الماء والغاز. كلهم يختلفون في خصائصهم. تحتل السوائل مكانة خاصة في هذه القائمة. على عكس المواد الصلبة، لا تحتوي السوائل على جزيئات مرتبة بطريقة منظمة. السائل هو حالة خاصة من المادة، وسط بين الغاز والصلب. لا يمكن أن توجد المواد بهذا الشكل إلا في حالة الالتزام الصارم بنطاقات معينة من درجات الحرارة. تحت هذه الفترة، سيتحول الجسم السائل إلى مادة صلبة، وما فوق - إلى غازي. في هذه الحالة، حدود الفاصل الزمني تعتمد بشكل مباشر على الضغط.

ماء

أحد الأمثلة الرئيسية للجسم السائل هو الماء. وعلى الرغم من انتمائه إلى هذه الفئة، إلا أن الماء يمكن أن يتخذ شكل مادة صلبة أو غازية، اعتمادًا على درجة الحرارة المحيطة. أثناء التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، يتم ضغط جزيئات المادة العادية. لكن الماء يتصرف بشكل مختلف تماما. وعندما يتجمد، تقل كثافته، وبدلاً من أن يغرق، يطفو الجليد على السطح. يتمتع الماء في حالته السائلة العادية بجميع خصائص السائل - فهو دائمًا له حجم محدد، ولكن ليس له شكل محدد.

لذلك، يحتفظ الماء دائمًا بالحرارة تحت سطح الجليد. وحتى لو كانت درجة الحرارة المحيطة هي -50 درجة مئوية، فستظل تحت الجليد بالقرب من الصفر. ومع ذلك، في المدرسة الابتدائية، ليس من الضروري الخوض في تفاصيل خصائص الماء أو المواد الأخرى. في الصف الثالث، يمكن إعطاء أبسط الأمثلة على الأجسام السائلة - وينصح بإدراج الماء في هذه القائمة. بعد كل شيء، يجب أن يكون لدى طالب المدرسة الابتدائية فهم عام لخصائص العالم من حوله. ويكفي في هذه المرحلة أن نعرف أن الماء في حالته الطبيعية هو سائل.

التوتر السطحي هو خاصية للماء

الماء لديه توتر سطحي أعلى من السوائل الأخرى. وبفضل هذه الخاصية، تتشكل قطرات المطر، وبالتالي يتم الحفاظ على دورة المياه في الطبيعة. وإلا فلن يتحول بخار الماء بسهولة إلى قطرات وينسكب على سطح الأرض على شكل أمطار. الماء في الواقع هو مثال على الجسم السائل الذي تعتمد عليه إمكانية وجود كائنات حية على كوكبنا بشكل مباشر.

يحدث التوتر السطحي بسبب انجذاب جزيئات السائل لبعضها البعض. ويميل كل جسيم إلى إحاطة نفسه بالآخرين وترك سطح الجسم السائل. هذا هو السبب في أن فقاعات الصابون والفقاعات التي تتشكل أثناء غليان الماء تميل إلى اتخاذ شكل سائل - وبهذا الحجم، يمكن أن يكون للكرة فقط الحد الأدنى من سمك السطح.

المعادن السائلة

ومع ذلك، ليس فقط المواد المألوفة للإنسان، والتي يتعامل معها في الحياة اليومية، تنتمي إلى فئة الأجسام السائلة. ومن بين هذه الفئة هناك العديد من العناصر المختلفة لجدول مندليف الدوري. مثال على الجسم السائل هو أيضا الزئبق. تستخدم هذه المادة على نطاق واسع في صناعة الأجهزة الكهربائية والمعادن والصناعة الكيميائية.

الزئبق معدن سائل لامع يتبخر في درجة حرارة الغرفة. إنه قادر على إذابة الفضة والذهب والزنك وبالتالي تكوين ملغم. ويعتبر الزئبق مثالاً على أنواع الأجسام السائلة التي تصنف على أنها خطرة على حياة الإنسان. أبخرتها سامة وخطرة على الصحة. عادة ما يظهر التأثير الضار للزئبق بعد مرور بعض الوقت على التعرض للتسمم.

المعدن المسمى السيزيوم هو أيضًا سائل. بالفعل في درجة حرارة الغرفة يكون في شكل شبه سائل. ويبدو أن السيزيوم مادة بيضاء ذهبية اللون. هذا المعدن يشبه إلى حد ما الذهب في اللون، إلا أنه أخف وزنا.

حمض الكبريتيك

تعد جميع الأحماض غير العضوية تقريبًا أيضًا مثالاً على نوع الأجسام السائلة الموجودة. على سبيل المثال، حمض الكبريتيك، الذي يشبه السائل الزيتي الثقيل. ليس لها لون ولا رائحة. عند تسخينه، يصبح عامل مؤكسد قوي للغاية. في البرد لا يتفاعل مع المعادن - مثل الحديد والألمنيوم. تظهر هذه المادة خصائصها فقط في شكلها النقي. حمض الكبريتيك المخفف لا يحمل خصائص مؤكسدة.

ملكيات

ما هي الأجسام السائلة الموجودة بجانب تلك المذكورة؟ هذا هو الدم والزيت والحليب والزيوت المعدنية والكحول. خصائصها تسمح لهذه المواد أن تأخذ شكل حاويات بسهولة. مثل السوائل الأخرى، لا تفقد هذه المواد حجمها إذا تم سكبها من وعاء إلى آخر. ما هي الخصائص الأخرى المتأصلة في كل مادة في هذه الحالة؟ الأجسام السائلة وخصائصها تمت دراستها جيدًا من قبل الفيزيائيين. دعونا نلقي نظرة على خصائصها الرئيسية.

سيولة

من أهم خصائص أي جسم في هذه الفئة هي السيولة. ويشير هذا المصطلح إلى قدرة الجسم على اتخاذ أشكال مختلفة، حتى لو كان يخضع لتأثير خارجي ضعيف نسبيا. وبفضل هذه الخاصية، يمكن لكل سائل أن يتدفق في تيارات، ويتناثر على السطح المحيط بالقطرات. إذا لم يكن لدى أجسام هذه الفئة سيولة، فسيكون من المستحيل صب الماء من الزجاجة في الزجاج.

علاوة على ذلك، يتم التعبير عن هذه الخاصية في مواد مختلفة بدرجات متفاوتة. على سبيل المثال، يتغير شكل العسل ببطء شديد مقارنة بالماء. هذه الخاصية تسمى اللزوجة. تعتمد هذه الخاصية على البنية الداخلية للجسم السائل. على سبيل المثال، جزيئات العسل تشبه أغصان الأشجار، بينما جزيئات الماء تشبه الكرات ذات الانتفاخات الصغيرة. عندما يتحرك السائل، يبدو أن جزيئات العسل "تتشبث ببعضها البعض" - وهذه العملية هي التي تمنحه لزوجة أكبر من أنواع السوائل الأخرى.

حفظ النموذج

ويجب أن نتذكر أيضًا أنه بغض النظر عن مثال الأجسام السائلة التي نتحدث عنها، فإنها تغير شكلها فقط، ولكنها لا تغير حجمها. إذا صببت الماء في كوب وسكبته في وعاء آخر، فلن تتغير هذه الخاصية، على الرغم من أن الجسم نفسه سيأخذ شكل الوعاء الجديد الذي تم صبه فيه للتو. يتم تفسير خاصية الحفاظ على الحجم من خلال حقيقة أن كلا من القوى الجذابة والتنافرية تعمل بين الجزيئات. تجدر الإشارة إلى أنه يكاد يكون من المستحيل ضغط السوائل من خلال التأثير الخارجي لأنها تأخذ دائمًا شكل الحاوية.

وتختلف الأجسام السائلة عن الصلبة في أن الأخيرة لا تخضع لها، ولنتذكر أن هذه القاعدة تصف سلوك جميع السوائل والغازات، وتكمن في خاصيتها بنقل الضغط الواقع عليها في جميع الاتجاهات. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن السوائل ذات اللزوجة الأقل تفعل ذلك بشكل أسرع من الأجسام السائلة الأكثر لزوجة. على سبيل المثال، إذا قمت بالضغط على الماء أو الكحول، فسوف ينتشر بسرعة كبيرة.

على عكس هذه المواد، فإن الضغط على العسل أو الزيت السائل سوف ينتشر ببطء أكبر وبشكل متساوٍ أيضًا. في الصف الثالث، يمكن إعطاء أمثلة على الأجسام السائلة دون الإشارة إلى خصائصها. سيحتاج الطلاب إلى معرفة أكثر تفصيلاً في المدرسة الثانوية. ومع ذلك، إذا قام الطالب بإعداد مواد إضافية، فقد يساهم ذلك في الحصول على درجة أعلى في الفصل.

الحالة الغازية للمادة

البوليمرات ذات أصل طبيعي (أنسجة نباتية وحيوانية) وصناعية (البلاستيك، السليلوز، الألياف الزجاجية، إلخ).

كما هو الحال في الجزيئات العادية، هناك نظام من الجزيئات الكبيرة. يميل تكوين البوليمر إلى الحالة الأكثر احتمالية - التوازن المستقر، الذي يتوافق مع الحد الأدنى من الطاقة الحرة. لذلك، من حيث المبدأ، يجب أن يكون للبوليمرات أيضًا بنية شبكية بلورية. ومع ذلك، نظرًا لحجم الجزيئات الكبيرة وتعقيدها، لم يكن من الممكن الحصول على بلورات جزيئية كبيرة إلا في حالات قليلة. في معظم الحالات، تتكون البوليمرات من مناطق بلورية وغير متبلورة.

الحالة السائلةتتميز بحقيقة أن الطاقة الكامنة لجذب الجزيئات تتجاوز قليلاً طاقتها الحركية بالقيمة المطلقة. تضمن قوة التجاذب بين الجزيئات في السائل بقاء الجزيئات في حجم السائل. وفي الوقت نفسه، لا ترتبط جزيئات السائل ببعضها البعض بواسطة روابط ثابتة وثابتة، كما هو الحال في البلورات. إنها تملأ المساحة التي يشغلها السائل بكثافة، وبالتالي فإن السوائل غير قابلة للضغط عمليًا ولها كثافة عالية إلى حد ما. يمكن لمجموعات الجزيئات تغيير موقعها النسبي، مما يضمن سيولة السوائل. خاصية السائل لمقاومة التدفق تسمى اللزوجة. تتميز السوائل بالانتشار والحركة البراونية، ولكن بدرجة أقل بكثير من الغازات.

الحجم الذي يشغله السائل محدود بالسطح. نظرًا لأن الكرة لها أقل مساحة سطحية لحجم معين، فإن السائل في الحالة الحرة (على سبيل المثال، في حالة انعدام الوزن) يأخذ شكل كرة.

للسوائل بنية معينة، ولكنها أقل وضوحًا بكثير من تلك الموجودة في المواد الصلبة. الخاصية الأكثر أهمية للسوائل هي نظير الخواص. لم يتم بعد إنشاء نموذج سائل مثالي بسيط.

توجد حالة وسطية بين السوائل والبلورات تسمى الحالة البلورية السائلة. من سمات البلورات السائلة من وجهة نظر جزيئية هو الشكل المغزلي المطول لجزيئاتها، مما يؤدي إلى تباين خصائصها.

هناك نوعان من البلورات السائلة - nematics وsmectics. تتميز السميكتكس بوجود طبقات متوازية من الجزيئات تختلف عن بعضها البعض في ترتيب بنيتها. في علم الخيطيات، يتم ضمان النظام من خلال اتجاه الجزيئات. يحدد تباين خصائص البلورات السائلة خصائصها البصرية المهمة. على سبيل المثال، يمكن أن تكون البلورات السائلة شفافة في اتجاه واحد ومعتمة في اتجاه آخر. من المهم أن يتم التحكم بسهولة في اتجاه جزيئات البلورات السائلة وطبقاتها من خلال التأثيرات الخارجية (على سبيل المثال، درجة الحرارة والمجالات الكهربائية والمغناطيسية).

الحالة الغازية للمادةيحدث عندما

الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجزيئات تتجاوز الطاقة الكامنة لارتباطها. تميل الجزيئات إلى الابتعاد عن بعضها البعض. ليس للغاز أي هيكل، ويحتل كامل الحجم المقدم له، ويمكن ضغطه بسهولة؛ يحدث الانتشار بسهولة في الغازات.

يتم شرح خصائص المواد في الحالة الغازية من خلال نظرية الغاز الحركي. مسلماتها الرئيسية هي كما يلي:

تتكون جميع الغازات من جزيئات؛

أحجام الجزيئات لا تذكر مقارنة بالمسافات بينها؛

تكون الجزيئات دائمًا في حالة من الحركة الفوضوية (البراونية)؛

بين الاصطدامات، تحافظ الجزيئات على سرعة حركة ثابتة؛ المسارات بين الاصطدامات عبارة عن قطع مستقيمة؛

يكون التصادم بين الجزيئات والجزيئات مع جدران الوعاء مرنًا بشكل مثالي، أي. تبقى الطاقة الحركية الكلية للجزيئات المتصادمة دون تغيير.

دعونا نفكر في نموذج مبسط للغاز الذي يطيع الافتراضات المذكورة أعلاه. ويسمى مثل هذا الغاز بالغاز المثالي. لنفترض أن الغاز المثالي يتكون من عدد N من الجزيئات المتماثلة، ولكل منها كتلة م، في وعاء مكعب بطول حافة ل(الشكل 5.14). تتحرك الجزيئات بشكل فوضوي. متوسط ​​سرعتهم<الخامس>. للتبسيط، دعونا نقسم جميع الجزيئات إلى ثلاث مجموعات متساوية ونفترض أنها تتحرك فقط في اتجاهات متعامدة مع الجدارين المتقابلين للوعاء (الشكل 5.15).

أرز. 5.14.

يتحرك كل جزيء غاز بسرعة معينة<الخامس> في حالة الاصطدام المرن تماماً بجدار السفينة فإنه يغير اتجاه الحركة إلى العكس دون تغيير السرعة. الزخم الجزيئي<ر> = م<الخامس> يصبح مساوياً لـ - م<الخامس>. ومن الواضح أن التغير في الزخم في كل تصادم. القوة المؤثرة أثناء هذا الاصطدام تساوي F= -2م<الخامس>/Δ ر. تغير كامل في الزخم عند الاصطدام بجدران الكل ن/3 جزيئات يساوي . دعونا نحدد الفاصل الزمني Δ ر، والتي ستحدث خلالها جميع تصادمات N/3: D t = 2//< v >. إذن القيمة المتوسطة للقوة المؤثرة على أي جدار هي

ضغط رتحديد الغاز على الحائط كنسبة القوة<F> إلى منطقة الجدار ل 2:

أين الخامس = ل 3 – حجم السفينة .

وبالتالي، فإن ضغط الغاز يتناسب عكسيًا مع حجمه (تذكر أن هذا القانون تم وضعه تجريبيًا بواسطة بويل وماريوت).

دعونا نعيد كتابة التعبير (5.4) في النموذج

هنا متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئات الغاز. يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة ت:

أين ك- ثابت بولتزمان.

بالتعويض (5.6) في (5.5) نحصل على

من الملائم الانتقال من عدد الجزيئات نإلى عدد الشامات نالغاز، نذكر أن ( ن A هو رقم أفوجادرو)، وبعد ذلك

أين ر = كيلو نيوتنأ- ثابت الغازات الشامل .

التعبير (5.8) هو معادلة حالة الغاز المثالي الكلاسيكي لعدد n مول. هذه المعادلة مكتوبة لكتلة تعسفية مغاز

أين م- الكتلة المولية للغاز، تسمى معادلة كلابيرون-مندليف (انظر (5.3)).

تخضع الغازات الحقيقية لهذه المعادلة إلى حد محدود. والحقيقة هي أن المعادلتين (5.8) و (5.9) لا تأخذان في الاعتبار التفاعل بين الجزيئات في الغازات الحقيقية - قوى فان دير فالس.

التحولات المرحلة. يمكن للمادة، حسب الظروف التي توجد فيها، أن تغير حالة تجمعها، أو، كما يقولون، تنتقل من مرحلة إلى أخرى. ويسمى هذا الانتقال بمرحلة انتقالية.

كما ذكرنا أعلاه، فإن العامل الأكثر أهمية الذي يحدد حالة المادة هو درجة حرارتها ت، يصف متوسط ​​الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجزيئات والضغط ر. لذلك، يتم تحليل حالات المادة وانتقالات الطور باستخدام مخطط الحالة، حيث يتم رسم القيم على طول المحاور تو ر، وكل نقطة على المستوى الإحداثي تحدد حالة مادة معينة تتوافق مع هذه المعلمات. دعونا نحلل مخططًا نموذجيًا (الشكل 5.16). منحنيات الزراعة العضوية، أب، أكحالات المادة المنفصلة. عند درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية، تكون جميع المواد تقريبًا في حالة بلورية صلبة.

يسلط الرسم البياني الضوء على نقطتين مميزتين: أو ل. نقطة أتسمى النقطة الثلاثية؛ عند درجات حرارة مناسبة ( تر) والضغط ( رص) يحتوي على الغاز والسائل والصلب في نفس الوقت.

نقطة ليشير إلى حالة حرجة. عند هذه النقطة ( تكر و ر cr) يختفي الفرق بين السائل والغاز، أي. هذا الأخير له نفس الخصائص الفيزيائية.

منحنى الزراعة العضويةهو منحنى التسامي (التسامي)؛ عند الضغط ودرجة الحرارة المناسبين، يحدث تحول بين الغاز والصلب (غاز صلب)، متجاوزًا الحالة السائلة.

تحت الضغط رت< ر < رلا يمكن أن يحدث الانتقال من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة (والعكس) إلا من خلال الطور السائل.

منحنى أكيتوافق مع التبخر (التكثيف). عند الضغط ودرجة الحرارة المناسبة، يحدث التحول "السائل - الغاز" (والعكس).

منحنى أ.بهو منحنى التحول السائل إلى الصلب (الانصهار والتبلور). هذا المنحنى ليس له نهاية، لأن الحالة السائلة تختلف دائمًا عن الحالة البلورية في البنية.

وللتوضيح، نعرض شكل أسطح حالات المادة في متغيرات ص، الخامس، ر(الشكل 5.17)، حيث الخامس- حجم المادة

تشير الحروف G، Zh، T إلى مساحات الأسطح التي تتوافق نقاطها مع الحالات الغازية أو السائلة أو الصلبة، ومساحات الأسطح T-G، Zh-T، T-Z - حالات ذات مرحلتين. من الواضح أننا إذا قمنا بإسقاط خطوط السطح البيني بين الأطوار على المستوى الإحداثي RT، فسنحصل على مخطط طور (انظر الشكل 5.16).

السائل الكمي - الهيليوم. في درجات الحرارة العادية في الأجسام العيانية، بسبب الحركة الحرارية الفوضوية الواضحة، تكون التأثيرات الكمومية غير محسوسة. ومع ذلك، مع انخفاض درجة الحرارة، يمكن لهذه التأثيرات أن تظهر في المقدمة وتتجلى على المستوى العياني. على سبيل المثال، تتميز البلورات بوجود اهتزازات حرارية للأيونات الموجودة عند عقد الشبكة البلورية. مع انخفاض درجة الحرارة، ينخفض ​​\u200b\u200bسعة التذبذبات، ولكن حتى عند الاقتراب من الصفر المطلق، فإن التذبذبات، على عكس الأفكار الكلاسيكية، لا تتوقف.

تفسير هذا التأثير يأتي من علاقة عدم اليقين. إن الانخفاض في سعة التذبذبات يعني انخفاضًا في منطقة توطين الجسيم، أي عدم اليقين في إحداثياته. ووفقا لعلاقة عدم اليقين، فإن هذا يؤدي إلى زيادة عدم اليقين في الزخم. وبالتالي، فإن "إيقاف" الجسيم محظور بموجب قوانين ميكانيكا الكم.

ويتجلى هذا التأثير الكمي البحت في وجود مادة تبقى في حالة سائلة حتى عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. مثل هذا السائل "الكمي" هو الهيليوم. طاقة اهتزازات نقطة الصفر كافية لتدمير الشبكة البلورية. ومع ذلك، عند ضغط يبلغ حوالي 2.5 ميجا باسكال، لا يزال الهيليوم السائل يتبلور.

بلازما.يؤدي نقل طاقة كبيرة إلى ذرات (جزيئات) الغاز من الخارج إلى التأين، أي تفكك الذرات إلى أيونات وإلكترونات حرة. هذه الحالة من المادة تسمى البلازما.

يحدث التأين، على سبيل المثال، عند تسخين الغاز بقوة، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الطاقة الحركية للذرات، أثناء التفريغ الكهربائي في الغاز (تأثير التأين بواسطة الجزيئات المشحونة)، أو عند تعرض الغاز للإشعاع الكهرومغناطيسي (التأين التلقائي). تسمى البلازما التي يتم الحصول عليها عند درجات حرارة عالية جدًا بدرجة الحرارة المرتفعة.

وبما أن الأيونات والإلكترونات في البلازما تحمل شحنات كهربائية غير معوضة، فإن تأثيرها المتبادل مهم. بين جزيئات البلازما المشحونة لا يوجد تفاعل زوجي (كما هو الحال في الغاز)، ولكن تفاعل جماعي. ونتيجة لذلك، تتصرف البلازما كنوع من الوسط المرن الذي يتم من خلاله إثارة وانتشار التذبذبات والموجات المختلفة بسهولة

تتفاعل البلازما بنشاط مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية. البلازما هي الحالة الأكثر شيوعًا للمادة في الكون. تتكون النجوم من بلازما ذات درجة حرارة عالية، وسدم باردة - من بلازما ذات درجة حرارة منخفضة. توجد بلازما منخفضة الحرارة مؤينة بشكل ضعيف في الغلاف الأيوني للأرض.

مراجع الفصل الخامس

1. أخيزر إيه آي، ريكالو ياب الجسيمات الأولية. - م: ناوكا، 1986.

2. أزشلوف أ. عالم الكربون. - م: الكيمياء، 1978.

3. برونشتاين M.P. الذرات والإلكترونات. - م: ناوكا، 1980.

4. بينيلوفسكي في.د. هذه البلورات السائلة المذهلة. - م: التنوير، 1987.

5. فلاسوف ن.أ.المادة المضادة. - م: اتوميزدات، 1966.

6. كريستي ر.، بيتي أ. بنية المادة: مقدمة للفيزياء الحديثة. - م: ناوكا، 1969.

7. كريجي ف. العالم بعيون الفيزياء الحديثة. - م: مكر، 1984.

8. نامبو إي كواركات. - م: مير، 1984.

9. Okun L. B. α, β, γ, …,: مقدمة أولية لفيزياء الجسيمات الأولية. - م: ناوكا، 1985.

10. بيتروف يو. فيزياء الجزيئات الصغيرة. - م: ناوكا، 1982.

11. آي، بورمال إيه بي وآخرون كيف يتم تحويل المواد. - م: ناوكا، 1984.

12. روزنتال آي إم الجسيمات الأولية وبنية الكون. - م: ناوكا، 1984.

13. سمورودينسكي أ. الجسيمات الأولية. - م: المعرفة، 1968.

توجد المواد في الطبيعة في ثلاث حالات: الصلبة والسائلة والغازية. على سبيل المثال، يمكن أن يكون الماء في الحالة الصلبة (الجليد)، والسائلة (الماء)، والغازية (بخار الماء). في مقياس الحرارة الذي تعرفه، الزئبق سائل. توجد أبخرة زئبق فوق السطح، وعند درجة حرارة -39 مئوية يتحول الزئبق إلى مادة صلبة.

في حالات مختلفة، المواد لها خصائص مختلفة. معظم الأجسام من حولنا مصنوعة من مواد صلبة. وهي المنازل والسيارات والأدوات وغيرها. ويمكن تغيير شكل الجسم الصلب، لكن هذا يحتاج إلى جهد. على سبيل المثال، لثني الظفر، تحتاج إلى تطبيق قدر كبير من القوة.

في الظروف العادية، يكون من الصعب ضغط أو تمديد جسم صلب.

لإعطاء المواد الصلبة الشكل والحجم المطلوبين في المصانع والمصانع، تتم معالجتها على آلات خاصة: المخارط، والمسطحات، والمطاحن.

المادة الصلبة لها شكلها وحجمها الخاص.

على عكس المواد الصلبة، فإن السوائل تغير شكلها بسهولة. يأخذون شكل الوعاء الذي يوجدون فيه.

على سبيل المثال، الحليب الذي يملأ الزجاجة يكون على شكل زجاجة. وعندما يُسكب في كوب، فإنه يأخذ شكل الزجاج (الشكل 13). ولكن، تغيير الشكل، يحتفظ السائل بحجمه.

في ظل الظروف العادية، قطرات صغيرة فقط من السائل لها شكلها الخاص - شكل الكرة. هذه، على سبيل المثال، قطرات المطر أو القطرات التي ينفصل فيها تيار من السائل.

يعتمد إنتاج الأجسام من الزجاج المنصهر على خاصية السائل لتغيير شكله بسهولة (الشكل 14).

السوائل تغير شكلها بسهولة ولكنها تحتفظ بحجمها.

الهواء الذي نتنفسه هو مادة غازية، أو غاز. وبما أن معظم الغازات عديمة اللون وشفافة، فهي غير مرئية.

يمكن الشعور بوجود الهواء عند الوقوف عند النافذة المفتوحة لقطار متحرك. ويمكن الشعور بوجودها في المساحة المحيطة إذا كان هناك تيار هوائي في الغرفة، ويمكن أيضًا إثباتها باستخدام تجارب بسيطة.

إذا قلبت كوبًا رأسًا على عقب وحاولت إنزاله في الماء، فلن يدخل الماء إلى الكوب لأنه مملوء بالهواء. الآن دعونا ننزل قمعًا في الماء، وهو متصل بواسطة خرطوم مطاطي بأنبوب زجاجي (الشكل 15). سيبدأ الهواء من القمع بالهروب عبر هذا الأنبوب.

تؤكد هذه الأمثلة والتجارب وغيرها الكثير وجود هواء في الفضاء المحيط.

الغازات، على عكس السوائل، تغير حجمها بسهولة. عندما نضغط على كرة التنس، فإننا نغير حجم الهواء الذي يملأ الكرة. الغاز الموضوع في حاوية مغلقة يشغل الحاوية بأكملها. لا يمكنك ملء نصف زجاجة بالغاز بنفس الطريقة التي يمكنك بها ملء السائل.

الغازات ليس لها شكلها الخاص وحجمها الثابت. يأخذون شكل الوعاء ويملأون الحجم المقدم لهم بالكامل.

1. ما هي حالات المادة الثلاث التي تعرفها؟ 2. قائمة خصائص المواد الصلبة. 3. تسمية خصائص السوائل. 4. ما هي خصائص الغازات؟

من المعروف اليوم وجود أكثر من 3 ملايين مادة مختلفة. وهذا الرقم يتزايد كل عام، حيث يقوم الكيميائيون الاصطناعيون وغيرهم من العلماء بإجراء تجارب باستمرار للحصول على مركبات جديدة لها بعض الخصائص المفيدة.

بعض المواد هي كائنات طبيعية، تتشكل بشكل طبيعي. والنصف الآخر اصطناعي وصناعي. ومع ذلك، في الحالتين الأولى والثانية، يتكون جزء كبير من المواد الغازية، والأمثلة والخصائص التي سننظر فيها في هذه المقالة.

الحالات الإجمالية للمواد

منذ القرن السابع عشر، كان من المقبول عمومًا أن جميع المركبات المعروفة قادرة على التواجد في ثلاث حالات من التجميع: المواد الصلبة والسائلة والغازية. لكن الأبحاث الدقيقة في العقود الأخيرة في مجالات علم الفلك والفيزياء والكيمياء وبيولوجيا الفضاء وغيرها من العلوم أثبتت أن هناك شكلاً آخر. هذه بلازما.

ما هي؟ هذا جزئيًا أو كليًا، واتضح أن هناك أغلبية ساحقة من هذه المواد في الكون. لذلك، في حالة البلازما يتم العثور على ما يلي:

• المادة بين النجوم.
• المادة الكونية؛
• الطبقات العليا من الغلاف الجوي.
• السدم.
• تكوين العديد من الكواكب.
• النجوم.

لذلك يقولون اليوم أن هناك مواد صلبة وسائلة وغازات وبلازما. وبالمناسبة، يمكن نقل كل غاز بشكل مصطنع إلى هذه الحالة إذا تعرض للتأين، أي أجبر على التحول إلى أيونات.

المواد الغازية: أمثلة

هناك الكثير من الأمثلة على المواد قيد النظر. بعد كل شيء، أصبحت الغازات معروفة منذ القرن السابع عشر، عندما حصل عالم الطبيعة فان هيلمونت على ثاني أكسيد الكربون لأول مرة وبدأ في دراسة خصائصه. بالمناسبة، أعطى أيضًا اسمًا لهذه المجموعة من المركبات، لأنه في رأيه الغازات شيء مضطرب وفوضوي ومرتبط بالأرواح وشيء غير مرئي ولكنه ملموس. لقد ترسخ هذا الاسم في روسيا.

من الممكن تصنيف جميع المواد الغازية، فسيكون من الأسهل إعطاء أمثلة. بعد كل شيء، من الصعب تغطية كل التنوع.

وفقا للتكوين فهي تتميز:

• بسيط،
• جزيئات معقدة.

تشمل المجموعة الأولى تلك التي تتكون من ذرات متطابقة بأي كمية. مثال: الأكسجين - O 2، الأوزون - O 3، الهيدروجين - H 2، الكلور - CL 2، الفلور - F 2، النيتروجين - N 2 وغيرها.

• كبريتيد الهيدروجين - H 2 S؛
• كلوريد الهيدروجين - حمض الهيدروكلوريك؛
• الميثان - CH 4؛
• ثاني أكسيد الكبريت - SO 2؛
• الغاز البني - رقم 2؛
• الفريون - CF 2 CL 2؛
• الأمونيا - NH 3 وغيرها.

التصنيف حسب طبيعة المواد

كما يمكنك تصنيف أنواع المواد الغازية حسب انتمائها إلى العالم العضوي وغير العضوي. أي بطبيعة الذرات التي يتكون منها. الغازات العضوية هي:

• الممثلين الخمسة الأوائل (الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان والبنتان). الصيغة العامة C n H 2n+2 ;
• الإيثيلين - C 2 H 4؛
• الأسيتيلين أو الإيثيلين - C2H2؛
• ميثيل أمين - CH 3 NH 2 وغيرها.

التصنيف الآخر الذي يمكن تطبيقه على المركبات المعنية هو التقسيم بناءً على الجزيئات التي تحتوي عليها. ليست كل المواد الغازية مكونة من ذرات. تشير أمثلة الهياكل التي توجد فيها الأيونات والجزيئات والفوتونات والإلكترونات والجسيمات البراونية والبلازما أيضًا إلى مركبات في حالة التجميع هذه.

خصائص الغازات

تختلف خصائص المواد الموجودة في الحالة قيد النظر عن خصائص المركبات الصلبة أو السائلة. الشيء هو أن خصائص المواد الغازية خاصة. جزيئاتها متنقلة بسهولة وبسرعة، والمادة ككل متناحية الخواص، أي أن الخصائص لا يتم تحديدها من خلال اتجاه حركة الهياكل المضمنة في التركيبة.

من الممكن التعرف على أهم الخصائص الفيزيائية للمواد الغازية، والتي ستميزها عن سائر أشكال وجود المادة.

1. هذه هي الروابط التي لا يمكن رؤيتها أو التحكم فيها أو الشعور بها بالوسائل البشرية العادية. لفهم خصائص غاز معين وتحديده، يعتمدون على أربعة عوامل تصفهم جميعًا: الضغط، ودرجة الحرارة، وكمية المادة (مول)، والحجم.
2. على عكس السوائل، فإن الغازات قادرة على احتلال المساحة بأكملها دون أن يترك أثرا، يقتصر فقط على حجم الوعاء أو الغرفة.
3. تختلط جميع الغازات مع بعضها البعض بسهولة، ولا تحتوي هذه المركبات على واجهة.
4. هناك ممثلون أخف وزنا وأثقل، لذلك تحت تأثير الجاذبية والوقت، من الممكن رؤية فصلهم.
5. يعد الانتشار أحد أهم خصائص هذه المركبات. القدرة على اختراق المواد الأخرى وتشبعها من الداخل، مع القيام بحركات مضطربة تماماً داخل بنيتها.
6. لا يمكن للغازات الحقيقية إجراء التيار الكهربائي، ولكن إذا تحدثنا عن المواد المتخلخلة والمتأينة، فإن الموصلية تزداد بشكل حاد.
7. السعة الحرارية والتوصيل الحراري للغازات منخفضة وتختلف بين الأنواع المختلفة.
8. تزداد اللزوجة مع زيادة الضغط ودرجة الحرارة.
9. هناك خياران للانتقال بين الطور: التبخر - يتحول السائل إلى بخار، والتسامي - تصبح المادة الصلبة، التي تتجاوز المادة السائلة، غازية.

السمة المميزة للأبخرة من الغازات الحقيقية هي أن الأول، في ظل ظروف معينة، قادر على التحول إلى مرحلة سائلة أو صلبة، في حين أن الأخير ليس كذلك. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن المركبات المعنية قادرة على مقاومة التشوه وتكون سائلة.

هذه الخصائص للمواد الغازية تسمح باستخدامها على نطاق واسع في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا والصناعة والاقتصاد الوطني. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الخصائص المحددة تكون فردية تمامًا لكل ممثل. لقد نظرنا فقط في الميزات المشتركة لجميع الهياكل الحقيقية.

الانضغاطية

عند درجات حرارة مختلفة، وكذلك تحت تأثير الضغط، تكون الغازات قادرة على الضغط، مما يزيد من تركيزها وتقليل حجمها المشغول. في درجات حرارة مرتفعة تتوسع، وفي درجات حرارة منخفضة تتقلص.

تحدث التغييرات أيضًا تحت الضغط. تزداد كثافة المواد الغازية، وعند الوصول إلى نقطة حرجة، والتي تختلف بالنسبة لكل ممثل، قد يحدث الانتقال إلى حالة أخرى من التجميع.

أهم العلماء الذين ساهموا في تطوير دراسة الغازات

هناك الكثير من هؤلاء الأشخاص، لأن دراسة الغازات هي عملية كثيفة العمالة وطويلة تاريخيا. دعونا نتحدث عن أشهر الشخصيات التي تمكنت من تحقيق أهم الاكتشافات.

1. تم اكتشافه في عام 1811. لا يهم أي نوع من الغازات، الشيء الرئيسي هو أنه في ظل نفس الظروف، يحتوي حجم واحد على كمية متساوية منها من حيث عدد الجزيئات. وهناك قيمة محسوبة تحمل اسم العالم. وهو يساوي 6.03 * 10 23 جزيءًا لكل 1 مول من أي غاز.
2. فيرمي - ابتكر نظرية الغاز الكمي المثالي.
3. جاي لوساك، بويل ماريوت - أسماء العلماء الذين ابتكروا المعادلات الحركية الأساسية للحسابات.
4. روبرت بويل.
5. جون دالتون.
6. جاك تشارلز والعديد من العلماء الآخرين.

هيكل المواد الغازية

إن أهم ما يميز بناء الشبكة البلورية للمواد قيد النظر هو أن عقدها تحتوي إما على ذرات أو جزيئات ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية ضعيفة. توجد قوى فان دير فال أيضًا عندما يتعلق الأمر بالأيونات والإلكترونات والأنظمة الكمومية الأخرى.

ولذلك، فإن الأنواع الرئيسية لهيكل شبكات الغاز هي:

• الذري؛
• جزيئي.

يتم كسر الاتصالات في الداخل بسهولة، وبالتالي فإن هذه الاتصالات ليس لها شكل ثابت، ولكنها تملأ الحجم المكاني بأكمله. وهذا ما يفسر أيضًا نقص التوصيل الكهربائي وضعف التوصيل الحراري. لكن الغازات تتمتع بعزل حراري جيد، لأنها بفضل الانتشار قادرة على اختراق المواد الصلبة واحتلال مساحات عنقودية حرة بداخلها. وفي الوقت نفسه، لا يمر الهواء، ويتم الاحتفاظ بالحرارة. هذا هو الأساس للاستخدام المشترك للغازات والمواد الصلبة لأغراض البناء.

المواد البسيطة بين الغازات

لقد ناقشنا أعلاه الغازات التي تنتمي إلى هذه الفئة من حيث التركيب والبنية. هذه هي تلك التي تتكون من ذرات متطابقة. يمكن إعطاء العديد من الأمثلة، لأن جزءًا كبيرًا من اللافلزات من الجدول الدوري بأكمله في ظل الظروف العادية موجود في حالة التجميع هذه بالتحديد. على سبيل المثال:

• الفسفور الأبيض - أحد هذا العنصر؛
• نتروجين؛
• الأكسجين.
• الفلور.
• الكلور.
• الهيليوم.
• نيون؛
• الأرجون.
• الكريبتون.
• زينون.

يمكن أن تكون جزيئات هذه الغازات إما أحادية الذرة (الغازات النبيلة) أو متعددة الذرات (الأوزون - O 3). نوع الرابطة تساهمية غير قطبية، وفي معظم الحالات تكون ضعيفة جدًا، ولكن ليس في جميع الحالات. الشبكة البلورية هي من النوع الجزيئي، مما يسمح لهذه المواد بالانتقال بسهولة من حالة تجميع إلى أخرى. على سبيل المثال، اليود في الظروف العادية يكون عبارة عن بلورات أرجوانية داكنة ذات بريق معدني. ومع ذلك، عند تسخينها، فإنها تتسامى إلى سحب من الغاز الأرجواني اللامع - I2.

بالمناسبة، أي مادة، بما في ذلك المعادن، يمكن أن توجد في حالة غازية في ظل ظروف معينة.

مركبات معقدة ذات طبيعة غازية

هذه الغازات، بطبيعة الحال، هي الأغلبية. تسمح مجموعات مختلفة من الذرات في الجزيئات، متحدة بروابط تساهمية وتفاعلات فان دير فال، بتكوين مئات من الممثلين المختلفين لحالة التجميع المدروسة.

ومن أمثلة المواد المعقدة بين الغازات جميع المركبات التي تتكون من عنصرين مختلفين أو أكثر. قد يشمل ذلك:

• البروبان.
• البيوتان.
• الأسيتيلين.
• الأمونيا.
• سيلاني.
• الفوسفين.
• الميثان.
• ثاني كبريتيد الكربون؛
• ثاني أكسيد الكبريت؛
• غاز بني
• غاز الفريون؛
• الإيثيلين وغيرها.

شعرية كريستال من النوع الجزيئي. العديد من الممثلين يذوبون بسهولة في الماء، وتشكيل الأحماض المقابلة. وتشكل معظم هذه المركبات جزءًا مهمًا من التركيبات الكيميائية التي تتم في الصناعة.

الميثان ومماثلاته

في بعض الأحيان يشير المفهوم العام لـ "الغاز" إلى معدن طبيعي، وهو عبارة عن خليط كامل من المنتجات الغازية ذات الطبيعة العضوية في الغالب. يحتوي على مواد مثل:

• الميثان.
• الإيثان.
• البروبان.
• البيوتان.
• الإيثيلين.
• الأسيتيلين.
• البنتان وبعض الآخرين.

وهي مهمة جدًا في الصناعة، لأن خليط البروبان والبيوتان هو الغاز المنزلي الذي يطبخ به الناس، والذي يستخدم كمصدر للطاقة والحرارة.

يستخدم الكثير منها لتخليق الكحوليات والألدهيدات والأحماض والمواد العضوية الأخرى. ويبلغ الاستهلاك السنوي من الغاز الطبيعي تريليونات الأمتار المكعبة، وهذا أمر مبرر تماما.

الأكسجين وثاني أكسيد الكربون

ما هي المواد الغازية التي يمكن تسميتها الأكثر انتشارًا والمعروفة حتى لدى طلاب الصف الأول؟ الجواب واضح - الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. بعد كل شيء، هم المشاركون المباشرون في تبادل الغازات الذي يحدث في جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب.

من المعروف أن الحياة ممكنة بفضل الأكسجين، حيث يمكن أن توجد فقط بعض أنواع البكتيريا اللاهوائية بدونه. وثاني أكسيد الكربون هو منتج "غذائي" ضروري لجميع النباتات التي تمتصه للقيام بعملية التمثيل الضوئي.

من وجهة نظر كيميائية، يعد كل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من المواد المهمة للقيام بتخليق المركبات. الأول هو عامل مؤكسد قوي، والثاني هو في كثير من الأحيان عامل اختزال.

الهالوجينات

هذه مجموعة من المركبات التي تكون الذرات فيها عبارة عن جزيئات من مادة غازية، متصلة في أزواج ببعضها البعض من خلال رابطة تساهمية غير قطبية. ومع ذلك، ليست كل الهالوجينات غازات. البروم سائل في الظروف العادية، واليود مادة صلبة تتسامى بسهولة. الفلور والكلور من المواد السامة التي تشكل خطرا على صحة الكائنات الحية، وهي عوامل مؤكسدة قوية وتستخدم على نطاق واسع جدا في التركيبات.

الغاز (الحالة الغازية) الغاز هو حالة تجمع لمادة ما، وتتميز بروابط ضعيفة للغاية بين الجزيئات المكونة لها (الجزيئات أو الذرات أو الأيونات)، فضلاً عن حركتها العالية.

مميزات الغازات سهولة ضغطها. ليس لها شكل أو حجم خاص بها، أي تمتزج الغازات مع بعضها البعض بأي نسبة.

رقم أفوجادرو القيمة NA = 6,022...× 1023 تسمى رقم أفوجادرو. هذا هو الثابت العالمي لأصغر جزيئات أي مادة.

نتيجة طبيعية لقانون أفوجادرو 1 مول من أي غاز عند n. ش. (760 ملم زئبق و00 درجة مئوية) يحتل حجمًا قدره 22.4 لترًا. Vm = 22.4 لتر/مول – الحجم المولي للغازات

أهم مخاليط الغاز الطبيعي تركيب الهواء: φ(N2) = 78%; φ(يا 2) = 21%; φ(CO 2) = 0. 03 الغاز الطبيعي عبارة عن خليط من الهيدروكربونات.

إنتاج الهيدروجين. في الصناعة: تكسير وإعادة تشكيل الهيدروكربونات أثناء تكرير النفط: C2H6 (t = 10000C) → 2C + 3H2 من الغاز الطبيعي. CH 4 + O 2 + 2 H 2 O → 2 CO 2 +6 H 2 O

هيدروجين H2 في المختبر: تأثير الأحماض المخففة على المعادن. لتنفيذ هذا التفاعل، غالبا ما يستخدم الزنك وحمض الكبريتيك المخفف: Zn + 2 HCl → Zn. Cl 2 + H 2 تفاعل الكالسيوم مع الماء: Ca + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + H 2 التحلل المائي للهيدريدات: Ca. H 2 + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + 2 H 2 عمل القلويات على الزنك أو الألومنيوم: Zn + 2 Na. أوه + 2 ح 2 يا نا 2 + ح 2

خصائص الهيدروجين أخف الغازات فهو أخف من الهواء بمقدار 14.5 مرة. يتمتع الهيدروجين بأعلى الموصلية الحرارية بين المواد الغازية. الموصلية الحرارية لها أعلى بحوالي سبعة أضعاف من الموصلية الحرارية للهواء. جزيء الهيدروجين ثنائي الذرة - H 2. في الظروف العادية، يكون غازًا عديم اللون والرائحة والطعم.

الأكسجين في الصناعة: من الهواء. الطريقة الصناعية الرئيسية لإنتاج الأكسجين هي التصحيح المبرد. في المعمل: من برمنجنات البوتاسيوم (برمنجنات البوتاسيوم): 2 كمن. يا 4 = ك 2 من. يا 4 + من. يا 2 + يا 2 ; 2 ح 2 يا 2 = 2 ح 2 يا + يا 2.

خصائص الأكسجين في الظروف العادية، يكون الأكسجين غازًا بدون لون أو طعم أو رائحة. 1 لتر منه كتلته 1.429 جرام أثقل قليلاً من الهواء. قابل للذوبان قليلا في الماء والكحول، قابل للذوبان في الفضة المنصهرة. غير مغناطيسي.

أول أكسيد الكربون (IV) في المختبر: من الطباشير أو الحجر الجيري أو الرخام: Na 2 CO 3 + 2 HCl = 2 Na. Cl + CO 2 + H 2 O Ca. CO 3 + حمض الهيدروكلوريك = Ca. Cl 2 + CO 2 + H 2 O في الطبيعة: التمثيل الضوئي في النباتات: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O

أول أكسيد الكربون (IV) أول أكسيد الكربون (IV) (ثاني أكسيد الكربون) هو غاز عديم اللون والرائحة وذو طعم حامض قليلاً. أثقل من الهواء، قابل للذوبان في الماء، عند التبريد القوي يتبلور على شكل كتلة بيضاء تشبه الثلج - "الثلج الجاف". عند الضغط الجوي لا يذوب، بل يتبخر؛ درجة حرارة التسامي هي -78 درجة مئوية.

الأمونيا (غير محددة) هي غاز عديم اللون ذو رائحة مميزة حادة (رائحة الأمونيا). الأمونيا أخف وزنًا من الهواء بمقدار ضعفين تقريبًا، كما أن قابلية ذوبان NH 3 في الماء عالية للغاية. يتم الحصول في المختبر على الأمونيا: عن طريق تفاعل القلويات مع أملاح الأمونيوم: NH 4 Cl + Na. أوه = نا. Cl + H2O + NH3 في الصناعة: تفاعل الهيدروجين والنيتروجين: 3 H + N = 2 NH

الإيثيلين في المختبر: تجفيف الكحول الإيثيلي في الصناعة: تكسير المنتجات البترولية: C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4 إيثان إيثان

الإيثيلين هو غاز عديم اللون ذو رائحة حلوة باهتة وكثافة عالية نسبيا. يحترق الإيثيلين بلهب مضيء؛ يشكل خليط متفجر مع الهواء والأكسجين. الإيثيلين غير قابل للذوبان عمليا في الماء.

الحصول على الغازات وجمعها والتعرف عليها اسم الغاز (الصيغة) الهيدروجين (H 2) الأكسجين (O 2) ثاني أكسيد الكربون (CO 2) الأمونيا (NH 3) الإيثيلين (C 2 H 4) طريقة المختبر الفيزيائي للخصائص طريقة الجمع طريقة الحصول قيمة الغاز المعترف بها حول المواد

المشاكل المشكلة رقم 1. يتفاعل 13.5 جرام من الزنك (Zn) مع حمض الهيدروكلوريك (HCl). الجزء الحجمي من الهيدروجين (H 2) الناتج هو 85%. احسب حجم الهيدروجين الذي تم إطلاقه؟ المشكلة رقم 2. يوجد خليط غاز تكون فيه أجزاء كتلة الغاز متساوية (٪): الميثان - 65 والهيدروجين - 35. حدد أجزاء حجم الغازات في هذا الخليط.

مسألة رقم 1 1) لنكتب معادلة التفاعل لتفاعل الزنك (Zn) مع حمض الهيدروكلوريك (HCl): Zn + 2HCl = Zn. Cl 2 + H 2 2) n (Zn) = 13.5 / 65 = 0.2 (مول). 3) 1 مول من الزنك يزيح 1 مول من الهيدروجين (H2)، و 0.2 مول من الزنك يزيح × مول من الهيدروجين (H2). نحصل على: نظرية V. (ح 2) = 0.2 ∙ 22.4 = 4.48 (ل). 4) دعونا نحسب الحجم العملي للهيدروجين باستخدام الصيغة: V عملي. (ح 2) = 85 ⋅ 4.48 / 100 = 3.81 (ل).

المشكلة رقم 2 يوجد خليط غازي تكون الأجزاء الكتلية للغاز فيه متساوية (٪): الميثان - 65 والهيدروجين - 35. حدد أجزاء حجم الغازات في هذا الخليط.