Урок №5. Агрегатные состояния

Входящий контроль

1. В аммиаке и хлориде бария химическая связь соответственно

1) ионная и ковалентная полярная

2) ковалентная полярная и ионная

3) ковалентная неполярная и металлическая

4) ковалентная неполярная и ионная

2. Вещества только с ионной связью приведены в ряду

1) F₂, ССl₄, KСl

2) NaBr, Na₂O, KI

3) SO₂, P₄, CaF₂

4) H₂S, Br₂, K₂S

3. В каком ряду все вещества имеют ковалентную полярную связь?

1) HCl, NaCl, Cl₂

2) O₂, H₂O, CO₂

3) H₂O, NH₃, CH₄

4) NaBr, HBr, CO

4. Ковалентная неполярная связь характерна для

1) Сl₂

2) SO₃

3) СО

4) SiO₂

5. Веществом с ковалентной связью является

1) СаСl₂

2) MgS

3) H₂S

4) NaBr

6. Между атомами с одинаковой относительной электроотрицательностью образуется химическая связь

1) ионная

2) ковалентная полярная

3) ковалентная неполярная

4) водородная

7. Тремя общими электронными парами образована ковалентная связь в молекуле

1) азота

2) сероводорода

3) метана

4) хлора

8. Полярность связи наиболее выражена в молекуле

1) HI

2) НСl

3) HF

4) НВr

9. Водородная связь не характерна для вещества

1) Н₂О

2) СН₄

3) NH₃

4) СН₃ОН

10. Наименее прочная химическая связь в молекуле

1) фтора

2) хлора

3) брома

4) йода

11. В молекуле какого вещества длина химической связи наибольшая?

1) фтора

2) хлора

3) брома

4) йода

12. Среди веществ: NH₄Cl, CsCl, NaNO₃, PH₃, HNO₃ — число соединений с ионной связью равно

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

13. Среди веществ: (NH₄)₂SO₄, Na₂SO₄, CaI₂, I₂, CO₂— число соединений с ковалентной связью равно

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ответы:

1 — 2, 2 — 2, 3 — 3, 4 — 3, 5 — 1, 6 — 3, 7 — 1, 8 — 3, 9 — 2, 10 — 4, 11 — 4, 12 — 3, 13 — 4

Агрегатное состояние

Агрегатное состояние — состояние какого-либо вещества, имеющее определенные свойства: способность сохранять форму и объем, иметь дальний или ближний порядок и другие. При изменении агрегатного состояния вещества происходит изменение физических свойств, а также плотности, энтропии и свободной энергии.

Полезно знать!

Свободная энергия или Энергия Гиббса G – это та часть всей энергии системы, которую можно использовать для совершения максимальной работы.
Мерой теплоты реакции служит изменение энтальпии ΔН, которая соответствует теплообмену при постоянном давлении. В случае экзотермических реакций система теряет тепло и ΔН — величина отрицательная. В случае эндотермических реакций система поглощает тепло и ΔН — величина положительная.
Мерой изменения упорядоченности системы служит изменение энтропии ΔS. Энтропия системы тем выше, чем больше степень неупорядоченности (беспорядка) системы.
При постоянных температуре и давлении изменение энергии Гиббса связано с энтальпией и энтропией следующим выражением: ΔG = ΔH – TΔS

Почему происходят такие превращения?

Все вокруг состоит из атомов и молекул. Атомы и молекулы различных веществ взаимодействуют друг с другом, и именно связь между ними определяет, какое у вещества агрегатное состояние.

Выделяют четыре типа агрегатных веществ: газообразное, жидкое, твердое, плазма.

Переход из одного агрегатного состояния в другое, а также броуновское движение или диффузия относятся к физическим явлениям, поскольку в этих превращениях не происходит изменений молекул вещества и сохраняется их химический состав.

Газообразное состояние

На молекулярном уровне газ представляет собой хаотически движущиеся, сталкивающиеся со стенками сосуда и между собой молекулы, которые друг с другом практически не взаимодействуют. Поскольку молекулы газа между собой не связаны, то газ заполняет весь предоставленный ему объем, взаимодействуя и изменяя направление только при ударах друг о друга. К сожалению, невооруженным глазом и даже с помощью светового микроскопа увидеть молекулы газа невозможно. Однако газ можно потрогать.

Если накачать воздухом шину автомобиля или велосипеда, и из мягкой и сморщенной она становится накачанной и упругой. Это происходит потому, что в замкнутый ограниченный объем шины попадает большое количество молекул, которым становится тесно, и они начинают чаще ударяться друг о друга и о стенки шины, а в результате суммарное воздействие миллионов молекул на стенки воспринимается нами как давление.

Жидкое состояние

При повышении давления и/или снижении температуры газы можно перевести в жидкое состояние. Еще на заре ХIХ века английскому физику и химику Майклу Фарадею удалось перевести в жидкое состояние хлор и углекислый газ, сжимая их при очень низких температурах. Однако некоторые из газов не поддались ученым в то время, и, как оказалось, дело было не в недостаточном давлении, а в неспособности снизить температуру до необходимого минимума. Жидкость, в отличие от газа, занимает определенный объем, однако она также принимает форму заполняемого сосуда ниже уровня поверхности. Наглядно жидкость можно представить, как круглые бусины или крупу в банке. Молекулы жидкости находятся в тесном взаимодействии друг с другом, однако свободно перемещаются относительно друг друга. Если на поверхности останется капля воды, через какое-то время она исчезнет. Но мы же помним, что благодаря закону сохранения массы-энергии, ничто не пропадает и не исчезает бесследно. Жидкость испарится, т.е. изменит свое агрегатное состояние на газообразное. Испарение — это процесс преобразования агрегатного состояния вещества, при котором молекулы, чья кинетическая энергия превышает потенциальную энергию межмолекулярного взаимодействия, поднимаются с поверхности жидкости или твердого тела. Испарение с поверхности твердых тел называется сублимацией или возгонкой. Наиболее простым способом наблюдать возгонку является использование нафталина для борьбы с молью. Если вы ощущаете запах жидкости или твердого тела, значит происходит испарение. Ведь нос как раз и улавливает ароматные молекулы вещества. Жидкости окружают человека повсеместно. Свойства жидкостей также знакомы всем — это вязкость, текучесть. Когда заходит разговор о форме жидкости, то многие говорят, что жидкость не имеет определенной формы. Но так происходит только на Земле. Благодаря силе земного притяжения капля воды деформируется. Однако многие видели, как космонавты в условиях невесомости ловят водяные шарики разного размера. В условиях отсутствия гравитации жидкость принимает форму шара. А обеспечивает жидкости шарообразную форму сила поверхностного натяжения. Мыльные пузыри – отличный способ познакомиться с силой поверхностного натяжения на Земле. Еще одно свойство жидкости — вязкость. Вязкость зависит от давления, химического состава и температуры. Большинство жидкостей подчиняются закону вязкости Ньютона, открытому в ХIХ веке. Однако есть ряд жидкостей с высокой вязкостью, которые при определенных условиях начинают вести себя как твердые тела и не подчиняются закону вязкости Ньютона. Такие растворы называются неньютоновскими жидкостями. Самый простой пример неньютоновской жидкости — взвесь крахмала в воде. Если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело.

Твёрдое состояние

Если у жидкости, в отличие от газа, молекулы движутся уже не хаотически, а вокруг определенных центров, то в твёрдом агрегатном состоянии вещества атомы и молекулы имеют четкую структуру и похожи на построенных солдат на параде. И благодаря кристаллической решетке твердые вещества занимают определенный объем и имеют постоянную форму. Между твердыми и жидкими телами существует промежуточная группа аморфных веществ, представители которой с одной стороны за счет высокой вязкости долго сохраняют свою форму, а с другой – частицы в нем строго не упорядочены и находятся в особом конденсированном состоянии. К аморфным веществам относится целый ряд веществ: смола, стекло, янтарь, каучук, полиэтилен, поливинилхлорид, полимеры, сургуч, различные клеи, эбонит и пластмассы.

При определенных условиях вещества, находящиеся в агрегатном состоянии жидкости, могут переходить в твердое, а твердые тела, наоборот, при нагревании плавиться и переходить в жидкое. Это происходит потому, что при нагревании увеличивается внутренняя энергия, соответственно молекулы начинают двигаться быстрее, а при достижении температуры плавления кристаллическая решетка начинает разрушаться и изменяется агрегатное состояние вещества. У большинства кристаллических тел объем увеличивается при плавлении, но есть исключения, например – лед, чугун.

В зависимости от вида частиц, образующих кристаллическую решетку твердого тела, выделяют следующую структуру: молекулярную, атомную, ионную металлическую.

Повторите тему «Кристаллические решётки»

У одних веществ изменение агрегатных состояний происходит легко, как, например, у воды, для других веществ нужны особые условия (давление, температура). Но в современной физике ученые выделяют еще одно независимое состояние вещества — плазма.

Плазма — ионизированный газ с одинаковой плотностью как положительных, так и отрицательных зарядов. В живой природе плазма есть на солнце, или при вспышке молнии. Северное сияние и даже привычный нам костер, согревающий своим теплом во время похода на природу, также относится к плазме. Искусственно созданная плазма добавляет яркости любому городу. Огни неоновой рекламы — это всего лишь низкотемпературная плазма в стеклянных трубках. Привычные нам лампы дневного света тоже заполнены плазмой.

Плазму делят на

низкотемпературную — со степенью ионизации около 1% и температурой до 100 тысяч градусов,

высокотемпературную — ионизация около 100% и температурой в 100 млн градусов (именно в таком состоянии находится плазма в звездах). Низкотемпературная плазма в привычных нам лампах дневного света широко применяется в быту. Высокотемпературная плазма используется в реакциях термоядерного синтеза и ученые не теряют надежду использовать ее в качестве замены атомной энергии, однако контроль в этих реакциях очень сложен. А неконтролируемая термоядерная реакция зарекомендовала себя как оружие колоссальной мощности, когда 12 августа 1953 года СССР испытал термоядерную бомбу.

Проверьте себя, решите тест:

1. Что не относится к агрегатным состояниям:

A. жидкость

B. газ

C. свет

2. Вязкость ньютоновских жидкостей подчиняется:

A. закону Бойля-Мариотта

B. закону Архимеда

C. закону вязкости Ньютона

3. Почему атмосфера Земли не улетает в открытый космос:

A. потому что молекулы газа не могут развить вторую космическую скорость

B. потому что на молекулы газа воздействует сила земного притяжения

C. оба ответа правильные

4. Что не относится к аморфным веществам:

A. сургуч

B. стекло

C. железо

5. При охлаждении объем увеличивается у:

A. янтаря

B. льда

C. сахара

Ответы: 1-С; 2-С; 3-В; 4-С; 5-В

Вопросы для самостоятельной работы

1. Какой тип кристаллической решетки у следующих широко используемых в быту веществ: вода, уксусная кислота (CH₃COOH), сахар (C₁₂H₂₂O₁₁), калийное удобрение (KCl), речной песок (SiO₂, температура плавления 1710 °C), аммиак, поваренная соль? По каким свойствам вещества можно определить тип его кристаллической решетки?

2. Если вещество хорошо растворимо в воде, имеет высокую температуру плавления, электропроводно, то его кристаллическая решетка

1) атомная;

2) молекулярная;

3) ионная;

4) металлическая

3. Ионную кристаллическую решетку в твердом состоянии имеет каждое из двух веществ

1) HBr и HCOONa;

2) SO₃ и KNO₃;

3) NaOH и Fe;

4) Ba(NO₃)₂ и Li₂O

4. Укажите тип кристаллической решетки веществ, для которых характерны следующие свойства: ковкость, пластичность, электропроводность.