Трите агрегатни состојби
Цврста агрегатна состојба
Цврста состојба — една од четирите фундаментални состојби на материјата (другите се течност, гас и плазма). Таа се одликува со структурни цврстина и отпорност на промена на формата или волумен. За разлика од течноста, цврст објект не тече за да го исполни обликот на својот сад, ниту пак се шири за да го пополни целиот обем на располагање на него како што прави гасот. Атомите кај цврстите материи се цврсто сврзани едни со други, исто така и тие се и во редовни геометриски решетки (кристални материи, кои вклучуваат метални и обичните мраз) или нередовно (аморфни цврсти материи како што е прозорското стакло).
Гранката на физиката која се занимава со цврстите материи се нарекува физика на цврстата состојба, и таа е главна гранка на кондензираната материја во физиката (која исто така вклучува и течности). Науката за цврстата состојба првенствено се занимава со физички и хемиски својства на цврстите материи. Хемијата за цврстата состојба посебно се занимава со синтеза на нови материјали, како и науката за идентификација и хемиски состав.
Класи на цврсти материи
Силите меѓу атомите во цврста агрегатна состојба може да имаат различни форми. На пример, кристал на натриум хлорид (заедничка сол) е направен од јонски натриум и хлор, кои се одржуваат заедно со јонски обврзници. Во дијамант или силициум, атомите споделуваат електрони и формираат ковалентни врски. Во металите, електроните се делат во метални врски. Некои тела, особено повеќето органски соединенија, се одржуваат заедно сован дер Валсовни сили кои произлегуваат од поларизацијата на облак електронски задолжен за секоја молекула. Сличностите помеѓу видовите на цврстите агрегатни состојби е резултат од разликите меѓу нивните врски.
Метали
Метали, кои вообичаено се цврсти, густи и добри спроводници на електрична енергија и топлина. Најголемиот дел од елементите во периодичен систем, оние од лево на дијагонална линија од бор до полониум, се метали. Мешаници на два или повеќе елементи во кој главна состојка е метал, се познати како легури.
Бидејќи металите се добри спроводници на електрицитет, тие се вредни кај електрични апарати и за спроведување на електрична струја во текот на долги растојанија со малку енергетска загуба или дисипација. Така, електрична енергија, мрежи се потпираат на метални кабли за дистрибуција на електрична енергија. Домашни електрични системи, на пример, се жичени со бакар за добро спроведување својства и лесна обработливост. На висок коефициент на топлинска спроводливост на повеќето метали, исто така, ги прави корисни за stovetop прибор за готвење.
Студијата за метални елементи и нивните легури сочинува значаен дел од областа на црвстата хемија, физика, материјалната наука и инженерство.
Металик, цврсти материи се одржуваат заедно со висока густина на заедничка, делокализирани електрони, познат како "метално сврзување". Во метална, атомите лесно е да ги загубат своите најоддалечени ( „валентни“) електрони, формирајќи позитивни јони. Слободните електрони се шират во текот на целата цврста состојба, која ќе се одржи заедно цврсто со електростатички интеракции помеѓу јони и електронски облак.. Големиот број на слободни електрони даваат метали со нивните високи вредности на електрична и топлинска спроводливост. Слободните електрони, исто така, може да го спречат преносот на видливата светлина, што ги прават металите нетранспарентни и сјајни.
Органски материи
Органскаta хемија ja проучува структурата, својствата, составот, реакции и подготовка со синтеза (или други средства) на хемискиte соединенија на јаглерод и водород, кој може да содржи било кој број на други елементи, како што се азот, кислород и халогените: азот, кислород и халогените: флуор, хлор, бром и јод. Некои органски соединенија може да содржат и елементи на фосфор или сулфур. Примери на органски материи вклучуваат дрво, парафински восок, нафталин и широк спектар на полимери и пластика.
Дрво
Дрво е природен органски материјал и се состои претежно од целулозни влакна вградени во матрица на лигнин. Во однос на механичките својства, влакната се силни во тензија, и матрицата на лигнин спротивставува компресија. Така дрвото е важен градежен материјал, бидејќи луѓето почнаа изградба на засолништа и на чамци. Дрвото да се користи за градежни работи е попознато како граѓа или дрво. Во градежништвото, дрвото не е само структурен материјал, но, исто така, се користи за да се формира калапот за бетон.
Дрво-заснованите материјали исто така широко се користат за пакување (на пример, картон) и хартија кои се и создадени од рафинирана пулпа. процесите на хемиското пулпирање се користи со комбинација на висока температура и алкални (крафт) или кисели (сулфит) хемикалии да се пробие на хемиски врски на лигнин пред да го изгоруваат.
Течна агрегатна состојба
Течноста е агрегатна состојба која има сопствен волумен, но нема сопствена геометриска форма. Течностите секогаш ја заземаат формата на садот во којшто се наоѓаат. Градбени единки на течноста се молекулите меѓу кои има многу посилни заемодејства отколку кај оние на гасот.
Поради делувањето на меѓумолекулските сили, во течностите постојат гроздови или кластери од молекули. Во нив, единките не се цврсто сврзани - едни молекули ги напуштаат овие групации, а други го заземаат нивното место. И бројот на единки во рамките на еден грозд се менува - гроздовите може да растат или да се смалуваат, а во течностите има и посебни молекули што заемно си дејствуваат.
Молекулите кај течностите се држат меѓусебно со Ван дер Валсови сили или водородна врска. Слободата на движење на молекулите е многу помала отколку кај гасовите. Течностите (речиси) не си го намалуваат волуменот под дејство на надворешни влијанија.
Како се формира течноста
Течноста се формира преку процеси кои вклучуваат молекулска интеракција и термодинамички услови. Основните аспекти на формирање течности вклучуваат:
Молекулска структура:
Течности се составени од молекули кои се поврзани со меѓумолекулски сили, како што се Ван дер Валсови сили и водородни врски. Овие сили овозможуваат молекулите да бидат слободно поврзани, што им дава способност да течат.
Во течностите, молекулите не се цврсто поврзани, што значи дека можат да се движат една околу друга. Ова создава динамички систем каде што групите молекули (гроздови) постојано варираат во големина и структура.
Температура и притисок:
Температурата игра клучна улога во формирањето течности. Кога температурата на материјата е доволно висока, молекулите добиваат енергија и можат да се движат слободно. Како што температурата опаѓа, молекулите губат енергија и почнуваат да се привлекуваат едни со други, што може да доведе до формирање течности од гасовити состојби.
Притисокот исто така влијае на агрегатната состојба. На повисок притисок, гасовите можат да се кондензираат во течности. Овој процес е важен во многу индустриски апликации, како што е производството на различни хемикалии.
Фазни премини:
Течности можат да се формираат преку фазни премини од гасовита или чврста состојба. На пример, кога гасовите достигнат својата тачка на кондензација, тие преминуваат во течна форма. Обратниот процес, познат како испарување, се случува кога течности добиваат доволно енергија за да преминат во гас.
Овие механизми заедно создаваат услови за формирање и одржување на течности во природата и индустријата.
Како се формира течноста од гас
Течноста се формира од гас преку процес наречен кондензација, што е фазен премин од гасовита во течна состојба. Овој процес се случува под одредени услови на температура и притисок. Основните аспекти на формирањето на течноста од гас вклучуваат:
1. Намалување на температурата:
Кога температурата на гасот опаѓа, молекулите губат кинетичка енергија и почнуваат да се движат побавно. Како резултат, меѓумолекулските сили, кои се претходно занемарливи при високи температури, стануваат значајни и почнуваат да привлекуваат молекули едни кон други1.
2. Зголемување на притисокот:
Зголемувањето на притисокот исто така може да доведе до кондензација. Кога гасот е компресиран, молекулите се приближуваат едни до други, што ја зголемува веројатноста за судири и интеракции помеѓу нив. Овие интеракции можат да предизвикаат формирање течност13.
3. Фазен премин:
Процесот на кондензација е пример за фазен премин, каде што термодинамичките услови (температура и притисок) влијаат на промената на состојбата на материјата. Кога гасот достигне својата точка на кондензација (или точка на вриење), тој ќе се претвори во течност3.
4. Пример со јаглерод диоксид:
Јаглерод диоксид (CO₂) е добар пример за оваа трансформација. Кога CO₂ се ослободува од боца под висок притисок, тој може да се претвори во течна форма при нормални услови на температура и притисок16.
Овие механизми објаснуваат како гасовитите супстанции можат да се трансформираат во течности преку промена на физичките услови.
Како се менува волуменот на течноста при промена на надворешните услови
Волуменот на течноста се менува при промена на надворешните услови, особено под влијание на температурата и притисокот. Овие промени можат да доведат до различни фази на материјата, како што се течна, гасна или цврста состојба.
Температура:
Кога температурата се зголемува, молекулите во течноста добиваат повеќе енергија, што може да доведе до зголемување на волуменот. На пример, водата ќе се претвори во гас (водна паре) при достигнување на точката на вриење, што значи значително зголемување на волуменот16.
При намалување на температурата, течноста може да се кондензира во цврста состојба (лед), што исто така може да влијае на волуменот. Во случајот на вода, волуменот може да се зголеми при замрзнување поради специјалната структура на ледот13.
Притисок:
Промените во притисокот исто така влијаат на волуменот на течноста. Течностите се многу малку компресибилни, што значи дека под нормални услови промените во притисокот не предизвикуваат значителни промени во волуменот. Сепак, ако притисокот е многу висок, може да дојде до минимално намалување на волуменот24.
Кога течноста е изложена на високи притисоци и температура, може да се случи фазен премин во гасовита состојба без значително зголемување на волуменот67.
Во заклучок, волуменот на течноста е чувствителен на промени во надворешните услови, а особено температурата и притисокот играат клучна улога во одредувањето на нејзината агрегатна состојба и волумен.
Гасовита агрегатна состојба
Гасовитата агрегатна состојба е една од основните фази на материјата, заедно со цврстата и течната. Оваа состојба се карактеризира со специфични својства и однесување на молекулите.
Карактеристики на гасовитата состојба:
Облик и волумен: Гасовитите супстанции немаат сопствена форма или волумен. Тие заземаат целосен простор во кој се наоѓаат, што значи дека се шират за да го пополнат секое достапно место12.
Движење на молекулите: Молекулите во гасовитата состојба се движат хаотично и независно, што резултира во Брауново движење. Ова хаотично движење е последица на многу слаби интеракции помеѓу молекулите, што е причина за нивната способност да се шират12.
Меѓумолекуларни сили: Во гасовите, интеракциите помеѓу молекулите се многу слаби. За неполарни гасови, како што е воздухот, основните сили кои дејствуваат се Лондонови привлечни сили3.
Температура и притисок: Гасовитата агрегатна состојба може да се менува под влијание на температурата и притисокот. Зголемувањето на температурата обично доведува до зголемување на притисокот, ако волуменот остане константен2.
Фазни премини:
Гасовитата состојба може да прелази во други агрегатни состојби преку различни процеси:
Кондензација: Премин од гасовита во течна состојба.
Сублимација: Премин од гасовита во цврста состојба.
Испарување: Премин од течна во гасовита состојба1.
Овие својства и процеси ја прават гасовитата агрегатна состојба уникатна и важна за разбирањето на физичките науки и хемијата.
Што е ресублимација
Ресублимацијата е процес на фазен премин на материјата од гасовита во цврста состојба, без да помине преку течната фаза. Овој процес се јавува, на пример, кога се формира мраз од водена пареа во воздухот при нагло намалување на температурата.
Карактеристики на ресублимацијата:
Обратен процес на сублимација: Ресублимацијата е спротивна на сублимацијата, која е премин од цврста во гасовита состојба.
Услови: Овој процес обично се случува при ниски температури и соодветен притисок, што овозможува гасовите да се кондензираат во цврсти честички.
Примери: Чест пример за ресублимација е формирањето на мраз од водена пареа во атмосферата, особено при услови на висока влажност и ниски температури.
Ресублимацијата игра важна улога во природните процеси, како што се создавањето на облаци и снег, и е значајна во различни индустриски и научни апликации.
Што е разликата меѓу ресублимација и десублимација
Ресублимацијата и десублимацијата се термини кои опишуваат различни процеси на фазни премини помеѓу агрегатните состојби на материјата, но тие се спротивни еден на друг.
Ресублимација:
Ова е процес во кој гасовита супстанција преминува директно во цврста состојба без да помине преку течната фаза.
На пример, водената пареа може да се ресублимира во мраз при ниски температури.
Десублимација:
Ова е обратниот процес на ресублимација, каде што цврстата супстанција преминува директно во гасовита состојба.
Овој процес обично се случува при зголемување на температурата или намалување на притисокот, што овозможува цврстиот материјал да се испарува без да стане течен.
Во кратки црти, разликата е во насоката на преминот: ресублимацијата оди од гасовита во цврста состојба, додека десублимацијата оди од цврста во гасовита состојба.
Како се случува десублимација
Десублимацијата е процес при кој супстанција преминува директно од гасовита во цврста агрегатна состојба, без да помине низ течна фаза. Овој процес е спротивен на сублимацијата. Десублимацијата се случува кога гасовита супстанција се лади. Кога гасот се лади, енергијата на неговите честички се намалува, што ги прави да се движат побавно и овозможува директно да се формира цврста структура.
Визуелни елементи
Цврста агрегатна состојба
Течна агрегатна состојба
Гасовита агрегатна состојба
Видео
