detit dhe metodat për pastrimin e tij bazohen në këtë veti.
Kurheqja e plotë e kripërave, fitohet ujë i distiluar. Vlon në 100°C dhe ngrin në 0°C. Shllira zihet dhe kthehet në akull në temperatura të ndryshme. Për shembull, uji në Oqeanin Arktik ngrin në një temperaturë të sipërfaqes prej 2°C.
Gjendja agregate e merkurit në kushte normale është një lëng. Ky metal gri argjendi zakonisht mbushet me termometra mjekësorë. Kur nxehet, kolona e merkurit ngrihet në shkallë, substanca zgjerohet. Pse termometrat e rrugës përdorin alkool me ngjyrë të kuqe dhe jo merkur? Kjo shpjegohet me vetitë e metalit të lëngshëm. Në ngricat 30 gradë, gjendja e përgjithshme e merkurit ndryshon, substanca bëhet e ngurtë.
Nëse një termometër mjekësor prishet dhe merkuri derdhet, është e rrezikshme të marrësh topa argjendi me duar. Është e dëmshme të thithësh avujt e merkurit, kjo substancë është shumë toksike. Fëmijët në raste të tilla duhet të kërkojnë ndihmë nga prindërit e tyre, të rriturit.
Gjendja e gazit
Gazrat nuk janë në gjendje të ruajnë vëllimin ose formën e tyre. Mbushni balonën deri në majë me oksigjen (formula e saj kimike është O2). Sapo të hapim balonën, molekulat e substancës do të fillojnë të përzihen me ajrin në dhomë. Kjo është për shkak të lëvizjes Brownian. Edhe shkencëtari i lashtë grek Demokriti besonte se grimcat e materies janë në lëvizje të vazhdueshme. Në trupat e ngurtë, në kushte normale, atomet, molekulat, jonet nuk kanë mundësi të largohen nga rrjeta kristalore, për t'u çliruar nga lidhjet me grimcat e tjera. Kjo është e mundur vetëm kursasi të mëdha energjie nga jashtë.
Në lëngje, distanca midis grimcave është pak më e madhe se në trupat e ngurtë, ato kërkojnë më pak energji për të thyer lidhjet ndërmolekulare. Për shembull, gjendja e lëngshme agregate e oksigjenit vërehet vetëm kur temperatura e gazit bie në -183 °C. Në -223 °C, molekulat O2 formojnë një të ngurtë. Kur temperatura rritet mbi vlerat e dhëna, oksigjeni shndërrohet në gaz. Është në këtë formë që është në kushte normale. Në ndërmarrjet industriale, ekzistojnë instalime speciale për ndarjen e ajrit atmosferik dhe marrjen e azotit dhe oksigjenit prej tij. Së pari, ajri ftohet dhe lëngohet, dhe më pas temperatura rritet gradualisht. Azoti dhe oksigjeni kthehen në gazra në kushte të ndryshme.
Atmosfera e Tokës përmban 21% oksigjen dhe 78% nitrogjen për nga vëllimi. Në formë të lëngshme, këto substanca nuk gjenden në mbështjellësin e gaztë të planetit. Oksigjeni i lëngshëm ka një ngjyrë blu të lehtë dhe mbushet me presion të lartë në cilindra për përdorim në objektet mjekësore. Në industri dhe ndërtim, gazrat e lëngshëm janë të nevojshëm për shumë procese. Oksigjeni nevojitet për saldimin me gaz dhe prerjen e metaleve, në kimi - për reaksionet e oksidimit të substancave inorganike dhe organike. Nëse hapni valvulën e cilindrit të oksigjenit, presioni ulet, lëngu shndërrohet në gaz.
Propani, metani dhe butani i lëngshëm përdoren gjerësisht në energji, transport, industri dhe aktivitete shtëpiake. Këto substanca fitohen nga gazi natyror ose nga plasaritja(ndarje) e naftës së papërpunuar. Përzierjet e lëngshme dhe të gazta të karbonit luajnë një rol të rëndësishëm në ekonominë e shumë vendeve. Por rezervat e naftës dhe gazit natyror janë varfëruar rëndë. Sipas shkencëtarëve, kjo lëndë e parë do të zgjasë për 100-120 vjet. Një burim alternativ i energjisë është rrjedha e ajrit (era). Lumenjtë me rrjedhje të shpejtë, baticat në brigjet e deteve dhe oqeaneve përdoren për të operuar termocentralet.
Oksigjeni, si gazrat e tjerë, mund të jetë në gjendjen e katërt të grumbullimit, duke përfaqësuar një plazmë. Një kalim i pazakontë nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të gaztë është një tipar karakteristik i jodit kristalor. Një substancë ngjyrë vjollce e errët i nënshtrohet sublimimit - shndërrohet në gaz, duke anashkaluar gjendjen e lëngshme.
Si kryhen kalimet nga një formë e përgjithshme e materies në tjetrën?
Ndryshimet në gjendjen agregate të substancave nuk shoqërohen me transformime kimike, këto janë dukuri fizike. Kur temperatura rritet, shumë lëndë të ngurta shkrihen dhe kthehen në lëngje. Një rritje e mëtejshme e temperaturës mund të çojë në avullim, domethënë në gjendjen e gaztë të substancës. Në natyrë dhe ekonomi, tranzicione të tilla janë karakteristike për një nga substancat kryesore në Tokë. Akulli, lëngu, avulli janë gjendjet e ujit në kushte të ndryshme të jashtme. Përbërja është e njëjtë, formula e tij është H2O. Në një temperaturë prej 0 ° C dhe nën këtë vlerë, uji kristalizohet, domethënë shndërrohet në akull. Kur temperatura rritet, kristalet që rezultojnë shkatërrohen - akulli shkrihet, përsëri merret ujë i lëngshëm. Kur nxehet, formohet avulli i ujit. avullimi -shndërrimi i ujit në gaz - shkon edhe në temperatura të ulëta. Për shembull, pellgjet e ngrira zhduken gradualisht sepse uji avullon. Edhe në mot të ftohtë, rrobat e lagura thahen, por ky proces zgjat më shumë se në një ditë të nxehtë.
Të gjitha kalimet e listuara të ujit nga një gjendje në tjetrën kanë një rëndësi të madhe për natyrën e Tokës. Dukuritë atmosferike, klima dhe moti shoqërohen me avullimin e ujit nga sipërfaqja e oqeaneve, transferimin e lagështisë në formën e reve dhe mjegullës në tokë, reshjet (shi, borë, breshër). Këto dukuri përbëjnë bazën e ciklit botëror të ujit në natyrë.
Si ndryshojnë gjendjet agregate të squfurit?
Në kushte normale, squfuri është kristale me shkëlqim të shndritshëm ose pluhur i verdhë i lehtë, pra është i ngurtë. Gjendja agregate e squfurit ndryshon kur nxehet. Së pari, kur temperatura rritet në 190 ° C, substanca e verdhë shkrihet, duke u kthyer në një lëng të lëvizshëm.
Nëse hidhni shpejt squfur të lëngshëm në ujë të ftohtë, ju merrni një masë amorfe kafe. Me ngrohjen e mëtejshme të shkrirjes së squfurit, ai bëhet gjithnjë e më viskoz dhe errësohet. Në temperaturat mbi 300 ° C, gjendja e grumbullimit të squfurit ndryshon përsëri, substanca fiton vetitë e një lëngu, bëhet e lëvizshme. Këto kalime ndodhin për shkak të aftësisë së atomeve të elementit për të formuar zinxhirë me gjatësi të ndryshme.
Pse substancat mund të jenë në gjendje të ndryshme fizike?
Gjendja e grumbullimit të squfurit - një substancë e thjeshtë - është e ngurtë në kushte normale. Dioksid squfuri - gaz, acid sulfurik -lëng vajor më i rëndë se uji. Ndryshe nga acidet klorhidrik dhe nitrik, ai nuk është i paqëndrueshëm; molekulat nuk avullojnë nga sipërfaqja e tij. Cila është gjendja e grumbullimit të squfurit plastik, i cili përftohet nga ngrohja e kristaleve?
Në formë amorfe, substanca ka strukturën e një lëngu, me një rrjedhshmëri të lehtë. Por squfuri plastik në të njëjtën kohë ruan formën e tij (si një solid). Ekzistojnë kristale të lëngëta që kanë një sërë vetive karakteristike të trupave të ngurtë. Kështu, gjendja e materies në kushte të ndryshme varet nga natyra, temperatura, presioni dhe kushtet e tjera të jashtme.
Cilat janë veçoritë në strukturën e trupave të ngurtë?
Dallimet ekzistuese midis gjendjeve bazë agregate të materies shpjegohen nga ndërveprimi midis atomeve, joneve dhe molekulave. Për shembull, pse gjendja e ngurtë agregate e materies çon në aftësinë e trupave për të ruajtur vëllimin dhe formën? Në rrjetën kristalore të një metali ose kripe, grimcat strukturore tërhiqen nga njëra-tjetra. Në metale, jonet e ngarkuar pozitivisht ndërveprojnë me të ashtuquajturin "gaz elektronik" - akumulimi i elektroneve të lira në një copë metali. Kristalet e kripës lindin për shkak të tërheqjes së grimcave të ngarkuara në mënyrë të kundërt - joneve. Distanca midis njësive strukturore të mësipërme të trupave të ngurtë është shumë më e vogël se madhësia e vetë grimcave. Në këtë rast, tërheqja elektrostatike vepron, jep forcë, dhe zmbrapsja nuk është mjaftueshëm e fortë.
Për të shkatërruar gjendjen e ngurtë të grumbullimit të materies, është e nevojshmebëj një përpjekje. Metalet, kripërat, kristalet atomike shkrihen në temperatura shumë të larta. Për shembull, hekuri bëhet i lëngshëm në temperatura mbi 1538 °C. Tungsteni është zjarrdurues dhe përdoret për të bërë filamente inkandeshente për llamba. Ka lidhje që bëhen të lëngshme në temperatura mbi 3000 °C. Shumë shkëmbinj dhe minerale në Tokë janë në gjendje të ngurtë. Kjo lëndë e parë nxirret me ndihmën e pajisjeve në miniera dhe gurore.
Për të shkëputur qoftë edhe një jon nga një kristal, është e nevojshme të shpenzoni një sasi të madhe energjie. Por në fund të fundit, mjafton të shpërndani kripën në ujë që rrjeta kristalore të shpërbëhet! Ky fenomen shpjegohet me vetitë e mahnitshme të ujit si tretës polar. Molekulat H2O ndërveprojnë me jonet e kripës, duke shkatërruar lidhjen kimike midis tyre. Kështu, shpërbërja nuk është një përzierje e thjeshtë e substancave të ndryshme, por një ndërveprim fizik dhe kimik midis tyre.
Si ndërveprojnë molekulat e lëngjeve?
Uji mund të jetë i lëngshëm, i ngurtë dhe i gaztë (avulli). Këto janë gjendjet kryesore të grumbullimit të tij në kushte normale. Molekulat e ujit përbëhen nga një atom oksigjeni me dy atome hidrogjeni të lidhur me të. Ekziston një polarizim i lidhjes kimike në molekulë, një ngarkesë e pjesshme negative shfaqet në atomet e oksigjenit. Hidrogjeni bëhet poli pozitiv në molekulë dhe tërhiqet nga atomi i oksigjenit i një molekule tjetër. Kjo forcë e dobët quhet "lidhja e hidrogjenit".
Karakteristika e gjendjes së lëngshme të grumbullimitdistanca ndërmjet grimcave strukturore të krahasueshme me madhësitë e tyre. Tërheqja ekziston, por është e dobët, kështu që uji nuk e ruan formën e tij. Avullimi ndodh për shkak të shkatërrimit të lidhjeve, që ndodh në sipërfaqen e lëngut edhe në temperaturën e dhomës.
A ekzistojnë ndërveprimet ndërmolekulare në gaze?
Gjendja e gaztë e materies ndryshon nga e lëngshme dhe e ngurtë në një numër parametrash. Midis grimcave strukturore të gazeve ka boshllëqe të mëdha, shumë më të mëdha se madhësia e molekulave. Në këtë rast, forcat e tërheqjes nuk funksionojnë fare. Gjendja e gaztë e grumbullimit është karakteristikë e substancave të pranishme në ajër: azoti, oksigjeni, dioksidi i karbonit. Në foton më poshtë, kubi i parë është i mbushur me një gaz, i dyti me një lëng dhe i treti me një të ngurtë.
Shumë lëngje janë të paqëndrueshme, molekulat e një substance shkëputen nga sipërfaqja e tyre dhe kalojnë në ajër. Për shembull, nëse sillni një shtupë pambuku të zhytur në amoniak në hapjen e një shishe të hapur me acid klorhidrik, shfaqet tym i bardhë. Pikërisht në ajër, ndodh një reaksion kimik midis acidit klorhidrik dhe amoniakut, përftohet kloruri i amonit. Në çfarë gjendje të materies është kjo substancë? Grimcat e saj, të cilat formojnë tym të bardhë, janë kristalet më të vogla të ngurta të kripës. Ky eksperiment duhet të kryhet nën një kapuç tymi, substancat janë toksike.
Përfundim
Gjendja e grumbullimit të gazit u studiua nga shumë fizikantë dhe kimistë të shquar: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Shkencëtarët kanë formuluar ligje që shpjegojnë sjelljen e substancave të gazta në reaksionet kimike kur ndryshojnë kushtet e jashtme. Rregullsitë e hapura hynë jo vetëm në tekstet shkollore dhe universitare të fizikës dhe kimisë. Shumë industri kimike bazohen në njohuritë për sjelljen dhe vetitë e substancave në gjendje të ndryshme agregate.
