Agregasyonun ne olduğu, katı, sıvı ve gazların hangi özellik ve özellikleri olduğu ile ilgili sorular çeşitli eğitim kurslarında ele alınmaktadır. Yapının kendi karakteristik özelliklerine sahip üç klasik madde hali vardır. Onların anlayışı, Dünya bilimlerini, canlı organizmaları ve üretim faaliyetlerini anlamada önemli bir noktadır. Bu sorular fizik, kimya, coğrafya, jeoloji, fizikokimya ve diğer bilimsel disiplinler tarafından incelenir. Üç temel hal türünden birinde belirli koşullar altında bulunan maddeler, sıcaklık veya basınçtaki artış veya azalma ile değişebilir. Doğada, teknolojide ve günlük yaşamda gerçekleştirildiği için bir kümelenme durumundan diğerine olası geçişleri düşünün.
Toplama durumu nedir?
Latince kökenli "aggrego" kelimesi Rusça'ya çevrilmiştir ve "eklemek" anlamına gelir. Bilimsel terim, aynı cismin, maddenin durumunu ifade eder. Katıların belirli sıcaklık değerlerinde ve farklı basınçlarda bulunması,gazlar ve sıvılar, Dünya'nın tüm kabuklarının karakteristiğidir. Üç temel toplu duruma ek olarak, dördüncüsü de vardır. Artan sıcaklık ve sabit basınçta, gaz bir plazmaya dönüşür. Bir kümelenme halinin ne olduğunu daha iyi anlamak için maddeleri ve cisimleri oluşturan en küçük parçacıkları hatırlamak gerekir.
Yukarıdaki diyagram şunları gösterir: a - gaz; b - sıvı; c katı bir cisimdir. Bu tür şekillerde daireler, maddelerin yapısal unsurlarını gösterir. Bu bir semboldür, aslında atomlar, moleküller, iyonlar katı toplar değildir. Atomlar, etrafında negatif yüklü elektronların yüksek hızda hareket ettiği pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Maddenin mikroskobik yapısı hakkında bilgi, farklı toplu formlar arasında var olan farklılıkları daha iyi anlamaya yardımcı olur.
Mikro kozmosun temsilleri: Antik Yunanistan'dan 17. yüzyıla
Fiziksel bedenleri oluşturan parçacıklarla ilgili ilk bilgiler antik Yunanistan'da ortaya çıktı. Düşünürler Democritus ve Epicurus, atom gibi bir kavram ortaya koydu. Farklı maddelerin bu en küçük bölünmez parçacıklarının bir şekle, belirli boyutlara sahip olduğuna, birbirleriyle hareket edebildiğine ve etkileşime girebildiğine inanıyorlardı. Atomistik, antik Yunanistan'ın zamanına göre en gelişmiş öğretisi haline geldi. Ancak Orta Çağ'da gelişimi yavaşladı. O zamandan beri bilim adamları, Roma Katolik Kilisesi Engizisyonu tarafından zulüm gördüler. Bu nedenle, modern zamanlara kadar maddenin kümelenme durumunun ne olduğu konusunda net bir kavram yoktu. Sadece 17. yüzyıldan sonrabilim adamları R. Boyle, M. Lomonosov, D. D alton, A. Lavoisier, atom-moleküler teorinin bugün bile önemini kaybetmeyen hükümlerini formüle ettiler.
Atomlar, moleküller, iyonlar maddenin yapısının mikroskobik parçacıklarıdır
Mikrokozmosu anlamada önemli bir atılım, elektron mikroskobunun icat edildiği 20. yüzyılda gerçekleşti. Bilim adamlarının daha önce yaptığı keşifleri dikkate alarak, mikro dünyanın uyumlu bir resmini bir araya getirmek mümkün oldu. Maddenin en küçük parçacıklarının durumunu ve davranışını tanımlayan teoriler oldukça karmaşıktır; kuantum fiziği alanına aittirler. Maddenin farklı küme hallerinin özelliklerini anlamak için farklı maddeleri oluşturan ana yapısal parçacıkların isimlerini ve özelliklerini bilmek yeterlidir.
- Atomlar kimyasal olarak bölünmez parçacıklardır. Kimyasal reaksiyonlarda korunur, ancak nükleerde yok edilir. Metaller ve atomik yapıya sahip diğer birçok madde, normal koşullar altında katı bir kümelenme durumuna sahiptir.
- Moleküller, kimyasal reaksiyonlarda parçalanan ve oluşan parçacıklardır. Moleküler yapıda oksijen, su, karbondioksit, kükürt bulunur. Normal koşullar altında oksijen, nitrojen, kükürt dioksit, karbon, oksijenin toplam hali gaz halindedir.
- İyonlar, atomların ve moleküllerin elektron kazandıklarında veya kaybettiklerinde dönüştüğü yüklü parçacıklardır - mikroskobik negatif yüklü parçacıklar. Birçok tuzun iyonik bir yapısı vardır, örneğin sofra tuzu, demir ve bakır sülfat.
Uzayda parçacıkları belirli bir şekilde düzenlenmiş maddeler vardır. Sıralı göreli konumatomlara, iyonlara, moleküllere kristal kafes denir. Genellikle iyonik ve atomik kristal kafesler katılar, moleküler - sıvılar ve gazlar için tipiktir. Elmas yüksek bir sertliğe sahiptir. Atomik kristal kafesi karbon atomlarından oluşur. Ancak yumuşak grafit de bu kimyasal elementin atomlarından oluşur. Sadece uzayda farklı şekilde bulunurlar. Sülfürün olağan agregasyon durumu katıdır, ancak yüksek sıcaklıklarda madde sıvı ve şekilsiz bir kütleye dönüşür.
Katı bir kümelenme halindeki maddeler
Katı cisimler normal şartlar altında hacimlerini ve şekillerini korurlar. Örneğin, bir kum tanesi, bir şeker tanesi, bir tuz, bir parça kaya veya metal. Şeker ısıtılırsa, madde erimeye başlar ve viskoz kahverengi bir sıvıya dönüşür. Isıtmayı durdurun - yine katı alıyoruz. Bu, bir katının sıvıya geçişinin ana koşullarından birinin ısınması veya bir maddenin parçacıklarının iç enerjisinde bir artış olduğu anlamına gelir. Gıdalarda kullanılan tuzun katı haldeki agregasyon durumu da değiştirilebilir. Ancak sofra tuzunu eritmek için şekeri ısıtırken olduğundan daha yüksek bir sıcaklığa ihtiyacınız vardır. Gerçek şu ki, şeker moleküllerden oluşur ve sofra tuzu, birbirlerine daha güçlü bir şekilde çekilen yüklü iyonlardan oluşur. Sıvı haldeki katılar, kristal kafesler bozulduğu için şekillerini korumazlar.
Tuzun erime sırasındaki sıvı hali, kristallerdeki iyonlar arasındaki bağın kopmasıyla açıklanır. serbest bırakıldıelektrik yükü taşıyabilen yüklü parçacıklar. Erimiş tuzlar elektriği iletir ve iletkendir. Kimya, metalurji ve mühendislik endüstrilerinde katılar, onlardan yeni bileşikler elde etmek veya onlara farklı şekiller vermek için sıvılara dönüştürülür. Metal alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Katı hammaddelerin kümelenme durumundaki değişikliklerle bağlantılı olarak bunları elde etmenin birkaç yolu vardır.
Sıvı, toplamanın temel hallerinden biridir
50 ml suyu yuvarlak tabanlı bir şişeye döktüğünüzde maddenin hemen kimyasal kap şeklini aldığını görebilirsiniz. Ama suyu şişeden döktüğümüz anda sıvı hemen masanın yüzeyine yayılacaktır. Su hacmi aynı kalacak - 50 ml ve şekli değişecek. Bu özellikler, maddenin varlığının sıvı formunun karakteristiğidir. Sıvılar birçok organik maddedir: alkoller, bitkisel yağlar, asitler.
Süt bir emülsiyondur, yani içinde yağ damlacıkları bulunan bir sıvıdır. Yararlı bir sıvı mineral yağdır. Karada ve okyanusta sondaj kuleleri kullanılarak kuyulardan çıkarılır. Deniz suyu da sanayi için bir hammaddedir. Nehirlerin ve göllerin tatlı sularından farkı, başta tuzlar olmak üzere çözünmüş maddelerin içeriğinde yatmaktadır. Su kütlelerinin yüzeyinden buharlaşma sırasında sadece H2O molekülleri buhar durumuna geçer, çözünen maddeler kalır. Deniz suyundan faydalı maddeler elde etme yöntemleri ve saflaştırma yöntemleri bu özelliğe dayanmaktadır.
Ne zamantuzların tamamen uzaklaştırılmasıyla damıtılmış su elde edilir. 100°C'de kaynar ve 0°C'de donar. Tuzlu sular kaynar ve farklı sıcaklıklarda buza dönüşür. Örneğin, Arktik Okyanusu'ndaki su 2°C'lik bir yüzey sıcaklığında donar.
Cıvanın normal koşullar altında toplam hali sıvıdır. Bu gümüş grisi metal genellikle tıbbi termometrelerle doldurulur. Isıtıldığında, cıva sütunu ölçekte yükselir, madde genişler. Sokak termometreleri neden cıva değil de kırmızı renkli alkol kullanır? Bu, sıvı metalin özellikleri ile açıklanmaktadır. 30 derecelik donlarda cıvanın toplam durumu değişir, madde katı hale gelir.
Tıbbi bir termometre kırılırsa ve cıva dökülürse, ellerinizle gümüş topları almak tehlikelidir. Cıva buharını solumak zararlıdır, bu madde çok zehirlidir. Bu gibi durumlarda çocuklar ebeveynlerinden, yetişkinlerden yardım almalıdır.
Gaz durumu
Gazlar hacimlerini veya şekillerini koruyamazlar. Şişeyi oksijenle (kimyasal formülü O2) tepesine kadar doldurun. Şişeyi açar açmaz maddenin molekülleri odadaki hava ile karışmaya başlayacaktır. Bunun nedeni Brownian hareketidir. Antik Yunan bilim adamı Demokritos bile madde parçacıklarının sürekli hareket halinde olduğuna inanıyordu. Katılarda normal şartlar altında atomların, moleküllerin, iyonların kristal kafesten ayrılma, diğer parçacıklarla olan bağlardan kurtulma şansı yoktur. Bu ancak şu durumlarda mümkündür:dışarıdan büyük miktarda enerji.
Sıvılarda, parçacıklar arasındaki mesafe katılara göre biraz daha fazladır, moleküller arası bağları kırmak için daha az enerji gerektirirler. Örneğin, oksijenin sıvı küme durumu yalnızca gaz sıcaklığı -183 °C'ye düştüğünde gözlemlenir. -223 °C'de O2 molekülleri bir katı oluşturur. Sıcaklık verilen değerlerin üzerine çıktığında oksijen gaza dönüşür. Normal şartlar altında bu formdadır. Sanayi işletmelerinde atmosferik havayı ayırmak ve ondan azot ve oksijen elde etmek için özel tesisler vardır. Önce hava soğutulur ve sıvılaştırılır ve ardından sıcaklık kademeli olarak artırılır. Azot ve oksijen farklı koşullar altında gaza dönüşür.
Dünya'nın atmosferi hacimce %21 oksijen ve %78 azot içerir. Sıvı halde, bu maddeler gezegenin gaz halindeki zarfında bulunmaz. Sıvı oksijen açık mavi bir renge sahiptir ve tıbbi tesislerde kullanılmak üzere yüksek basınçta silindirlere doldurulur. Endüstride ve inşaatta, birçok işlem için sıvılaştırılmış gazlar gereklidir. Oksijen, gaz kaynağı ve metallerin kesilmesi için, kimyada - inorganik ve organik maddelerin oksidasyon reaksiyonları için gereklidir. Oksijen tüpünün valfini açarsanız basınç düşer, sıvı gaza dönüşür.
Sıvılaştırılmış propan, metan ve bütan enerji, ulaşım, sanayi ve ev faaliyetlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu maddeler doğal gazdan veya kırma yoluyla elde edilir.(bölünme) ham petrol. Karbon sıvı ve gaz karışımları birçok ülkenin ekonomisinde önemli bir rol oynamaktadır. Ancak petrol ve doğal gaz rezervleri ciddi şekilde tükendi. Bilim adamlarına göre bu hammadde 100-120 yıl dayanacak. Alternatif bir enerji kaynağı hava akımıdır (rüzgar). Hızlı akan nehirler, denizlerin kıyılarındaki gelgitler ve okyanuslar enerji santrallerini çalıştırmak için kullanılır.
Oksijen, diğer gazlar gibi, bir plazmayı temsil eden dördüncü kümelenme durumunda olabilir. Katı halden gaz haline alışılmadık bir geçiş, kristal iyotun karakteristik bir özelliğidir. Koyu mor bir madde süblimleşmeye uğrar - sıvı halini atlayarak gaza dönüşür.
Bir toplam madde biçiminden diğerine geçişler nasıl gerçekleştirilir?
Maddelerin toplam halindeki değişiklikler kimyasal dönüşümlerle ilişkili değildir, bunlar fiziksel olaylardır. Sıcaklık yükseldiğinde birçok katı erir ve sıvı hale gelir. Sıcaklığın daha da artması buharlaşmaya, yani maddenin gaz halinde olmasına yol açabilir. Doğada ve ekonomide, bu tür geçişler, Dünya'daki ana maddelerden birinin özelliğidir. Buz, sıvı, buhar suyun farklı dış koşullardaki halleridir. Bileşik aynıdır, formülü H2O'dur. 0°C sıcaklıkta ve bu değerin altında su kristalleşir yani buza dönüşür. Sıcaklık yükseldiğinde ortaya çıkan kristaller yok edilir - buz erir, tekrar sıvı su elde edilir. Isıtıldığında su buharı oluşur. Buharlaşma -suyun gaza dönüşümü - düşük sıcaklıklarda bile devam eder. Örneğin, su buharlaştığı için donmuş su birikintileri yavaş yavaş kaybolur. Soğuk havalarda bile ıslak giysiler kurur, ancak bu işlem sıcak bir güne göre daha uzun sürer.
Suyun bir halden diğerine sıralanan tüm geçişleri, Dünya'nın doğası için büyük önem taşımaktadır. Atmosferik olaylar, iklim ve hava, okyanusların yüzeyinden suyun buharlaşması, nemin bulutlar ve sis şeklinde karaya aktarılması, yağış (yağmur, kar, dolu) ile ilişkilidir. Bu fenomenler, doğadaki Dünya su döngüsünün temelini oluşturur.
Kükürtün toplam halleri nasıl değişir?
Normal koşullar altında, kükürt parlak parlak kristaller veya açık sarı bir tozdur, yani bir katıdır. Kükürtün toplam durumu ısıtıldığında değişir. İlk olarak, sıcaklık 190 °C'ye yükseldiğinde sarı madde erir ve hareketli bir sıvıya dönüşür.
Soğuk suya hızlı bir şekilde sıvı kükürt dökerseniz, kahverengi amorf bir kütle elde edersiniz. Kükürt eriyiğinin daha fazla ısıtılmasıyla giderek daha viskoz hale gelir ve koyulaşır. 300 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, kükürtün kümelenme durumu tekrar değişir, madde bir sıvının özelliklerini kazanır, hareketli hale gelir. Bu geçişler, elementin atomlarının farklı uzunluklarda zincirler oluşturabilme yeteneğinden dolayı meydana gelir.
Maddeler neden farklı fiziksel durumlarda olabilir?
Basit bir madde olan kükürtün toplanma durumu normal koşullar altında katıdır. Kükürt dioksit - gaz, sülfürik asit -sudan ağır yağlı sıvı. Hidroklorik ve nitrik asitlerin aksine uçucu değildir; moleküller yüzeyinden buharlaşmaz. Kristallerin ısıtılmasıyla elde edilen plastik kükürtün kümelenme durumu nedir?
Amorf bir formda, madde hafif bir akışkanlık ile bir sıvının yapısına sahiptir. Ancak plastik kükürt aynı anda şeklini korur (katı olarak). Katıların bir takım karakteristik özelliklerine sahip sıvı kristaller vardır. Dolayısıyla maddenin farklı koşullardaki durumu, doğasına, sıcaklığına, basıncına ve diğer dış koşullara bağlıdır.
Katıların yapısındaki özellikler nelerdir?
Maddenin temel toplu halleri arasındaki mevcut farklılıklar, atomlar, iyonlar ve moleküller arasındaki etkileşimle açıklanır. Örneğin, maddenin katı toplu hali neden cisimlerin hacmini ve şeklini koruma yeteneğine yol açar? Bir metalin veya tuzun kristal kafesinde, yapısal parçacıklar birbirine çekilir. Metallerde, pozitif yüklü iyonlar, bir metal parçasında serbest elektronların birikmesi olan "elektron gazı" ile etkileşime girer. Tuz kristalleri, zıt yüklü parçacıkların - iyonların çekiciliği nedeniyle ortaya çıkar. Katıların yukarıdaki yapısal birimleri arasındaki mesafe, parçacıkların kendi boyutlarından çok daha küçüktür. Bu durumda elektrostatik çekim etki eder, güç verir ve itme yeterince güçlü değildir.
Maddenin katı hâlini yok etmek için,çaba göster. Metaller, tuzlar, atomik kristaller çok yüksek sıcaklıklarda erir. Örneğin demir, 1538 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvı hale gelir. Tungsten refrakterdir ve ampuller için akkor filamanlar yapmak için kullanılır. 3000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvı hale gelen alaşımlar vardır. Yeryüzündeki birçok kaya ve mineral katı haldedir. Bu hammadde madenlerde ve taş ocaklarında ekipman yardımı ile çıkarılmaktadır.
Bir kristalden bir iyonu bile ayırmak için büyük miktarda enerji harcamak gerekir. Ama sonuçta kristal kafesin dağılması için tuzun suda çözülmesi yeterli! Bu fenomen, polar bir çözücü olarak suyun şaşırtıcı özellikleriyle açıklanır. H2O molekülleri, tuz iyonlarıyla etkileşime girerek aralarındaki kimyasal bağı yok eder. Dolayısıyla çözünme, farklı maddelerin basit bir karışımı değil, aralarındaki fiziksel ve kimyasal etkileşimdir.
Sıvı molekülleri nasıl etkileşir?
Su sıvı, katı ve gaz (buhar) olabilir. Bunlar, normal koşullar altında ana kümelenme durumlarıdır. Su molekülleri, kendisine bağlı iki hidrojen atomu ile bir oksijen atomundan oluşur. Moleküldeki kimyasal bağın polarizasyonu var, oksijen atomlarında kısmi bir negatif yük beliriyor. Hidrojen, moleküldeki pozitif kutup haline gelir ve başka bir molekülün oksijen atomuna çekilir. Bu zayıf kuvvete "hidrojen bağı" denir.
Sıvı kümelenme durumu karakterize ederboyutları ile karşılaştırılabilir yapısal parçacıklar arasındaki mesafeler. Cazibe vardır, ancak zayıftır, bu nedenle su şeklini koruyamaz. Oda sıcaklığında bile sıvının yüzeyinde oluşan bağların tahrip olması nedeniyle buharlaşma meydana gelir.
Gazlarda moleküller arası etkileşimler var mı?
Maddenin gaz hali, bir dizi parametrede sıvı ve katıdan farklıdır. Gazların yapısal parçacıkları arasında, moleküllerin boyutundan çok daha büyük olan büyük boşluklar vardır. Bu durumda, çekim kuvvetleri hiç çalışmaz. Gaz halindeki kümelenme durumu, havada bulunan maddelerin özelliğidir: nitrojen, oksijen, karbon dioksit. Aşağıdaki resimde birinci küp gaz, ikincisi sıvı ve üçüncüsü katı ile doldurulmuştur.
Birçok sıvı uçucudur, bir maddenin molekülleri yüzeylerinden kopar ve havaya geçer. Örneğin, amonyak batırılmış bir pamuklu çubuğu açık bir hidroklorik asit şişesinin ağzına getirirseniz beyaz duman çıkar. Havada, hidroklorik asit ile amonyak arasında kimyasal bir reaksiyon meydana gelir, amonyum klorür elde edilir. Bu madde maddenin hangi durumundadır? Beyaz duman oluşturan parçacıkları, en küçük katı tuz kristalleridir. Bu deney bir davlumbaz altında yapılmalıdır, maddeler zehirlidir.
Sonuç
Gazın kümelenme durumu birçok seçkin fizikçi ve kimyager tarafından incelenmiştir: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac,Klaiperon, Mendeleev, Le Chatelier. Bilim adamları, dış koşullar değiştiğinde kimyasal reaksiyonlarda gaz halindeki maddelerin davranışını açıklayan yasalar formüle etmişlerdir. Açık düzenlilikler sadece okul ve üniversite fizik ve kimya ders kitaplarına girmedi. Birçok kimya endüstrisi, farklı kümelenme durumlarındaki maddelerin davranışı ve özellikleri hakkındaki bilgilere dayanır.
