Агрегация абалы деген эмне, катуу, суюктуктар жана газдар кандай өзгөчөлүктөрү жана касиеттери бар деген суроолор бир нече окуу курстарында каралат. Заттын үч классикалык абалы бар, алардын түзүлүшүнүн өзүнө мүнөздүү өзгөчөлүктөрү бар. Аларды түшүнүү Жер, тирүү организмдер жана өндүрүштүк ишмердүүлүк жөнүндөгү илимдерди түшүнүүдө маанилүү пункт болуп саналат. Бул суроолор физика, химия, география, геология, физикалык химия жана башка илимий дисциплиналар тарабынан изилденет. Белгилүү шарттарда абалдын үч негизги түрүнүн биринде турган заттар температуранын же басымдын жогорулашы же азайышы менен өзгөрүшү мүмкүн. Агрегациянын бир абалынан экинчи абалына өтүү мүмкүндүгүн карап көрүңүз, анткени алар табиятта, технологияда жана күнүмдүк жашоодо ишке ашат.
Агрегациянын абалы кандай?
Латын теги «агрего» сөзү орус тилине которгондо «тиркелүү» дегенди билдирет. Илимий термин ошол эле дененин, заттын абалын билдирет. Катуу заттардын белгилүү бир температуралык мааниде жана ар кандай басымда болушу,газдар жана суюктуктар Жердин бардык кабыктарына мүнөздүү. Үч негизги агрегаттык мамлекеттен тышкары, төртүнчүсү дагы бар. Жогорку температурада жана туруктуу басымда газ плазмага айланат. Агрегация абалы эмне экенин жакшыраак түшүнүү үчүн заттарды жана денелерди түзгөн эң кичинекей бөлүкчөлөрдү эстеп калуу керек.
Жогорудагы диаграммада: а - газ; б - суюк; в - катуу дене. Мындай сандарда тегерекчелер заттардын структуралык элементтерин көрсөтөт. Бул символ, чындыгында атомдор, молекулалар, иондор катуу шарлар эмес. Атомдор оң заряддуу ядродон турат, анын айланасында терс заряддуу электрондор жогорку ылдамдыкта кыймылдайт. Заттын микроскопиялык түзүлүшүн билүү ар кандай агрегаттык формалардын ортосундагы айырмачылыктарды жакшыраак түшүнүүгө жардам берет.
Микрокосмостун өкүлдөрү: Байыркы Грециядан 17-кылымга чейин
Физикалык денелерди түзгөн бөлүкчөлөр жөнүндөгү биринчи маалымат Байыркы Грецияда пайда болгон. Атом деген түшүнүктү ойчулдар Демокрит жана Эпикур киргизишкен. Алар ар кандай заттардын бул эң кичинекей бөлүнгүс бөлүкчөлөрү формага, белгилүү өлчөмдөргө ээ, кыймылга жана бири-бири менен өз ара аракеттенүүгө жөндөмдүү деп эсептешкен. Атомистика өз убагындагы байыркы Грециянын эң алдыңкы окуусу болуп калды. Бирок анын өнүгүшү орто кылымдарда басаңдаган. Ошондон бери илимпоздор Рим-католик чиркөөсүнүн инквизициясы тарабынан куугунтукталган. Демек, азыркы заманга чейин материянын топтолуу абалы кандай экендиги жөнүндө так түшүнүк болгон эмес. 17-кылымдан кийин ганаокумуштуулар Р. Бойл, М. Ломоносов, Д. Дальтон, А. Лавуазье атомдук-молекулалык теориянын жоболорун формулировкалашкан, алар бүгүнкү күндө да маанисин жогото элек.
Атомдор, молекулалар, иондор заттын түзүлүшүнүн микроскопиялык бөлүкчөлөрү
Микрокосмосту түшүнүүдөгү олуттуу бурулуш 20-кылымда, электрондук микроскоп ойлоп табылганда болгон. Окумуштуулар тарабынан мурда жасалган ачылыштарды эске алуу менен микродүйнөнүн гармониялуу картинасын түзүүгө мүмкүн болгон. Заттын эң кичинекей бөлүкчөлөрүнүн абалын жана жүрүм-турумун сүрөттөгөн теориялар абдан татаал, алар кванттык физика тармагына кирет. Заттын ар кандай агрегаттык абалынын өзгөчөлүктөрүн түшүнүү үчүн ар кандай заттарды түзүүчү негизги структуралык бөлүкчөлөрдүн аталыштарын жана өзгөчөлүктөрүн билүү жетиштүү.
- Атомдор химиялык бөлүнгүс бөлүкчөлөр. Химиялык реакцияларда сакталып, бирок ядролук түрдө жок кылынат. Металлдар жана атомдук түзүлүштөгү башка көптөгөн заттар кадимки шарттарда катуу агрегация абалына ээ.
- Молекулалар химиялык реакцияларда талкаланып, пайда болгон бөлүкчөлөр. Молекулярдык түзүлүшү кычкылтек, суу, көмүр кычкыл газы, күкүрт бар. Кадимки шарттарда кычкылтектин, азоттун, күкүрттүн диоксидинин, көмүртектин, кычкылтектин агрегаттык абалы газ түрүндө болот.
- Иондор заряддуу бөлүкчөлөр жана атомдор жана молекулалар электрон алганда же жоготкондо айланат - микроскопиялык терс заряддуу бөлүкчөлөр. Көптөгөн туздар иондук түзүлүшкө ээ, мисалы, ашкана тузу, темир жана жез сульфаты.
Бөлүкчөлөрү мейкиндикте белгилүү бир тартипте жайгашкан заттар бар. Салыштырмалуу позицияатомдор, иондор, молекулалар кристаллдык тор деп аталат. Көбүнчө иондук жана атомдук кристалл торлору катуу заттар үчүн, молекулалык - суюктуктар жана газдар үчүн мүнөздүү. Алмаздын катуулугу жогору. Анын атомдук кристалл торчосун көмүртек атомдору түзөт. Бирок жумшак графит да бул химиялык элементтин атомдорунан турат. Бир гана алар мейкиндикте башкача жайгашкан. Күкүрттүн агрегациясынын кадимки абалы катуу, бирок жогорку температурада зат суюктукка жана аморфтук массага айланат.
Агрегациянын катуу абалындагы заттар
Катуу денелер нормалдуу шарттарда көлөмүн жана формасын сактап калат. Мисалы, кумдун даны, канттын даны, туз, таштын же металлдын бир бөлүгү. Кант ысытылган болсо, зат эрий баштайт, жабышчаак күрөң суюктукка айланат. Жылытууну токтотуңуз - дагы бир катуу затты алабыз. Бул катуу нерсенин суюктукка өтүшүнүн негизги шарттарынын бири анын ысышы же заттын бөлүкчөлөрүнүн ички энергиясынын көбөйүшү экенин билдирет. Тамак-ашта колдонулуучу туздун агрегациясынын катуу абалын да өзгөртүүгө болот. Бирок ашкана тузун эритүү үчүн кантты ысытканга караганда жогорку температура керек. Чындыгында, кант молекулалардан, ал эми аш тузу бири-бирине көбүрөөк тартылуучу заряддуу иондордон турат. Суюк формадагы катуу заттар кристалл торлору бузулгандыктан формасын сакташпайт.
Эрүү учурунда туздун агрегациясынын суюк абалы кристаллдардагы иондордун ортосундагы байланыштын үзүлүшү менен түшүндүрүлөт. бошотулатэлектрдик заряддарды алып жүрүүчү заряддуу бөлүкчөлөр. Эриген туздар электр тогун өткөрөт жана өткөргүч болуп саналат. Химия, металлургия жана машина куруу өнөр жайларында катуу заттар суюктукка айландырылып, алардан жаңы бирикмелерди алуу же аларга түрдүү формаларды берүү үчүн колдонулат. Металл эритмелери кеңири колдонулат. Катуу чийки заттарды топтоо абалынын өзгөрүшүнө байланыштуу аларды алуунун бир нече жолу бар.
Суюктук - топтоонун негизги абалынын бири
Эгер түбү тегерек колбага 50 мл суу куюп көрсөңүз, зат дароо химиялык идиштин формасын алганын көрүүгө болот. Бирок колбадан сууну куюп салаарыбыз менен суюктук дароо дасторкондун бетине жайылып кетет. Суунун көлөмү өзгөрүүсүз калат - 50 мл, анын формасы өзгөрөт. Бул өзгөчөлүктөр заттын бар болушунун суюк формасына мүнөздүү. Суюктуктар көптөгөн органикалык заттар: спирттер, өсүмдүк майлары, кислоталар.
Сүт эмульсия, башкача айтканда, май тамчылары бар суюктук. Пайдалуу суюк минерал - бул май. Ал кургактагы жана океандагы бургулоочу станоктордун жардамы менен скважиналардан алынат. Деңиз суусу да өнөр жай үчүн сырье болуп саналат. Анын дарыялардын жана көлдөрдүн таза сууларынан айырмасы эриген заттардын, негизинен туздардын курамында. Суу объектилеринин бетинен бууланууда буу абалына H2O молекулалары гана өтөт, эриген заттар калат. Деңиз суусунан пайдалуу заттарды алуу ыкмалары жана аны тазалоо ыкмалары ушул касиетке негизделген.
Качантуздарды толук тазалоо, дистилденген суу алынат. 100°С кайнайт, 0°Сте тоңот. Шорлор түрдүү температурада кайнап, музга айланат. Мисалы, Түндүк Муз океанындагы суу 2°C беттик температурада тоңот.
Кадимки шарттарда сымаптын агрегаттык абалы суюктук. Бул күмүш-боз металл, адатта, медициналык термометрлер менен толтурулат. ысытылганда сымап мамычасы шкала боюнча көтөрүлөт, зат кеңейет. Эмне үчүн көчө термометрлери сымапты эмес, кызыл түстөгү спиртти колдонушат? Бул суюк металлдын касиеттери менен түшүндүрүлөт. 30 градустук аязда сымаптын агрегаттык абалы өзгөрүп, зат катуу болуп калат.
Медициналык термометр сынып, сымап сыртка агып кетсе, күмүш шарларды колуңуз менен алуу кооптуу. Сымап буусу менен дем алуу зыяндуу, бул зат абдан уулуу. Мындай учурларда балдар ата-энелеринен, чоңдордон жардам сурашы керек.
Газ абалы
Газдар көлөмүн же формасын сактай албайт. Колбаны үстү жагына чейин кычкылтек менен толтуруңуз (анын химиялык формуласы O2). Колбаны ачарыбыз менен заттын молекулалары бөлмөдөгү абага аралаша баштайт. Бул Brownian кыймылы менен шартталган. Атүгүл байыркы грек окумуштуусу Демокрит материянын бөлүкчөлөрү тынымсыз кыймылда болот деп эсептеген. Катуу заттарда нормалдуу шарттарда атомдор, молекулалар, иондор кристалл торчосунан чыгууга, башка бөлүкчөлөр менен байланыштан бошонууга мүмкүнчүлүктөрү жок. Бул качан гана мүмкүнсырттан келген чоң көлөмдөгү энергия.
Суюктуктарда бөлүкчөлөрдүн ортосундагы аралык катуу заттарга караганда бир аз чоңураак, алар молекулалар аралык байланыштарды үзүү үчүн азыраак энергияны талап кылат. Мисалы, кычкылтектин суюк агрегаттык абалы газдын температурасы -183°Сге чейин төмөндөгөндө гана байкалат. -223 °C, O2 молекулалары катуу затты түзөт. Температура берилген маанилерден жогору көтөрүлгөндө, кычкылтек газга айланат. Дал ушул формада ал кадимки шарттарда болот. Өнөр жай ишканаларында атмосфералык абаны бөлүп алуу жана андан азот жана кычкылтек алуу үчүн атайын установкалар орнотулган. Адегенде аба муздатып, суюлтулуп, андан кийин температура акырындык менен жогорулатылат. Азот менен кычкылтек ар кандай шарттарда газга айланат.
Жердин атмосферасында көлөмү боюнча 21% кычкылтек жана 78% азот бар. Суюк абалда бул заттар планетанын газ кабыгында кездешпейт. Суюк кычкылтек ачык көк түскө ээ жана жогорку басымда медициналык мекемелерде колдонуу үчүн баллондорго толтурулат. Өнөр жайда жана курулушта суюлтулган газдар көптөгөн процесстер үчүн зарыл. Кычкылтек металлдарды газ менен ширетүү жана кесүү үчүн, химияда - органикалык эмес жана органикалык заттардын кычкылдануу реакциялары үчүн керек. Эгерде сиз кычкылтек баллонунун клапанын ачсаңыз, басым төмөндөп, суюктук газга айланат.
Суюлтулган пропан, метан жана бутан энергетикада, транспортто, өнөр жайда жана тиричиликте кеңири колдонулат. Бул заттар жаратылыш газынан же крекинг жолу менен алынатчийки мунайдын (бөлүү). Көмүртек суюк жана газ аралашмасы көптөгөн өлкөлөрдүн экономикасында маанилүү ролду ойнойт. Бирок мунайдын жана жаратылыш газынын запастары абдан түгөнгөн. Окумуштуулардын айтымында, бул чийки зат 100-120 жылга жетет. Энергиянын альтернативдүү булагы аба агымы (шамал) болуп саналат. Электр станцияларын иштетүү үчүн тез аккан дарыялар, деңиздердин жана океандардын жээгиндеги толкундар колдонулат.
Кычкылтек, башка газдар сыяктуу, плазманы чагылдырган төртүнчү агрегация абалында болушу мүмкүн. Катуу абалдан газ абалына адаттан тыш өтүү кристаллдык йоддун мүнөздүү белгиси болуп саналат. Кочкул кызгылт түстөгү зат сублимациядан өтөт - суюк абалды айланып өтүп, газга айланат.
Материянын бир агрегаттык формасынан экинчисине өтүү кантип ишке ашат?
Заттардын агрегаттык абалынын өзгөрүшү химиялык өзгөрүү менен байланышпайт, бул физикалык кубулуштар. Температура көтөрүлгөндө көптөгөн катуу заттар эрип суюктукка айланат. Температуранын андан ары жогорулашы бууланууга, башкача айтканда, заттын газ абалына алып келиши мүмкүн. Жаратылышта жана экономикада мындай өтүү Жердеги негизги заттардын бирине мүнөздүү. Муз, суюктук, буу ар кандай тышкы шарттарда суунун абалы. Курамы бирдей, анын формуласы H2O. 0°С жана бул көрсөткүчтөн төмөн температурада суу кристаллдашат, башкача айтканда, музга айланат. Температура көтөрүлгөндө, пайда болгон кристаллдар жок кылынат - муз эрийт, суюк суу кайрадан алынат. Аны ысытканда суу буусу пайда болот. буулануу -суунун газга айланышы - төмөн температурада да жүрөт. Мисалы, суу бууланып кеткендиктен, тоңгон көлчүктөр акырындап жок болот. Аяздуу аба ырайында да нымдуу кийимдер кургап калат, бирок бул процесс ысык күнгө караганда көбүрөөк убакытты талап кылат.
Суунун бир абалдан экинчи абалга өтүшүнүн бардыгы Жердин табияты үчүн чоң мааниге ээ. Атмосфералык кубулуштар, климат жана аба ырайы океандардын бетиндеги суунун бууланышына, булут жана туман түрүндөгү нымдуулуктун кургактыкка өтүшүнө, жаан-чачындарга (жамгыр, кар, мөндүр) байланыштуу. Бул көрүнүштөр жаратылыштагы суунун дүйнөлүк циклинин негизин түзөт.
Күкүрттүн агрегаттык абалы кандай өзгөрөт?
Кадимки шарттарда күкүрт жаркыраган жалтырак кристаллдар же ачык сары порошок, б.а. катуу зат. Күкүрттүн агрегаттык абалы ысытылганда өзгөрөт. Биринчиден, температура 190°Cге чейин көтөрүлгөндө сары зат эрип, кыймылдуу суюктукка айланат.
Суюк күкүрттү муздак сууга тез куюп койсоңуз, күрөң аморфтук масса аласыз. Күкүрт эритмеси андан ары ысыганда, ал барган сайын илешкектүү болуп, карарып калат. 300°С жогору температурада күкүрттүн агрегация абалы кайрадан өзгөрөт, зат суюктук касиетине ээ болуп, кыймылдуу болуп калат. Бул өтүүлөр элементтин атомдорунун ар кандай узундуктагы чынжырларды түзүү жөндөмдүүлүгүнө байланыштуу болот.
Эмне үчүн заттар ар кандай физикалык абалда болушу мүмкүн?
Күкүрттүн агрегаттык абалы - жөнөкөй зат - кадимки шарттарда катуу. Күкүрттүн диоксиди - газ, күкүрт кислотасы -суудан оор майлуу суюктук. Туз жана азот кислоталарынан айырмаланып, ал учуучу эмес, молекулалар анын бетинен бууланбайт. Кристаллдарды жылытуудан алынган пластикалык күкүрттүн агрегациясынын абалы кандай?
Аморфтук формада зат суюктуктун түзүлүшүнө ээ, бир аз суюктукка ээ. Бирок пластикалык күкүрт бир эле учурда өзүнүн формасын (катуу зат катары) сактайт. Катуу заттардын бир катар мүнөздүү касиеттерине ээ болгон суюк кристаллдар бар. Ошентип, ар кандай шарттарда заттын абалы анын табиятына, температурасына, басымына жана башка тышкы шарттарга жараша болот.
Катуу заттардын структурасында кандай өзгөчөлүктөр бар?
Заттын негизги агрегаттык абалынын ортосундагы айырмачылыктар атомдордун, иондордун жана молекулалардын өз ара аракеттешүүсү менен түшүндүрүлөт. Мисалы, эмне үчүн заттын катуу агрегаттык абалы денелердин көлөмдү жана форманы сактоо жөндөмүнө алып келет? Металлдын же туздун кристаллдык торчосунда структуралык бөлүкчөлөр бири-бирине тартылышат. Металдарда оң заряддуу иондор "электрондук газ" деп аталган нерсе менен - металлдын кесиминде эркин электрондордун топтолушу менен аракеттенишет. Туз кристаллдары карама-каршы заряддуу бөлүкчөлөрдүн – иондордун тартылышынан пайда болот. Катуу заттардын жогорудагы структуралык бирдиктеринин ортосундагы аралык бөлүкчөлөрдүн өздөрүнүн өлчөмүнөн алда канча кичине. Бул учурда электростатикалык тартылуу аракеттенет, ал күч берет, ал эми түртүү күчү жетишсиз.
Заттын агрегациясынын катуу абалын жок кылуу үчүн зарыларакет кылуу. Металлдар, туздар, атомдук кристаллдар өтө жогорку температурада эришет. Мисалы, темир 1538 °C жогору температурада суюктукка айланат. Вольфрам отко чыдамдуу жана лампалар үчүн ысытуу жиптерин жасоо үчүн колдонулат. 3000 °Cден жогору температурада суюктукка айланган эритмелер бар. Жердеги көптөгөн тоо тектер жана минералдар катуу абалда. Бул сырьё шахталарда жана карьерлерде жабдуулардын жардамы менен алынат.
Кристалдан бир ионду да ажыратуу үчүн көп энергия сарптоо керек. Бирок, кристалл тордун ыдырап кетиши үчүн тузду сууда эритүү жетиштүү! Бул кубулуш суунун полярдык эриткич катары укмуштуудай касиеттери менен түшүндүрүлөт. H2O молекулалары туз иондору менен өз ара аракеттенип, алардын ортосундагы химиялык байланышты бузат. Ошентип, эритүү ар кандай заттардын жөнөкөй аралашуусу эмес, алардын ортосундагы физикалык жана химиялык өз ара аракеттешүү.
Суюктуктардын молекулалары кантип өз ара аракеттенишет?
Суу суюк, катуу жана газ (буу) болушу мүмкүн. Булар анын нормалдуу шарттарда агрегациясынын негизги абалы. Суу молекулалары эки суутек атому менен байланышкан бир кычкылтек атомунан турат. Молекулада химиялык байланыштын поляризациясы бар, кычкылтек атомдорунда жарым-жартылай терс заряд пайда болот. Суутек молекуладагы оң уюлга айланат жана башка молекуланын кычкылтек атомуна тартылат. Бул алсыз күч "суутек байланышы" деп аталат.
Агрегациянын суюктук абалыструктуралык бөлүкчөлөрдүн ортосундагы аралыктар алардын өлчөмдөрү менен салыштырылат. Аттракцион бар, бирок ал алсыз, ошондуктан суу өзүнүн формасын сактабайт. буулануу суюктуктун бетинде бөлмө температурасында да пайда болгон байланыштардын бузулушуна байланыштуу болот.
Газдарда молекулалар аралык өз ара аракеттешүү барбы?
Заттын газ абалында суюк жана катуу заттардан бир катар параметрлери боюнча айырмаланат. Газдардын структуралык бөлүкчөлөрүнүн ортосунда молекулалардын өлчөмүнөн алда канча чоңураак боштуктар бар. Бул учурда тартуу күчтөрү такыр иштебейт. Агрегациянын газдык абалы абада болгон заттарга мүнөздүү: азот, кычкылтек, көмүр кычкыл газы. Төмөнкү сүрөттө биринчи куб газга, экинчиси суюктукка, үчүнчүсү катуу затка толтурулган.
Көптөгөн суюктуктар учуучу, заттын молекулалары алардын бетинен үзүлүп, абага өтөт. Мисалы, туз кислотасы бар бөтөлкөнүн оозуна аммиакка малынган кебезди алып барсаңыз, ак түтүн чыгат. Абада туз кислотасы менен аммиактын ортосунда химиялык реакция жүрүп, аммоний хлориди алынат. Бул зат заттын кандай абалында? Анын ак түтүн пайда кылган бөлүкчөлөрү туздун эң кичинекей катуу кристаллдары болуп саналат. Бул эксперимент түтүн капоттун астында жүргүзүлүшү керек, заттар уулуу.
Тыянак
Газдын агрегациясынын абалын көптөгөн көрүнүктүү физиктер жана химиктер: Авогадро, Бойль, Гей-Люссак,Клайперон, Менделеев, Ле Шателье. Окумуштуулар тышкы шарттар өзгөргөндө газ түрүндөгү заттардын химиялык реакциялардагы жүрүм-турумун түшүндүрүүчү мыйзамдарды иштеп чыгышкан. Ачык мыйзам ченемдүүлүктөр мектеп жана университеттердин физика жана химия окуу китептерине гана кирбестен. Көптөгөн химиялык тармактар ар кандай агрегаттык абалдардагы заттардын жүрүм-туруму жана касиеттери жөнүндөгү билимге негизделген.
