Агрегатные состояния вещества: твердое жидкое и газообразное. Влияние температуры, давления и примесей

0

Есть три основные состояния вещества — газообразное, жидкое и твердое. В физике эти состояния называют агрегатными. Итак, агрегатное состояние вещества именуют физическое состояние, которое напрямую зависит от таких основных характеристик как давление и температура.

Пребывая в том или ином состоянии, веществам присущи разнообразные структуры. Кроме перечисленных трех основных агрегатных состояний существуют и другие, но мы в рамках статьи не будем в них углубляться.

Агрегатные состояния веществ

Воздействие энергии движения частиц на свойства агрегатных состояний веществ

Как известно, любое вещество состоит из молекул, какие в свою очередь делятся на атомы. В качестве частиц кроме молекул могут рассматриваться и ионы, в которые превращаются атомы или их группы. На самом деле, ионы или молекулы имеют сложную конфигурацию построения, но для упрощения их построения и создания визуальной наглядности их представляют в сферическом виде.

Абсолютно во всех веществах мочь взаимного притяжения между их частицами препятствуют их передвижению друг относительно друга. Однако с ростом температуры кинетическая энергия крупиц начинает расти и тем создавая все большее противодействие силе притяжения между частицами. Агрегатное состояние вещества зависит от взаимоотношения приобретенной кинетической энергии частицы к силе их взаимного притяжения.

Схематичное представление агрегатных состояний веществ

Проще говоря, от того, насколько свободно и дальней может «гулять» молекулы относительно других и зависит текущее физическое состояние вещества. Изменяя показатели температуры и давления можно следить переход из одного состояния в другое.

Самый распространенный пример перехода из одного состояния в другое в жизни можно следить на примере трех состояний молекулы воды: твердом в качестве льда при температуре ниже 0 0С, жидком при температуре рослее 00С и газообразном паре, который образуется после закипания воды при температуре 100 0С и выше.

Изменение энергии частиц в разных агрегатных состояниях

На этом графике показано, как переменяется энергия частиц вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Чем больше энергия, тем быстрее частицы движутся или колыхаются. Небольшая доля частиц обладает очень низкой или очень высокой энергией.

Твердое агрегатное состояние

В твердых веществах за счет мощного взаимного притяжения у частиц нет возможности развивать необходимую кинетическую энергию и тем самым передвигаться свободно от заданной позиции при условии сохранения льющейся температуры и давления. Частицы твердых веществ располагаются тесно друг от друга и образуют определенную структуру, какую называют кристаллической решеткой.

В твердом веществе молекулы плотно «упакованы». Как правило они образуют регулярную структуру, именуемую кристаллической решеткой.

Эталонным примером регулярной кристаллической решетки является кристалл.

Жидкое агрегатное состояние

Отличительным свойством жидкости является их текучесть, вследствие чего они способны менять свою конфигурацию. Жидкость, налитая в сосуд, моментально принимает его форму и под воздействием гравитационной силы Земли располагается на его дне. Граница верхней поверхности жидкости при этом образует гладкую плоскость. Кинетическая энергия движения молекул воды превосходит их обоюдное притяжение, которое не способно в свою очередь удержать их не месте. Молекула воды словно перекатывается от одной к иной создавая видимую нашим глазом текучесть.

Молекулы жидкости могут свободно двигаться как и молекулы газ. Однако «упакованы» они плотнее, что вяще похоже на твердое вещество.

Жидкость, в отличие от твердых тел, не имеет кристаллической решетки.

Газообразное агрегатное состояние

Газообразное вещество как и жидкость заполняет сосуд, лишь в отличии от жидкости — весь его объем. Прощу говоря, наполовину налитая жидкость в сосуд не может заполнить тяни ее объем, а газ может. Это достигается благодаря очень высокой кинетической энергии молекул газа, которая в разы превосходит энергию их обоюдного притяжения, а также гравитационную силу. Поэтому газ не скатывается как жидкость на дно сосуда. Газ, как и жидкость не имеет кристаллической решетки в отличии от твердого тела.

Молекулы газа размещены на значиельном расстояниии друг от друга. Они движутся с большой скоростью. Скорость около 300 км/ч, сталвикаясь при этом между собой и ударяяс о стенки сосуда, в каком находятся.

Взаимное расположения между молекулами газа свободно изменяется, что позволяет различным телам проходить сквозь его молекулы.

Точка плавления

Физиологические агрегатные состояния веществ способны переходить с одного вида в другие — из твердых в жидкие, из жидких в газообразные при изменении их температуры. Изменение температуры ведет к увеличению или к уменьшению кинетической энергии. Переход твердого вещества в некрепкое называют плавлением.

Границу перехода из твердого состояния в жидкое задает так называемая точка плавления с температурой, способной возбудить кинетическую энергию в крупице, которой будет достаточно, чтобы отделиться от своего стационарного положения кристаллической решетки. Чем больше температура, тем вяще передаваемая кинетическая энергия частицам элемента. Чем сильнее сила притяжения между частицами, тем больше необходимо создать кинетической энергии для высвобождения крупиц из кристаллической решетки.

К примеру, железо необходимо нагреть до 1538 0С для того, чтобы оно начало плавиться, а тугоплавкий вольфрам — до 3422 0С.

Во пора литья расплавленное (раскаленное добела) железо выливается в приготовленную форму.

Работа с расплавленным железом

При температуре ниже 1535 0С железо затвердевает, принимая вид литейной конфигурации.

Температура плавления вещества зависит от сил притяжения составляющих его частиц.

График температуры плавления некоторых веществ

Для гелия эти силы настолько малы, что он становится твердым при давлении по крайней мере в 25 раз рослее атмосферного.

Точка кипения

Пожалуй, самое распространенное явление перехода жидкого состояния в газообразное в быту — это кипение воды. Заваривая чай любой из нас мог наблюдать рождение процесса кипения воды. Маленькие пузырьки пара в толще подогревающейся воды постепенно вырастают и достигая критических размеров начинают подниматься на поверхность, где лопаясь превращаются в газообразное состояние — пар.

Как и в случае с плавлением есть граничная температура, называемая точкой кипения, при которой кинетическая энергия становится достаточной для того, чтобы победить силы взаимного притяжения частиц, не дающие оторваться друг от друга и покинуть занимаемый объем. Любой элемент таблицы Менделеева или вещество из нескольких элементов имеет свою точку кипения. Незапятнанная дистиллированная вода (H2O) имеет температуру кипения 100 0С, этиловый спирт — (-79 0С), а высококонцентрированная серная кислота кипит при температуре 338 0С.

График температуры кипения некоторых веществ
Температура кипения также зависит от давления и сил притяжения между крупицами.

На вершине Эвереста температура кипения воды на 28 0С ниже, чем внизу, над уровнем моря.

Однако, существуют исключения, при каком вещества могут миновать при переходе из одного агрегатного состояния в другую целую фазу превращения — переходя из твердого разом в газообразную. Этот эффект называют сублимацией или возгонкой.

[embedded content]
Видео подборки опытов с сухим льдом

В качестве образца можно привести превращение сухого льда (диоксид углерода в твердом виде сразу в газообразное при температуре -78,5 0С.

Воздействие давления и различных примесей на кипение или плавление

Вторым фактором, влияющим на агрегатное состояние вещества это давление. Повышая давление мочь прижатия одной частицы вещества к другой растет, и таким образом необходимо для перехода из одного состояния в иное приложить большую кинетическую энергию (температуру). Образуется следующая взаимосвязь: температура кипения и плавления растет при повышении давления.

Примеси в крупицах вещества также влияют на фактическую температуру плавления или кипения за чтоб того, что они влияют на существующие силы притяжения между крупицами. Одним из ярких примеров влияние примесей — рассыпанные кристаллы соли на льду, которые заставляют лед превращаться в жидкость при температуре опоясывающей среды ниже нуля.

Посетите магазины партнеров:

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *