1. Katı hal
2. sıvı hal
3. gaz hali
4. Maddenin durumundaki değişiklik

Kimya, maddenin incelenmesidir. "madde" nedir? Madde, kütlesi ve hacmi olan her şeydir. Bir madde üç toplu halden birinde olabilir: katı, sıvı, gaz.

1. Katı Hal

Katı bir cisimdeki parçacıklar (moleküller) katı bir tekrar eden yapı halinde birleştirilir - kristal kafes. Kristal kafes içindeki parçacıklar, denge merkezleri etrafında küçük titreşimler yapar. katı vardır biçim ve Ses.

2. Sıvı hali

Katılardan farklı olarak, bir sıvının belirli bir şekli yoktur, ancak bir hacmi vardır. Bu, sıvılarda parçacıkların katılara göre birbirinden daha uzak olması ve daha aktif hareket etmesi gerçeğiyle açıklanır.

Sıvılardaki tanecikler katılardan daha az yoğun olduklarından kristal kafes oluşturamazlar, bu nedenle sıvıların belirli bir şekli yoktur.

3. Gaz hali

Bir gazda, parçacıklar hala sıvılardan daha uzak mesafelerdedir. Ayrıca parçacıklar sürekli olarak kaotik (rastgele) hareket halindedir. Bu nedenle, gazlar kendilerine sağlanan hacmi eşit olarak doldurma eğilimindedir (dolayısıyla gazların belirli bir şekli yoktur).

4. Maddenin durumundaki değişim

Banal bir örnek alalım ve suyun durumunu değiştirme sürecini takip edelim.

Katı halde su buzdur. Buzun sıcaklığı 0°C'nin altındadır. Isıtıldığında buz erimeye ve suya dönüşmeye başlar. Bunun nedeni, kristal kafes içindeki buz parçacıklarının ısıtıldığında hareket etmeye başlaması ve bunun sonucunda kafesin tahrip olmasıdır. Bir maddenin eridiği sıcaklığa denir "erime noktası" maddeler. Suyun erime noktası 0 o C'dir.

Unutulmamalıdır ki buz tamamen eriyene kadar buzun sıcaklığı 0 o C olacaktır.

Buz tamamen suya dönüştükten sonra ısıtmaya devam edeceğiz. Suyun sıcaklığı yükselecek ve ısı etkisi altındaki parçacıkların hareketi giderek daha fazla hızlanacaktır. Bu, su bir sonraki durum değişim noktasına ulaşana kadar olur - kaynamak.

Bu an, su parçacıklarının bağlarının tamamen koptuğu ve hareketlerinin serbest kaldığı an gelir: su buhara dönüşür.

Bir sıvının kaynadığı sıcaklığa denir "kaynama noktası".

Kaynama noktasının basınca bağlı olduğunu unutmayın. Normal basınçta (760 mm Hg), suyun kaynama noktası 100 o C'dir.

Erimeye benzeterek: Su tamamen buhara dönüşene kadar sıcaklık sabit olacaktır.

Özetle. Isıtma sonucunda suyun farklı faz hallerini elde ettik:

Buz → su → buhar veya H 2 0 (t) → H 2 0 (g) → H 2 0 (g)

Su buharını soğutmaya başlarsak ne olur? Tahmin etmek için "alnında yedi açıklık" olmak zorunda değilsin - sudaki faz değişimlerinin tersi süreci devam edecek:

Buhar → su → buz

Sıvı fazı atlayarak doğrudan katı halden gaz haline geçen bazı maddeler vardır. Böyle bir sürece denir süblimasyon veya süblimasyon. Bu nedenle, örneğin, "kuru buz" (azot dioksit C02) gibi davranır. Isıtıldığında bir damla su görmeyeceksiniz - "kuru buz" gözlerinizin önünde buharlaşıyormuş gibi görünecek.

Süblimleşmenin (bir maddenin gaz halden katı hale geçmesi) tersi olan sürece ne ad verilir? desüblimasyon.

Sayfa 1

Bir maddenin gaz hali, esas olarak, gazın maksimum hacmi işgal etme eğiliminde olduğu çok küçük moleküler kohezif kuvvetlerle karakterize edilir.

Maddenin gaz halindeki hali, anlamak için en erişilebilir olanıdır; sıvı hal zaten çok daha az anlaşılmıştır ve katı hal görünüşe göre en karmaşık olarak kabul edilebilir. Tozlar genellikle maddenin dördüncü hali olarak adlandırılır. Ek olarak, katı-katı ve katı-gaz ​​arayüzlerindeki fenomenler, katı halin en az çalışılan yönleri arasındadır.

Bir maddenin gaz halindeki hali, esas olarak çok küçük moleküller arası kohezif kuvvetlerle karakterize edilir.

Maddenin gaz hali, maddenin en küçük parçacıklarının - atomlar veya moleküller - çoğu zaman birbirinden nispeten uzak olması ile karakterize edilir. Aralarındaki etkileşim kuvvetleri, yalnızca gaz parçacıklarının birbiriyle çarpıştığı çok kısa zaman dilimlerinde gözle görülür bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, moleküler kuvvetlerin etkisi, yalnızca çarpışmalar sırasında enerji alışverişinde ifade edilir. Gaz yoğunluğu ne kadar düşükse, moleküllerinin serbest yolu o kadar büyük olur ve sonuç olarak moleküler kuvvetlerin etkisi o kadar az olur. genel davranış durumunda belirli değişiklikler olan gaz.

Maddenin gaz hali çok yaygındır. Gazlar en önemli kimyasal reaksiyonlar, soğutucular ve enerji kaynaklarıdır. Enerjinin korunumu yasasını genişletti. termal olaylar gaz parçacıklarının sürekli kaotik hareket halinde olduğunu varsayarsak, rastgele bir karşılıklılık içinde çarpışır ve birbirini iter. Daha sonra, gaz teorisi aşağıdaki hükümler temelinde geliştirildi: 1) bir gaz, sürekli termal hareket halindeki çok sayıda molekülden oluşur; 2) moleküller mekanik yasalarına uyar, aralarında etkileşim yoktur; 3) Moleküller arasında sürekli olarak meydana gelen çarpışmalar, kesinlikle elastik toplar arasındaki çarpışmalara benzer ve hız kaybı olmadan meydana gelir. Moleküller sadece hareket yönünü değiştirir ve toplam kinetik enerjileri sabit kalır.

Bir maddenin gaz hali, parçacıkları arasında küçük bir etkileşim ve aralarındaki büyük mesafeler ile karakterize edilir. Bu nedenle, gazlar herhangi bir oranda karıştırılır. Çok yüksek basınçlarda, bir gazın yoğunluğu bir sıvının yoğunluğuna yaklaştığında ve gaz yaklaşık olarak bile ideal kabul edilemediğinde, sınırlı çözünürlük gözlemlenebilir.

Maddenin gaz hali (gaz) - toplama durumu parçacıklarının bağlı olmadığı veya etkileşim kuvvetleri tarafından çok zayıf bir şekilde bağlandığı ve serbestçe hareket ettiği, kendilerine sağlanan tüm hacmi dış alanların yokluğunda eşit olarak dolduran bir madde.

Maddenin gaz hali, moleküllerin rastgele termal hareketi ile karakterize edilir. İkincisi birbirleriyle ve gazın bulunduğu kabın duvarlarıyla çarpışır. Moleküllerin kabın duvarları üzerindeki etkileri, birim duvar yüzeyi başına çarpma kuvvetine sayısal olarak eşit olan basınç oluşturur.

Bir maddenin gaz hali, özellikleri bakımından en basit olanıdır, özellikle de çok yüksek basınçlar ve çok düşük sıcaklıklar değil. Örneğin, yüksek basınçlarda (100 atm'den fazla), O2, N2 ve H2 gibi gazlar aynı anda alınırsa ilk sıcaklıklar ve basınçlar, sıkıştırılabilirlik ve termal genleşmede gözle görülür farklılıklara sahip olacak, daha sonra bir atmosfere yakın basınçlarda, bunlar ve diğer gazlar arasındaki bireysel farklılıklar yumuşatılacaktır.

Maddenin gaz hali, maddenin en küçük parçacıklarının - atomlar veya moleküller - çoğu zaman birbirinden nispeten uzak olması ile karakterize edilir. Aralarındaki etkileşim kuvvetleri, yalnızca gaz parçacıklarının birbiriyle çarpıştığı çok kısa zaman dilimlerinde gözle görülür bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, moleküler kuvvetlerin etkisi, yalnızca çarpışmalar sırasında enerji alışverişinde ifade edilir. Gazın yoğunluğu ne kadar düşükse, moleküllerinin serbest yolu o kadar büyük olur ve sonuç olarak moleküler kuvvetlerin gazın durumundaki belirli değişiklikler sırasında gazın genel davranışı üzerindeki etkisi o kadar az olur.

Maddenin gaz hali, maddenin en küçük parçacıklarının - - atomlar veya moleküller - çoğu zaman birbirinden nispeten uzak olmasıyla karakterize edilir. Aralarındaki etkileşim kuvvetleri, yalnızca gaz parçacıklarının birbiriyle çarpıştığı çok kısa zaman dilimlerinde etkisini gösterir. Bu nedenle, moleküler kuvvetlerin etkisi, yalnızca çarpışmalar sırasında enerji alışverişinde ifade edilir. Gazın yoğunluğu ne kadar düşükse, moleküllerinin serbest yolu o kadar büyük olur ve sonuç olarak moleküler kuvvetlerin gazın durumundaki belirli değişiklikler sırasında gazın genel davranışı üzerindeki etkisi o kadar az olur.

Bir maddenin gaz hali, bu maddenin molekülleri arasında hareket eden ihmal edilebilir kuvvetlerle karakterize edilir ve moleküllerin boyutları da aralarındaki ortalama mesafelere kıyasla küçüktür. Gaz moleküllerinin çarpışmadan önce moleküller arası boşluklardaki hareketi düzgün, doğrusal ve rastgele gerçekleşir.

Maddenin gaz halindeki hali, tam moleküler düzensizliğe karşılık gelir.

Maddenin gaz halindeki hali, tam moleküler düzensizliğe karşılık gelir. Moleküllerin (veya atomların) böyle bir dağılımı, uzayda moleküllerin çok sayıda olası yeniden düzenlenmesine karşılık gelir. Yine de fiziksel özellikler maddeler tüm bu yeniden düzenlemeler sırasında değişmeden kalır. Bu nedenle, hepsi bir gaz halindeki duruma karşılık gelir.

Maddenin damla-sıvı ve gaz halleri vardır.

Anasayfaya dön gaz yasası Mendeleev-Claiperon gazının durum denklemini ifade eder pV=nRT, nerede n gazın mol sayısıdır, R- 8.314 J / (K × mol) veya (l × kPa) / (K × mol) değerine eşit bir sabit. Bu yasaya uyan gaza ideal denir.

Avogadro yasası, aynı basınç ve sıcaklıktaki tüm gazların eşit hacimlerinin aynı sayıda molekül içerdiğini belirtir. Bir mol 6.022×10 23 molekül içerir. saat standart koşullar bir mol gaz 22.4 litre hacim kaplar.

varlığının olduğu varsayılır Ideal gaz aşağıdaki koşullar altında mümkündür: gaz aşağıdakilerden oluşur: Büyük bir sayı sürekli hareket halindeki moleküller; gaz molekülleri birbirini çekmez; moleküllerin birbirleriyle çarpışma süresi, çarpışmalar arasındaki süreye kıyasla çok küçüktür; bir gazın ortalama kinetik enerjisi mutlak sıcaklıkla orantılıdır.

Gaz moleküllerinin sürekli hareketi nedeniyle hacim boyunca yayılma eğilimindedir. Bu yayılmaya difüzyon denir, bu işlemin hızı gaz yoğunluğunun karekökü ile ters orantılıdır.

Gerçek gazların davranışı, aşağıdakiler için tanımlanan yasalardan sapar: ideal gazlar. Bu tür sapmaların nedeni, moleküller arası etkileşimin yanı sıra her molekülün kendi hacmine sahip olmasıdır. Van der Waals, aşağıdaki faktörleri hesaba katan bir gaz için bir durum denklemi önerdi: (p + an 2 / V 2)×(V – nb) = nRT.

İşte bir sabit a moleküller arası etkileşimleri hesaba katar ve değeri, van der Waals etkileşiminin artan enerjisiyle büyür ve sabit içinde moleküllerin hacmini hesaba katar ve moleküler boyut arttıkça değeri artar.

Maddenin sıvı hali

Basınç arttıkça gaz tanecikleri arasındaki mesafe azalır ve moleküllerin çekim kuvvetleri giderek daha fazla ortaya çıkar. Belirli bir basınçta, maddenin doğasına ve sıcaklığa bağlı olarak gaz sıvıya dönüşür - gaz yoğunlaşır.

Moleküler kinetik teoriye göre, bir sıvının parçacıkları arasındaki mesafeler gazlardakinden çok daha küçüktür, bu nedenle aralarında van der Waals etkileşimleri ortaya çıkar: dispersiyon, dipol-dipol ve indüksiyon. Bu etkileşimler, molekülleri birbirine yakın tutar ve parçacıkların bir tür sıralamasına veya birleşmesine yol açar. Belirli kuvvetler tarafından birleştirilen küçük parçacık gruplarına kümeler denir. Özdeş parçacıklar durumunda, bir sıvıdaki kümelere ortak denir.

Moleküllerin polaritesindeki bir artışla düzen derecesi artar, çünkü bu durumda van der Waals kuvvetleri artar. Moleküller arasındaki hidrojen bağlarının oluşumunda özellikle sıralama önemlidir. Bununla birlikte, hidrojen bağları ve hatta daha çok van der Waals kuvvetleri bile nispeten zayıftır, dolayısıyla moleküller sıvı hal Brownian hareketi olarak adlandırılan sürekli hareket halindedirler.

Sürekli hareket nedeniyle, tek tek moleküller sıvıdan ayrılabilir ve gaz haline geçebilir. Bu işleme sıvı buharlaşması denir. Bir sıvının buharlaşma eğilimine uçuculuk denir. Buharlaşma nedeniyle, sıvının üzerindeki gaz fazındaki belirli bir sıvının kısmi buhar basıncı artar, yani. buhar yoğunlaşması. Bazı kısmi basıncı buharın buharlaşma ve yoğuşma hızları eşitlenir ve bu basınca basınç denir doymuş buharlar sıvılar.

Bir sıvının doymuş buharlarının kısmi basıncında atmosferik basınç, sıvı gaz kabarcıkları oluşur ve kaynama başlar. Bu duruma ulaşılan sıcaklığa sıvının kaynama noktası denir.

Sıvılar sıvıdır. Bir akışkanın akmaya karşı gösterdiği dirence viskozite denir. Viskozite parçacıkların etkileşim enerjisinin artmasıyla artar ve moleküllerin yapısına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça viskozite azalır.

Yüzeyde bulunan moleküllerin moleküler etkileşim kuvvetleri dengeli değildir, bu nedenle ortaya çıkan kuvvet sıvının derinliğine yönlendirilir. Bu kuvvetin etkisi altında sıvı, yüzeyini küçültme eğilimindedir. Küre, aynı hacme sahip en küçük yüzeye sahiptir, bu nedenle bir sıvı damlası küre şeklini alır.

Yeni bir yüzeyin oluşumu için ek enerji gereklidir, buna denir. yüzey gerilimi s, J/m2.

katılar

Sıvı soğutulduğunda, daha fazla azalma olur. kinetik enerji parçacıklar. Belirli bir sıcaklık veya sıcaklık aralığında sıvı, partiküllerin pratik olarak özelliklerini kaybettiği katı bir duruma geçer. ileri hareket ve çoğunlukla dalgalanmaları konumları etrafında tutar. Gazlardan farklı olarak, bir sıvının özelliklerinin taşıyıcıları, özelliklerin taşıyıcısı olan moleküllerdir. sağlam vücut fazdır. Katılar amorf veya kristal halde olabilir.

Katıların büyük çoğunluğu (istisnasız tüm metaller dahil) kristal haldedir, bu nedenle uzun menzilli bir düzen ile karakterize edilirler, yani. katının tüm hacmi boyunca üç boyutlu periyodiklik. Bir katıdaki parçacıkların düzenli düzenlenmesi, düğümlerinde belirli parçacıkların bulunduğu bir kafes olarak tasvir edilir.

Tek kristaller, anizotropi ile karakterize edilir, yani. özelliklerin uzayda yöne bağımlılığı. Ancak belirtmek gerekir ki, gerçek katılar(metaller dahil) polikristal, yani farklı koordinat eksenleri boyunca yönlendirilmiş birçok kristalden oluşur; bu nedenle, polikristal gövdelerde anizotropi görünmez.

kristal cisimler erime noktası adı verilen belirli bir sıcaklıkta erir. Kristaller, kristal kafes sabitinin enerjisi ve koordinasyon sayısı (kristalde belirli bir parçacığa doğrudan bitişik parçacıkların sayısı) ile karakterize edilir. Kafes sabiti, ana yüzlerin yönleriyle çakışan eksenler yönünde kristaldeki düğümleri işgal eden parçacıkların merkezleri arasındaki mesafeleri karakterize eder. Kristal kafesin enerjisine, kristalin bir molünü yok etmek ve etkileşim sınırlarının ötesinde parçacıkları uzaklaştırmak için gereken enerji denir. Enerjinin ana kaynağı enerjidir Kimyasal bağ kafes içindeki parçacıklar arasında, kJ/mol.

Bir kristalin simetrisinin tüm özelliklerini ifade eden en küçük yapısal birimi elementer hücredir. Hücrenin üç boyutta tekrarı ile tüm kristal kafes elde edilir. Metaller iki tip kristal kafes ile karakterize edilir - kübik ve altıgen (Şekil 2.2).

Pirinç. 2.2. Temel hücre türleri

metallerin kristal kafesi:

a– altıgen; b- kübik;

içinde– kübik merkezli

Birçok madde iki veya daha fazla kristal yapılar. Bu fenomene polimorfizm denir. Yani, a-demirin vücut merkezli kübik bir hücresi vardır ve g-demirin yüz merkezli bir hücresi vb. vardır.

Kristal kafes düğümlerindeki parçacıkların doğasına ve aralarındaki kimyasal bağlara göre, tüm kristaller moleküler, atomik-kovalent, iyonik ve metalik olarak ayrılabilir. Ayrıca karışık kimyasal bağlara sahip kristaller vardır.

Moleküler kristallerde, kafes bölgelerinde van der Waals kuvvetlerinin etki ettiği, yüksek enerjiye sahip olan ve bu kristallerin özelliklerini belirleyen moleküller vardır. Küresel moleküllü maddeler sıkı paketlenmiş bir yapıya sahiptir. Düğümlerinde polar moleküller bulunan kristaller, polar olmayan moleküllere sahip kristallerden daha yüksek mukavemete ve erime noktasına sahiptir. Kristallerin önemli ölçüde güçlendirilmesi, hidrojen bağlarından kaynaklanmaktadır.

Atomik kovalent kristallerde, atomlar düğümlerde bulunur ve birbirleriyle güçlü kovalent bağlar oluşturur. Bu, kafesin yüksek enerjisini ve buna bağlı olarak maddelerin fiziksel özelliklerini belirler. Kovalent bağların yönlülüğü nedeniyle, atomik kovalent kristallerdeki koordinasyon sayıları ve paketleme yoğunluğu düşüktür.

İyonik kristallerde, yapısal birimler, yeterince yüksek bir enerji ile karakterize edilen, aralarında elektrostatik bir etkileşimin meydana geldiği pozitif ve negatif yüklü iyonlardır. Bu, iyonik kristalli maddelerin özelliklerini açıklar. Bağların yönsüzlüğü ve doymamışlığı ve parçacıkların küresel şekli nedeniyle, iyonların koordinasyon sayıları yüksek olabilir. Kompleks iyonlu bileşiklerde kristal kafesin şekli bozulur.

Metal kristaller bir dizi özel özellik ile karakterize edilir: yüksek elektriksel iletkenlik, termal iletkenlik, dövülebilirlik, süneklik, metalik parlaklık ve yüksek yansıtıcılık. Metallerin bu spesifik özellikleri, metalik adı verilen özel bir kimyasal bağ türü ile açıklanır.

Çoğu metal dış elektron kabuğuönemli sayıda boş orbital ve az sayıda elektron vardır; bu nedenle, elektronların lokalize olmayıp tüm metale ait olmaları enerjisel olarak daha uygundur. Pozitif yüklü metal iyonları ve lokalize olmayan elektronlar arasında maddenin kararlılığını sağlayan elektrostatik bir etkileşim vardır. Bu etkileşimin enerjisi, kovalent ve moleküler kristallerin enerjileri arasında orta düzeydedir. Kristalin hacmi etrafında serbestçe hareket edebilen elektronların varlığı, metallerin dövülebilirliği ve sünekliğinin yanı sıra yüksek elektriksel iletkenlik ve termal iletkenlik sağlar.

Kristallerde saf formunda bir veya başka tür kimyasal bağ veya etkileşim nadirdir. Genellikle, parçacıklar arasında, iki veya daha fazla bağ türünün birbirinin üzerine yerleştirilmesiyle tanımlanan karmaşık etkileşimler vardır. Bunlar, karışık bağlara sahip sözde kristallerdir. Böylece, bazı kristallerde, van der Waals kuvvetleriyle birlikte, kristalleri önemli ölçüde güçlendiren hidrojen bağları ortaya çıkar. İyonik kristallerdeki parçacıklar arasında bir kovalent bağ da hareket ettiğinden, saf haliyle iyonik bağ pratikte yoktur. saat a- veya f-metaller, lokalize olmayan bir metalik bağ ile birlikte, komşu atomlar arasında kovalent bağlar hareket edebilir. Atomik kristallerde, kovalent bağ van der Waals kuvvetleri, iki boyutlu düz (katmanlı) yapıların oluşumu ile var olabilir. Bu tür bileşiklere interkalatlar denir. Bu özellikle grafit içeren kristaller için geçerlidir.

Katmanlı bileşikler, "misafir" moleküllerin, farklı türden parçacıklardan oluşan kristal bir çerçevenin boşluklarına dahil edilmesiyle oluşturulan, klatratlar veya inklüzyon bileşikleri adı verilen özel bir bileşik sınıfı türüdür - "konakçılar".

Hidrokarbon gazlarını basınç altında pompalarken, boru hatlarının ve bağlantı parçalarının iç yüzeylerinde biriken, bunları tıkayan ve böylece pompalama sürecini bozan katı gaz klatratları oluşur.