1. Gjendja e ngurtë
2. gjendje e lëngshme
3. gjendje e gaztë
4. Ndryshimi në gjendjen e materies

Kimia është studimi i materies. Çfarë është një "substancë"? Materia është çdo gjë që ka masë dhe vëllim. Një substancë mund të jetë në një nga tre gjendjet e përgjithshme: të ngurtë, të lëngët, të gaztë.

1. Gjendja e ngurtë

Grimcat (molekulat) në një trup të ngurtë kombinohen në një strukturë të ngurtë përsëritës - rrjetë kristali. Grimcat në rrjetën kristalore bëjnë dridhje të vogla rreth qendrave të ekuilibrit. E ngurta ka formë dhe vëllimi.

2. Gjendja e lëngët

Ndryshe nga trupat e ngurtë, një lëng nuk ka një formë të caktuar, por ka një vëllim. Kjo shpjegohet me faktin se në lëngje grimcat janë në një distancë më të madhe nga njëra-tjetra sesa në trupat e ngurtë dhe lëvizin në mënyrë më aktive.

Meqenëse grimcat në lëngje janë më pak të dendura sesa në trupat e ngurtë, ato nuk mund të formojnë një rrjetë kristalore, prandaj lëngjet nuk kanë një formë të caktuar.

3. Gjendja e gaztë

Në një gaz, grimcat janë ende në distanca më të mëdha se sa në lëngje. Për më tepër, grimcat janë vazhdimisht në lëvizje kaotike (të rastësishme). Prandaj, gazrat priren të mbushin në mënyrë të njëtrajtshme vëllimin që u jepet (prandaj fakti që gazrat nuk kanë një formë të caktuar).

4. Ndryshimi në gjendjen e materies

Le të marrim një shembull banal dhe të ndjekim procesin e ndryshimit të gjendjes së ujit.

Në gjendjen e tij të ngurtë, uji është akull. Temperatura e akullit është më pak se 0 ° C. Kur nxehet, akulli fillon të shkrihet dhe të kthehet në ujë. Kjo është për shkak të faktit se grimcat e akullit në rrjetën kristalore fillojnë të lëvizin kur nxehen, si rezultat i së cilës rrjeta shkatërrohet. Temperatura në të cilën një substancë shkrihet quhet "pika e shkrirjes" substancave. Pika e shkrirjes së ujit është 0 o C.

Duhet të theksohet se derisa akulli të shkrihet plotësisht, temperatura e akullit do të jetë 0 o C.

Pasi akulli të jetë shndërruar plotësisht në ujë, ne vazhdojmë të ngrohim. Temperatura e ujit do të rritet dhe lëvizja e grimcave nën ndikimin e nxehtësisë do të përshpejtohet gjithnjë e më shumë. Kjo ndodh derisa uji të arrijë pikën tjetër të ndryshimit të gjendjes - duke vluar.

Ky moment vjen kur lidhjet e grimcave të ujit prishen plotësisht dhe lëvizja e tyre bëhet e lirë: uji kthehet në avull.

Temperatura në të cilën lëngu vlon quhet "pikë vlimi".

Vini re se pika e vlimit varet nga presioni. Në presion normal (760 mm Hg), pika e vlimit të ujit është 100 o C.

Për analogji me shkrirjen: derisa uji të kthehet plotësisht në avull, temperatura do të jetë konstante.

Përmblidhni. Si rezultat i ngrohjes, kemi marrë gjendje të ndryshme fazore të ujit:

Akull → ujë → avull ose H 2 0 (t) → H 2 0 (g) → H 2 0 (g)

Çfarë ndodh nëse fillojmë të ftohim avujt e ujit? Ju nuk duhet të jeni "shtatë hapësira në ballë" për të marrë me mend - procesi i kundërt i ndryshimeve fazore në ujë do të vazhdojë:

Avulli → ujë → akull

Ka disa substanca që kalojnë drejtpërdrejt nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të gaztë, duke anashkaluar fazën e lëngshme. Një proces i tillë quhet sublimimi ose sublimimi. Kështu, për shembull, sillet "akulli i thatë" (dioksidi i azotit CO 2). Kur të nxehet, nuk do të shihni një pikë uji - "akulli i thatë" do të duket se avullohet para syve tuaj.

Procesi, e kundërta e sublimimit (kalimi i një lënde nga gaz në gjendje e ngurtë), quhet desublimimi.

Faqe 1

Gjendja e gaztë e një lënde karakterizohet kryesisht nga forca kohezive shumë të vogla molekulare, si rezultat i të cilave gazi tenton të zërë vëllimin maksimal.

Gjendja e gaztë e materies është më e arritshme për të kuptuar; gjendja e lëngshme tashmë është shumë më pak e kuptuar, dhe gjendja e ngurtë, me sa duket, mund të konsiderohet më komplekse. Pluhurat shpesh referohen si gjendja e katërt e materies. Për më tepër, fenomenet në ndërfaqet e ngurtë-ngurtë dhe të ngurtë-gazit janë ndër aspektet më pak të studiuara të gjendjes së ngurtë.

Gjendja e gaztë e një lënde karakterizohet kryesisht nga forca kohezive shumë të vogla ndërmolekulare.

Gjendja e gaztë e materies karakterizohet nga fakti se grimcat më të vogla të materies - atomet ose molekulat - në shumicën e rasteve janë relativisht larg njëra-tjetrës. Forcat e ndërveprimit ndërmjet tyre kanë një efekt të dukshëm vetëm në periudha shumë të shkurtra kohore kur grimcat e gazit përplasen me njëra-tjetrën. Prandaj, veprimi i forcave molekulare shprehet vetëm në shkëmbimin e energjive gjatë përplasjeve. Sa më i ulët të jetë dendësia e gazit, aq më e madhe është rruga e lirë e molekulave të tij dhe, rrjedhimisht, aq më pak ndikim kanë forcat molekulare në sjelljen e përgjithshme gazi me ndryshime të caktuara në gjendjen e tij.

Gjendja e gaztë e materies është shumë e zakonshme. Gazrat janë të përfshirë në më të rëndësishmet reaksionet kimike, janë ftohës dhe burime energjie. Ai e zgjeroi ligjin e ruajtjes së energjisë në dukuritë termike, duke supozuar se grimcat e gazeve janë në lëvizje të vazhdueshme kaotike, përplasen dhe zmbrapsen njëra-tjetrën në një reciprocitet të rastësishëm. Më vonë, teoria e gazeve u zhvillua në bazë të dispozitave të mëposhtme: 1) gazi përbëhet nga një numër i madh molekulash në lëvizje të vazhdueshme termike; 2) molekulat u binden ligjeve të mekanikës, nuk ka ndërveprim midis tyre; 3) përplasjet që ndodhin vazhdimisht midis molekulave janë të ngjashme me përplasjet midis topave absolutisht elastikë dhe ndodhin pa humbje të shpejtësisë. Molekulat ndryshojnë vetëm drejtimin e lëvizjes, dhe energjia e tyre totale kinetike mbetet konstante.

Gjendja e gaztë e një substance karakterizohet nga një ndërveprim i vogël midis grimcave të saj dhe distanca të mëdha ndërmjet tyre. Prandaj, gazrat përzihen në çdo raport. Në presione shumë të larta, kur dendësia e një gazi i afrohet asaj të një lëngu dhe gazi nuk mund të konsiderohet ideal as përafërsisht, mund të vërehet tretshmëri e kufizuar.

Gjendja e gaztë e materies (gazit) - gjendja e grumbullimit një substancë në të cilën grimcat e saj nuk janë të lidhura ose të lidhura shumë dobët nga forcat e ndërveprimit dhe lëvizin lirshëm, duke mbushur në mënyrë të njëtrajtshme në mungesë të fushave të jashtme të gjithë vëllimin që u jepet.

Gjendja e gaztë e materies karakterizohet nga lëvizje termike të rastësishme të molekulave. Këto të fundit përplasen me njëra-tjetrën dhe me muret e enës në të cilën ndodhet gazi. Ndikimet e molekulave në muret e enës krijojnë presion, i cili numerikisht është i barabartë me forcën e goditjeve për njësi sipërfaqe muri.

Gjendja e gaztë e një substance është më e thjeshta në vetitë e saj, veçanërisht kur jo shumë presione të larta dhe temperatura jo shumë të ulëta. Nëse, për shembull, në presione të larta (më shumë se 100 atm), gazra të tillë si O2, N2 dhe H2, të marra në të njëjtën temperaturat fillestare dhe presionet do të kenë dallime të dukshme në kompresueshmëri dhe zgjerim termik, pastaj në presione afër një atmosfere, dallimet individuale midis këtyre dhe gazrave të tjerë zbuten.

Gjendja e gaztë e materies karakterizohet nga fakti se grimcat më të vogla të materies - atomet ose molekulat - në shumicën e rasteve janë relativisht larg njëra-tjetrës. Forcat e ndërveprimit ndërmjet tyre kanë një efekt të dukshëm vetëm në periudha shumë të shkurtra kohore kur grimcat e gazit përplasen me njëra-tjetrën. Prandaj, veprimi i forcave molekulare shprehet vetëm në shkëmbimin e energjive gjatë përplasjeve. Sa më i vogël të jetë dendësia e gazit, aq më e madhe është rruga e lirë e molekulave të tij dhe, rrjedhimisht, aq më pak ndikim kanë forcat molekulare në sjelljen e përgjithshme të gazit gjatë ndryshimeve të caktuara në gjendjen e tij.

Gjendja e gaztë e materies karakterizohet nga fakti se grimcat më të vogla të materies - atomet ose molekulat - shumicën e kohës janë relativisht larg njëra-tjetrës. Forcat e ndërveprimit ndërmjet tyre kanë efektin e tyre vetëm në periudha shumë të shkurtra kohore, kur grimcat e gazit përplasen me njëra-tjetrën. Prandaj, veprimi i forcave molekulare shprehet vetëm në shkëmbimin e energjive gjatë përplasjeve. Sa më i vogël të jetë dendësia e gazit, aq më e madhe është rruga e lirë e molekulave të tij dhe, rrjedhimisht, aq më pak ndikim kanë forcat molekulare në sjelljen e përgjithshme të gazit gjatë ndryshimeve të caktuara në gjendjen e tij.

Gjendja e gaztë e një lënde karakterizohet nga forca të papërfillshme që veprojnë midis molekulave të kësaj lënde, dhe dimensionet e vetë molekulave janë gjithashtu të vogla në krahasim me distancat mesatare midis tyre. Lëvizja e molekulave të gazit në hapësirat ndërmolekulare përpara përplasjes së tyre ndodh në mënyrë të njëtrajtshme, drejtvizore dhe rastësore.

Gjendja e gaztë e materies korrespondon me çrregullimin e plotë molekular.

Gjendja e gaztë e materies korrespondon me çrregullimin e plotë molekular. Një shpërndarje e tillë e molekulave (ose atomeve) korrespondon me një numër shumë të madh të rirregullimeve të mundshme të molekulave në hapësirë. Megjithatë vetitë fizike substancat mbeten të pandryshuara gjatë gjithë këtyre rirregullimeve. Prandaj, të gjithë korrespondojnë me një gjendje të gaztë.

Ekzistojnë gjendje të lëngshme dhe të gazta të materies.

Kthehu në kryesore ligji i gazit i referohet ekuacionit të gjendjes së gazit Mendeleev-Klaiperon pV=nRT, ku nështë numri i moleve të gazit, R- një konstante e barabartë me 8,314 J / (K × mol) ose (l × kPa) / (K × mol). Një gaz që i bindet këtij ligji quhet ideal.

Ligji i Avogadro thotë se vëllime të barabarta të të gjitha gazeve në të njëjtën presion dhe temperaturë përmbajnë të njëjtin numër molekulash. Një mol përmban 6,022×10 23 molekula. Në kushte standarde një mol gazi zë një vëllim prej 22.4 litrash.

Supozohet se ekzistenca gaz ideal e mundur në kushtet e mëposhtme: gazi përbëhet nga një numër i madh molekulat në lëvizje të vazhdueshme; molekulat e gazit nuk tërhiqen nga njëra-tjetra; koha e përplasjes së molekulave me njëra-tjetrën është shumë e vogël në krahasim me kohën ndërmjet përplasjeve; energjia mesatare kinetike e një gazi është proporcionale me temperaturën absolute.

Për shkak të lëvizjes së vazhdueshme të molekulave të gazit priren të përhapen në të gjithë vëllimin. Ky përhapje quhet difuzion, shpejtësia e këtij procesi është në përpjesëtim të zhdrejtë me rrënjën katrore të densitetit të gazit.

Sjellja e gazeve reale devijon nga ligjet e përcaktuara për gazet ideale. Arsyeja e devijimeve të tilla është ndërveprimi ndërmolekular, si dhe fakti që çdo molekulë ka vëllimin e vet. Van der Waals propozoi një ekuacion të gjendjes për një gaz që merr parasysh këta faktorë: (p + an 2 / V 2)×(V – nb) = nRT.

Këtu është një konstante a merr parasysh ndërveprimet ndërmolekulare, dhe vlera e saj rritet me rritjen e energjisë së ndërveprimit van der Waals, dhe konstante në merr parasysh vëllimin e molekulave dhe vlera e tij rritet me rritjen e madhësisë molekulare.

Gjendja e lëngët e lëndës

Me rritjen e presionit, distanca midis grimcave të gazit zvogëlohet dhe forcat e tërheqjes së molekulave bëhen gjithnjë e më të dukshme. Në një presion të caktuar, në varësi të natyrës së substancës dhe temperaturës, gazi shndërrohet në një lëng - gazi kondensohet.

Sipas teorisë kinetike molekulare, distancat midis grimcave të një lëngu janë shumë më të vogla se sa në gaze, prandaj, ndërveprimet van der Waals lindin midis tyre: dispersion, dipol-dipol dhe induksion. Këto ndërveprime i mbajnë molekulat afër njëra-tjetrës dhe çojnë në një lloj renditjeje ose shoqërimi të grimcave. Grupet e vogla të grimcave të bashkuara nga forca të caktuara quhen grupe. Në rastin e grimcave identike, grupimet në një lëng quhen bashkëpunëtorë.

Shkalla e rendit rritet me një rritje të polaritetit të molekulave, pasi forcat van der Waals rriten në këtë rast. Renditja është veçanërisht e rëndësishme në formimin e lidhjeve hidrogjenore midis molekulave. Megjithatë, edhe lidhjet e hidrogjenit, dhe aq më tepër forcat e van der Waals-it, janë relativisht të dobëta, kështu që molekulat në gjendje e lëngshme janë në lëvizje të vazhdueshme, të quajtura lëvizje Browniane.

Për shkak të lëvizjes së vazhdueshme, molekulat individuale mund të shpërthejnë nga lëngu dhe të kalojnë në gjendje të gaztë. Ky proces quhet avullim i lëngshëm. Tendenca e një lëngu për të avulluar quhet paqëndrueshmëri. Për shkak të avullimit, presioni i pjesshëm i avullit të një lëngu të caktuar në fazën e gazit mbi lëngun rritet, d.m.th. kondensimi i avullit. Në disa presion i pjesshëm ritmet e avullimit dhe kondensimit të avullit bëhen të barabarta, dhe kjo presion quhet presion avujt e ngopur lëngjeve.

Në një presion të pjesshëm të avujve të ngopur të një lëngu të barabartë me presioni atmosferik, formohen flluska të gazit të lëngshëm dhe fillon vlimi. Temperatura në të cilën arrihet kjo gjendje quhet pika e vlimit të lëngut.

Lëngjet janë të lëngshme. Rezistenca e një lëngu ndaj rrjedhjes quhet viskozitet. Viskoziteti rritet me rritjen e energjisë së ndërveprimit të grimcave dhe varet nga struktura e molekulave. Me rritjen e temperaturës, viskoziteti zvogëlohet.

Forcat e bashkëveprimit molekular të molekulave të vendosura në sipërfaqe nuk janë të balancuara, prandaj forca që rezulton drejtohet në thellësinë e lëngut. Nën veprimin e kësaj force, lëngu tenton të zvogëlojë sipërfaqen e tij. Një sferë ka sipërfaqen më të vogël me të njëjtin vëllim, kështu që një pikë lëngu merr formën e një sfere.

Për formimin e një sipërfaqe të re kërkohet energji shtesë, e cila quhet tensioni sipërfaqësor s, J/m2.

Lëndët e ngurta

Kur lëngu ftohet, ka një rënie të mëtejshme energjia kinetike grimcat. Në një interval të caktuar të temperaturës ose temperaturës, lëngu kalon në një gjendje të ngurtë, në të cilën grimcat praktikisht humbasin e tyre lëvizje përpara dhe mbajnë kryesisht luhatje rreth pozicionit të tyre. Ndryshe nga gazrat, bartësit e vetive të një lëngu janë molekulat, bartës të vetive trup i fortëështë faza. Lëndët e ngurta mund të jenë në gjendje amorfe ose kristalore.

Shumica dërrmuese e trupave të ngurtë (duke përfshirë të gjitha metalet pa përjashtim) janë në gjendje kristalore, prandaj ato karakterizohen nga një renditje me rreze të gjatë, d.m.th. periodiciteti tredimensional mbi të gjithë vëllimin e lëndës së ngurtë. Rregullimi i rregullt i grimcave në një trup të ngurtë përshkruhet si një grilë, në nyjet e së cilës ndodhen grimca të caktuara.

Kristalet e vetme karakterizohen nga anizotropia, d.m.th. varësia e vetive nga drejtimi në hapësirë. Megjithatë, duhet theksuar se e vërtetë të ngurta(metalet duke përfshirë) polikristalin, d.m.th. përbëhet nga shumë kristale të orientuar përgjatë boshteve të ndryshme koordinative; prandaj, anizotropia nuk shfaqet në trupat polikristalorë.

Trupa kristalor shkrihet në një temperaturë të caktuar, e quajtur pika e shkrirjes. Kristalet karakterizohen nga energjia e konstantës së rrjetës kristalore dhe numri i koordinimit (numri i grimcave drejtpërdrejt ngjitur me një grimcë të caktuar në kristal). Konstanta e grilës karakterizon distancat midis qendrave të grimcave që zënë nyjet në kristal në drejtim të boshteve që përkojnë me drejtimet e faqeve kryesore. Energjia e rrjetës kristalore quhet energjia e nevojshme për të shkatërruar një mol të kristalit dhe për të hequr grimcat përtej kufijve të ndërveprimit të tyre. Energjia është kontribuesi kryesor i energjisë lidhje kimike ndërmjet grimcave në rrjetë, kJ/mol.

Njësia më e vogël strukturore e një kristali, e cila shpreh të gjitha vetitë e simetrisë së tij, është qeliza elementare. Me përsëritjen e përsëritur të qelizës në tre dimensione, fitohet e gjithë rrjeta kristalore. Metalet karakterizohen nga dy lloje të rrjetave kristalore - kubike dhe gjashtëkëndore (Fig. 2.2).

Oriz. 2.2. Llojet e qelizave elementare

rrjeta kristalore e metaleve:

a- gjashtëkëndor; b- kub;

në– me qendër kub

Shumë substanca mund të ekzistojnë në dy ose më shumë strukturat kristalore. Ky fenomen quhet polimorfizëm. Kështu që, a-hekuri ka një qelizë kubike me qendër trupin, dhe g-hekuri ka një qelizë kub në qendër, etj.

Sipas natyrës së grimcave në nyjet e rrjetës kristalore dhe lidhjeve kimike ndërmjet tyre, të gjithë kristalet mund të ndahen në molekulare, atomiko-kovalente, jonike dhe metalike. Përveç kësaj, ka kristale me lidhje kimike të përziera.

Në kristalet molekulare, ka molekula në vendet e rrjetës, ndërmjet të cilave veprojnë forcat van der Waals, të cilat kanë energji të lartë dhe përcaktojnë vetitë e këtyre kristaleve. Substancat me molekula sferike kanë një strukturë të ngushtë. Kristalet me molekula polare në nyje kanë një forcë dhe pikë shkrirjeje më të lartë se kristalet me molekula jo polare. Forcimi i konsiderueshëm i kristaleve është për shkak të lidhjeve hidrogjenore.

Në kristalet kovalente atomike, atomet janë të vendosura në nyjet, duke formuar lidhje të forta kovalente me njëri-tjetrin. Kjo përcakton energjinë e lartë të grilës dhe, në përputhje me rrethanat, vetitë fizike të substancave. Për shkak të drejtimit të lidhjeve kovalente, numrat e koordinimit dhe dendësia e paketimit në kristalet kovalente atomike janë të ulëta.

Në kristalet jonike, njësitë strukturore janë jone të ngarkuar pozitivisht dhe negativisht, midis të cilëve ndodh një ndërveprim elektrostatik, i karakterizuar nga një energji mjaft e lartë. Kjo shpjegon vetitë e substancave me kristale jonike. Për shkak të jo-drejtimit dhe të pangopurit të lidhjeve dhe formës sferike të grimcave, numri i koordinimit të joneve mund të jetë i lartë. Në përbërjet me jone komplekse, forma e rrjetës kristalore është e shtrembëruar.

Kristalet metalike karakterizohen nga një numër karakteristikash të veçanta: përçueshmëri e lartë elektrike, përçueshmëri termike, lakueshmëri, duktilitet, shkëlqim metalik dhe reflektim të lartë. Këto veti specifike të metaleve shpjegohen me një lloj të veçantë lidhjesh kimike, të quajtur metalike.

Shumica e metaleve në pjesën e jashtme shtresë elektronike ka një numër të konsiderueshëm orbitalesh vakante dhe një numër të vogël elektronesh, prandaj është energjikisht më e favorshme që elektronet të mos lokalizohen, por t'i përkasin të gjithë metalit. Midis joneve metalike të ngarkuara pozitivisht dhe elektroneve jo të lokalizuara, ekziston një ndërveprim elektrostatik që siguron qëndrueshmërinë e substancës. Energjia e këtij ndërveprimi është e ndërmjetme midis energjive të kristaleve kovalente dhe molekulare. Prania e elektroneve, të cilat mund të lëvizin lirshëm rreth vëllimit të kristalit, siguron përçueshmëri të lartë elektrike dhe përçueshmëri termike, si dhe lakueshmëri dhe duktilitet të metaleve.

Një ose një lloj tjetër i lidhjes kimike ose ndërveprimi në formën e tij të pastër në kristale është i rrallë. Zakonisht, ekzistojnë ndërveprime komplekse midis grimcave, të cilat përshkruhen nga vendosja e dy ose më shumë llojeve të lidhjeve njëra mbi tjetrën. Këto janë të ashtuquajturat kristale me lidhje të përziera. Kështu, në disa kristale, së bashku me forcat van der Waals, lindin lidhje hidrogjenore, të cilat forcojnë ndjeshëm kristalet. Lidhja jonike në formën e saj të pastër praktikisht mungon, pasi një lidhje kovalente vepron gjithashtu midis grimcave në kristalet jonike. Në a- ose f-metalet, së bashku me një lidhje metalike jo të lokalizuar, mund të veprojnë lidhje kovalente midis atomeve fqinje. Në kristalet atomike, së bashku me lidhje kovalente Forcat van der Waals mund të ekzistojnë me formimin e strukturave të sheshta (shtresore) dydimensionale. Komponime të tilla quhen interkalate. Kjo është veçanërisht e vërtetë për kristalet me përfshirje të grafit.

Komponimet me shtresa janë një lloj i një klase të veçantë të komponimeve të quajtura clathrates ose komponime përfshirjeje, të cilat formohen nga përfshirja e molekulave "mysafirë" në zgavrat e një kornize kristalore të përbërë nga grimca të një lloji të ndryshëm - "host".

Gjatë pompimit të gazeve hidrokarbure nën presion, formohen klatrate gazi të ngurtë, të cilët, të depozituar në sipërfaqet e brendshme të tubacioneve dhe pajisjeve, i bllokojnë ato dhe në këtë mënyrë prishin procesin e pompimit.