Povratak na glavnu zakon o gasu odnosi se na jednadžbu stanja Mendeljejev-Klejperonovog gasa pV=nRT, gdje n je broj molova gasa, R- konstanta jednaka 8,314 J / (K × mol) ili (l × kPa) / (K × mol). Gas koji poštuje ovaj zakon naziva se idealan.

Avogadrov zakon kaže da jednake zapremine svih gasova pri istom pritisku i temperaturi sadrže isti broj molekula. Jedan mol sadrži 6.022×10 23 molekula. At standardni uslovi mol gasa zauzima zapreminu od 22,4 litara.

Pretpostavlja se da postojanje idealan gas moguće pod sledećim uslovima: gas se sastoji od velikog broja molekula u neprekidnom kretanju; molekuli plina se ne privlače jedni prema drugima; vrijeme međusobnog sudara molekula je vrlo malo u odnosu na vrijeme između sudara; prosjek kinetička energija gas je proporcionalan apsolutnoj temperaturi.

Zbog kontinuiranog kretanja molekuli plina imaju tendenciju širenja po cijelom volumenu. Ovo širenje naziva se difuzija, brzina ovog procesa je obrnuto proporcionalna kvadratnom korijenu gustine plina.

Ponašanje stvarnih gasova odstupa od zakona definisanih za idealnih gasova. Razlog ovakvih odstupanja je međumolekularna interakcija, kao i činjenica da svaki molekul ima svoj volumen. Van der Waals je predložio jednadžbu stanja za gas koja uzima u obzir ove faktore: (p + an 2 / V 2)×(V – nb) = nRT.

Ovdje je konstanta a uzima u obzir međumolekularne interakcije, a njegova vrijednost raste sa povećanjem energije van der Waalsove interakcije, a konstanta in uzima u obzir volumen molekula, a njegova vrijednost raste sa povećanjem veličine molekula.

Tečno stanje materije

Kako pritisak raste, udaljenost između čestica plina se smanjuje i sile privlačenja molekula postaju sve izraženije. Pri određenom pritisku, ovisno o prirodi tvari i temperaturi, plin se pretvara u tekućinu - plin se kondenzira.

Prema molekularno-kinetičkoj teoriji, udaljenosti između čestica tekućine su mnogo manje nego u plinovima, stoga između njih nastaju van der Waalsove interakcije: disperzija, dipol-dipol i indukcija. Ove interakcije drže molekule blizu jedna drugoj i dovode do neke vrste uređenja ili asocijacije čestica. Male grupe čestica koje su ujedinjene određenim silama nazivaju se klasteri. U slučaju identičnih čestica, klasteri u tekućini nazivaju se pridruženi.

Stepen uređenosti raste sa povećanjem polariteta molekula, jer se van der Waalsove sile u ovom slučaju povećavaju. Redoslijed je posebno značajan u stvaranju vodikovih veza između molekula. Međutim, čak su i vodonične veze, a još više van der Waalsove sile, relativno krhke, pa su molekuli u tekućem stanju u neprekidnom kretanju, što se naziva Brownovo kretanje.

Zbog kontinuiranog kretanja, pojedinačni molekuli mogu izbiti iz tekućine i prijeći u plinovito stanje. Ovaj proces se naziva isparavanjem tečnosti. Tendencija tečnosti da isparava naziva se volatilnost. Zbog isparavanja raste parcijalni pritisak pare date tečnosti u gasnoj fazi iznad tečnosti, tj. kondenzacija pare. Kod nekih parcijalni pritisak brzine isparavanja i kondenzacije pare postaju jednake, a taj pritisak se naziva tlakom zasićene pare tečnosti.

Pri parcijalnom pritisku zasićenih para tečnosti jednak atmosferski pritisak, formiraju se mehurići tečnog gasa i počinje ključanje. Temperatura na kojoj se ovo stanje postiže naziva se tačka ključanja tečnosti.

Tečnosti su tečne. Otpor fluida tečenju naziva se viskozitet. Viskoznost raste sa povećanjem energije interakcije čestica i zavisi od strukture molekula. Kako temperatura raste, viskoznost se smanjuje.

Sile molekularne interakcije molekula smještenih na površini nisu uravnotežene, pa je rezultirajuća sila usmjerena duboko u tekućinu. Pod dejstvom ove sile, tečnost teži da smanji svoju površinu. Sfera ima najmanju površinu za istu zapreminu, pa kap tečnosti ima oblik kugle.

Za formiranje nove površine potrebna je dodatna energija, tzv površinski napon s, J/m2.

Čvrste materije

Kada se tečnost ohladi, kinetička energija čestica dalje opada. Na određenoj temperaturi ili temperaturnom rasponu, tekućina prelazi u čvrsto stanje, u kojem čestice praktički gube svoje kretanje napred i zadržavaju uglavnom fluktuacije oko svoje pozicije. Za razliku od gasova, nosioci svojstava tečnosti su molekuli, nosilac osobina čvrste supstance je faza. Čvrste tvari mogu biti u amorfnom ili kristalnom stanju.

Ogromna većina čvrstih materija (uključujući sve metale bez izuzetka) je u kristalnom stanju, stoga ih karakteriše dalekosežni poredak, tj. trodimenzionalna periodičnost po cijeloj zapremini čvrste tvari. Pravilan raspored čestica u čvrstom tijelu prikazan je kao rešetka u čijim se čvorovima nalaze određene čestice.

Monokristale karakteriše anizotropija, tj. zavisnost svojstava od pravca u prostoru. Međutim, treba napomenuti da su prave čvrste materije (uključujući metale) polikristalne, tj. sastoje se od mnogo kristala orijentiranih duž različitih koordinatnih osa; stoga se anizotropija ne pojavljuje u polikristalnim tijelima.

Kristalna tijela topiti na određenoj temperaturi, koja se naziva tačka topljenja. Kristali se odlikuju energijom konstante kristalne rešetke i koordinacionim brojem (broj čestica koje se nalaze direktno uz datu česticu u kristalu). Konstanta rešetke karakterizira udaljenosti između centara čestica koje zauzimaju čvorove u kristalu u smjeru osa koje se poklapaju sa smjerovima glavnih strana. Energija kristalne rešetke naziva se energija potrebna za uništavanje jednog mola kristala i uklanjanje čestica izvan granica njihove interakcije. Energija je glavni faktor koji doprinosi energiji hemijska veza između čestica u rešetki, kJ/mol.

Najmanja strukturna jedinica kristala, koja izražava sva svojstva njegove simetrije, je elementarna ćelija. Ponovljenim ponavljanjem ćelije u tri dimenzije dobija se cijela kristalna rešetka. Metale karakterišu dva tipa kristalne rešetke - kubična i heksagonalna (slika 2.2).

Rice. 2.2. Vrste elementarnih ćelija

kristalna rešetka metala:

a– heksagonalni; b- kubni;

in– kubni centar

Mnoge supstance mogu postojati u dve ili više kristalne strukture. Ovaj fenomen se naziva polimorfizam. dakle, a-gvožđe ima kubičnu ćeliju usredsređenu na telo, a gvožđe ima centriranu na lice itd.

Prema prirodi čestica u čvorovima kristalne rešetke i kemijskim vezama između njih, svi kristali se mogu podijeliti na molekularne, atomsko-kovalentne, jonske i metalne. Osim toga, postoje kristali s miješanim kemijskim vezama.

U molekularnim kristalima na mjestima rešetke se nalaze molekuli između kojih djeluju van der Waalsove sile koje imaju veliku energiju i određuju svojstva ovih kristala. Supstance sa sfernim molekulima imaju zbijenu strukturu. Kristali s polarnim molekulima u čvorovima imaju veću čvrstoću i tačku taljenja od kristala s nepolarnim molekulima. Značajno jačanje kristala je zbog vodoničnih veza.

U atomskim kovalentnim kristalima, atomi se nalaze na čvorovima, formirajući jake kovalentne veze jedni s drugima. To uzrokuje visoku energiju rešetke i, shodno tome, fizička svojstva supstance. Zbog usmjerenosti kovalentnih veza, koordinacijski brojevi i gustina pakiranja u atomskim kovalentnim kristalima su niski.

U ionskim kristalima, strukturne jedinice su pozitivno i negativno nabijeni ioni, između kojih se javlja elektrostatička interakcija, koju karakterizira dovoljno visoka energija. Ovo objašnjava svojstva tvari s ionskim kristalima. Zbog neusmjerenosti i nezasićenosti veza i sfernog oblika čestica, koordinacijski brojevi jona mogu biti visoki. U spojevima sa kompleksnim ionima, oblik kristalne rešetke je izobličen.

Metalne kristale karakteriše niz posebnih svojstava: visoka električna provodljivost, toplotna provodljivost, savitljivost, duktilnost, metalni sjaj i visoka refleksivnost. Ova specifična svojstva metala objašnjavaju se posebnom vrstom hemijske veze koja se naziva metalna.

Većina metala na vanjskoj strani elektronska školjka postoji značajan broj praznih orbitala i mali broj elektrona, pa je energetski povoljnije da elektroni nisu lokalizovani, već pripadaju čitavom metalu. Između pozitivno nabijenih metalnih jona i nelokaliziranih elektrona postoji elektrostatička interakcija koja osigurava stabilnost tvari. Energija ove interakcije je srednja između energija kovalentnih i molekularnih kristala. Prisustvo elektrona, koji se mogu slobodno kretati po zapremini kristala, obezbeđuje visoku električnu provodljivost i toplotnu provodljivost, kao i savitljivost i duktilnost metala.

Jedna ili druga vrsta hemijske veze ili interakcije u svom čistom obliku u kristalima je rijetka. Obično postoje složene interakcije između čestica, koje se opisuju nametanjem dvije ili više vrsta veza jedna na drugu. To su takozvani kristali s mješovitim vezama. Tako u nekim kristalima, uz van der Waalsove sile, nastaju i vodikove veze, koje značajno ojačavaju kristale. Jonska veza u svom čistom obliku je praktički odsutna, jer između čestica u ionskim kristalima djeluje i kovalentna veza. At a- ili f-metali, zajedno s nelokaliziranom metalnom vezom, mogu djelovati kovalentne veze između susjednih atoma. U atomskim kristalima, zajedno sa kovalentna veza van der Waalsove sile mogu postojati sa formiranjem dvodimenzionalnih ravnih (slojevitih) struktura. Takva jedinjenja se nazivaju interkalati. Ovo posebno vrijedi za kristale s inkluzijama grafita.

Slojeviti spojevi su vrsta posebne klase spojeva koji se nazivaju klatrati ili inkluzijska jedinjenja, koja nastaju uključivanjem molekula "gosti" u šupljine kristalnog okvira koji se sastoji od čestica različite vrste - "domaćina".

Prilikom pumpanja ugljikovodičnih plinova pod tlakom nastaju čvrsti plinovi klatrati koji se talože na unutarnjim površinama cjevovoda i fitinga, začepljuju ih i time ometaju proces pumpanja.

1. Čvrsto stanje
2. tečno stanje
3. gasovitom stanju
4. Promjena stanja materije

Hemija je proučavanje materije. Šta je "supstanca"? Materija je sve što ima masu i zapreminu. Supstanca može biti u jednom od tri agregatna stanja: čvrsta, tečna, gasovita.

1. Čvrsto stanje

Čestice (molekule) u čvrstom tijelu se kombinuju u krutu strukturu koja se ponavlja - kristalna rešetka. Čestice u kristalnoj rešetki prave male vibracije oko centara ravnoteže. Čvrsto ima formu i volumen.

2. Tečno stanje

Za razliku od čvrstih materija, tečnost nema određen oblik, ali ima zapreminu. To se objašnjava činjenicom da su u tekućinama čestice na većoj udaljenosti jedna od druge nego u čvrstim tvarima i aktivnije se kreću.

Pošto su čestice u tečnostima manje guste nego u čvrstim materijama, one ne mogu formirati kristalnu rešetku, pa tečnosti nemaju određen oblik.

3. Gasovito stanje

U gasu su čestice i dalje na većim udaljenostima nego u tečnostima. Štaviše, čestice su stalno u haotičnom (nasumičnom) kretanju. Prema tome, gasovi imaju tendenciju da ravnomerno ispunjavaju zapreminu koja im je data (otuda i činjenica da gasovi nemaju određeni oblik).

4. Promjena stanja materije

Uzmimo banalan primjer i pratimo proces promjene stanja vode.

U svom čvrstom stanju, voda je led. Temperatura leda je manja od 0°C. Kada se zagrije, led počinje da se topi i pretvara u vodu. To je zbog činjenice da se čestice leda u kristalnoj rešetki počinju kretati kada se zagrijavaju, zbog čega se rešetka uništava. Temperatura na kojoj se supstanca topi naziva se "tačka topljenja" supstance. Tačka topljenja vode je 0 o C.

Treba napomenuti da dok se led potpuno ne otopi, temperatura leda će biti 0 o C.

Nakon što se led potpuno pretvori u vodu, nastavljamo sa grijanjem. Temperatura vode će rasti, a kretanje čestica pod uticajem toplote će se sve više ubrzavati. To se dešava sve dok voda ne dostigne svoju sljedeću tačku promjene stanja - ključanje.

Ovaj trenutak dolazi kada se veze čestica vode potpuno pokidaju i njihovo kretanje postaje slobodno: voda se pretvara u paru.

Temperatura na kojoj tečnost ključa se naziva "tačka ključanja".

Imajte na umu da tačka ključanja zavisi od pritiska. Pri normalnom pritisku (760 mm Hg), tačka ključanja vode je 100 o C.

Po analogiji s topljenjem: dok se voda potpuno ne pretvori u paru, temperatura će biti konstantna.

Sažmite. Kao rezultat zagrijavanja dobili smo različita fazna stanja vode:

Led → voda → para ili H 2 0 (t) → H 2 0 (g) → H 2 0 (g)

Šta će se dogoditi ako počnemo hladiti vodenu paru? Ne morate biti "sedam raspona na čelu" da biste pogodili - obrnuti proces promjena faza u vodi će se nastaviti:

Para → voda → led

Postoje neke supstance koje prelaze direktno iz čvrstog u gasovito stanje, zaobilazeći tečnu fazu. Takav proces se zove sublimacija ili sublimacija. Tako se, na primjer, ponaša "suhi led" (dušik dioksid CO 2). Kada se zagreje, nećete videti ni kap vode – „suvi led“ će kao da ispari pred vašim očima.

Proces koji je obrnut od sublimacije (prelazak supstance iz gasovitog u čvrsto stanje) naziva se desublimacija.

Stranica 1

Gasovito stanje tvari karakteriziraju uglavnom vrlo male molekularne kohezivne sile, zbog čega plin teži da zauzme najveći volumen.

Gasovito stanje materije je najpristupačnije za razumevanje; tečno stanje mnogo manje jasno, i solidan može izgledati najteže. Prahovi se često nazivaju četvrtim agregatnim stanjem. Pored toga, fenomeni na interfejsima solidan- čvrsto i čvrsto - gas su među najmanje proučavanim aspektima čvrstog stanja.

Gasovito stanje tvari uglavnom karakteriziraju vrlo male međumolekularne kohezivne sile.

Plinovito stanje materije karakteriše činjenica da su najmanje čestice materije - atomi ili molekuli - većinu vremena relativno udaljene jedna od druge. Sile interakcije između njih imaju primjetan učinak samo u vrlo kratkim vremenskim periodima kada se čestice plina sudaraju jedna s drugom. Stoga se djelovanje molekularnih sila izražava samo u razmjeni energija prilikom sudara. Što je manja gustina gasa, to je veći slobodni put njegovih molekula i, posledično, manji uticaj molekularne sile imaju na opšte ponašanje gas sa određenim promenama u svom stanju.

Gasovito stanje materije je vrlo uobičajeno. Gasovi su uključeni u najvažnije hemijske reakcije, su rashladne tečnosti i izvori energije. On je proširio zakon održanja energije na termalne pojave, pod pretpostavkom da su čestice gasova u neprekidnom haotičnom kretanju, sudaraju se i odbijaju jedna drugu u nasumičnoj uzajamnosti. Kasnije je teorija gasova razvijena na osnovu sledećih odredbi: 1) gas se sastoji od ogromnog broja molekula u neprekidnom toplotnom kretanju; 2) molekuli se povinuju zakonima mehanike, među njima nema interakcije; 3) sudari između molekula koji se stalno dešavaju slični su sudarima između apsolutno elastičnih kuglica i dešavaju se bez gubitka brzine. Molekule mijenjaju samo smjer kretanja, a njihova ukupna kinetička energija ostaje konstantna.

Plinovito stanje tvari karakterizira mala interakcija između njenih čestica i velike udaljenosti između njih. Stoga se plinovi miješaju u bilo kojem omjeru. Pri vrlo visokim pritiscima, kada se gustina gasa približava gustoći tečnosti i gas se ne može smatrati idealnim čak ni približno, može se uočiti ograničena rastvorljivost.

Gasovito stanje materije (gas) - stanje agregacije supstanca u kojoj njene čestice nisu vezane ili vrlo slabo vezane silama interakcije i kreću se slobodno, ravnomjerno ispunjavajući u odsustvu vanjskih polja cjelokupni volumen koji im se pruža.

Gasovito stanje materije karakterizira nasumično toplinsko kretanje molekula. Potonji se sudaraju jedni s drugima i sa zidovima posude u kojoj se nalazi plin. Udari molekula o zidove posude stvaraju pritisak, koji je numerički jednak sili udara po jediničnoj površini zida.

Gasovito stanje tvari je najjednostavnije po svojim svojstvima, pogotovo kada nije previše visoki pritisci i ne preniske temperature. Ako se, na primjer, pri visokim pritiscima (više od 100 atm) gasovi kao što su O2, N2 i H2, uzeti u istom početne temperature a pritisci će imati primjetne razlike u kompresibilnosti i toplinskoj ekspanziji, tada se pri pritiscima blizu jedne atmosfere pojedinačne razlike između ovih i drugih plinova izglađuju.

Plinovito stanje materije karakteriše činjenica da su najmanje čestice materije - atomi ili molekuli - većinu vremena relativno udaljene jedna od druge. Sile interakcije između njih imaju primjetan učinak samo u vrlo kratkim vremenskim periodima kada se čestice plina sudaraju jedna s drugom. Stoga se djelovanje molekularnih sila izražava samo u razmjeni energija prilikom sudara. Što je gustina gasa manja, to je veća slobodna putanja njegovih molekula, a samim tim i manji uticaj molekulskih sila na opšte ponašanje gasa pri određenim promenama njegovog stanja.

Plinovito stanje materije karakteriše činjenica da su najmanje čestice materije - atomi ili molekuli - većinu vremena relativno udaljene jedna od druge. Sile interakcije između njih djeluju samo u vrlo kratkim vremenskim periodima kada se čestice plina sudaraju jedna s drugom. Stoga se djelovanje molekularnih sila izražava samo u razmjeni energija prilikom sudara. Što je gustina gasa manja, to je veća slobodna putanja njegovih molekula, a samim tim i manji uticaj molekulskih sila na opšte ponašanje gasa pri određenim promenama njegovog stanja.

Gasovito stanje tvari karakteriziraju zanemarljive sile koje djeluju između molekula ove tvari, a dimenzije samih molekula su također male u odnosu na prosječne udaljenosti između njih. Kretanje molekula plina u međumolekularnim prostorima prije njihovog sudara odvija se ravnomjerno, pravolinijsko i nasumično.

Gasovito stanje materije odgovara potpunom molekularnom poremećaju.

Gasovito stanje materije odgovara potpunom molekularnom poremećaju. Ovakva raspodjela molekula (ili atoma) odgovara vrlo veliki broj sva moguća preuređivanja molekula u prostoru. Međutim, fizička svojstva tvari u svim ovim preraspodjelama ostaju nepromijenjena. Dakle, svi oni odgovaraju jednom gasovitom stanju.

Postoje kapljasto-tečno i gasovito stanje materije.