Як размешчаны часціцы ў цвёрдых целах, вадкасцях і газах?

У гэтым матэрыяле не толькі расказана пра тое, як размешчаны часціцы ў цвёрдых целах, але і як рухаюцца яны ў газах або ў вадкасцях. Таксама будуць апісаны віды крышталічных рашотак у розных рэчывах.

Агрэгатны стан

Існуюць пэўныя стандарты, якія паказваюць на наяўнасць трох тыповых агрэгатных станаў, а менавіта: цвёрдае рэчыва, вадкасць і газ.

Вызначым складнікі для кожнага агрэгатнага стану.

1. Цвёрдыя рэчывы практычна стабільныя па аб'ёме і форме. Апошнюю змяніць вельмі праблематычна без дадатковых энергетычных выдаткаў.
2. Вадкасць можа лёгка мяняць форму, але пры гэтым захоўвае аб'ём.
3. Газападобныя рэчывы не захоўваюць ні форму, ні аб'ём.

Галоўным крытэрыем, па якім вызначаецца агрэгатны стан, з'яўляецца размяшчэнне малекул і спосабы іх руху. У газападобным рэчыве мінімальную адлегласць паміж асобна ўзятымі малекуламі значна больш іх саміх. У сваю чаргу, малекулы вадкіх рэчываў не расходзяцца на вялікія адлегласці ў звычайных для іх умовах і захоўваюць свой аб'ём. Дзейсныя часціцы ў цвёрдых целах размяшчаюцца ў строга вызначаным парадку, кожная з іх, падобна ківачу гадзін, рухаецца каля пэўнай кропкі ў крышталічнай рашотцы. Гэта надае цвёрдым рэчывам асаблівую трываласць і калянасць.

Таму ў дадзеным выпадку найбольш актуальны пытанне, як размешчаны дзейсныя часціцы ў цвёрдых целах. Ва ўсіх астатніх выпадках атамы (малекулы) не маюць настолькі ўпарадкаванай структуры.

Асаблівасці вадкасці

Неабходна звярнуць асаблівую ўвагу на тое, што вадкасці з'яўляюцца своеасаблівым прамежкавым звяном паміж цвёрдымі станам цела і яго газападобнай фазай. Так, пры паніжэнні тэмпературы вадкасць дубянее, а пры павышэнні яе вышэй, чым кропка кіпення дадзенага рэчыва, пераходзіць у газападобнае стан. Аднак вадкасць мае агульныя рысы і з цвёрдымі, і з газападобнымі рэчывамі. Так, у 1860 году выбітны айчынны навуковец Д. І. Мендзялееў усталяваў існаванне так званай крытычнай тэмпературы - абсалютнага кіпення. Гэта такое значэнне, пры якім знікае тонкая мяжа паміж газам і рэчывам ў цвёрдым стане.

Наступны крытэрый, які аб'ядноўвае два суседніх агрэгатных стану, - ізатропнай. У дадзеным выпадку іх ўласцівасці аднолькавыя ва ўсіх кірунках. Крышталі, у сваю чаргу, анізатропных. Падобна газам, вадкасці не маюць фіксаванай формы і займаюць цалкам аб'ём пасудзіны, у якім знаходзяцца. Гэта значыць, яны валодаюць нізкай глейкасцю і высокай цякучасцю. Сутыкаючыся паміж сабой, мікрачасціны вадкасці або газу здзяйсняюць свабодныя перамяшчэння. Раней лічылася, што ў аб'ёме, займаным вадкасцю, спарадкаванага руху малекул няма. Такім чынам, вадкасць і газ супрацьпастаўляліся крышталям. Але ў выніку наступных даследаванняў было даказана падабенства паміж цвёрдымі і вадкімі целамі.

У вадкай фазе пры тэмпературы, блізкай да зацвярдзення, цеплавы рух нагадвае рух у цвёрдых целах. У гэтым выпадку вадкасць ўсё ж можа мець пэўную структуру. Таму, даючы адказ на такое пытанне, як размешчаны часціцы ў цвёрдых целах ў вадкасцях і газах, можна сказаць, што ў апошніх рух малекул хаатычнае, неўпарадкаванай. а вось у цвёрдых рэчывах малекулы займаюць у большасці выпадкаў пэўны, фіксаванае становішча.

Вадкасць пры гэтым з'яўляецца своеасаблівым прамежкавым звяном. Прычым чым бліжэй яе тэмпература да кіпення, тым больш малекулы рухаюцца як у газах. Калі ж тэмпература бліжэй да пераходу ў цвёрдую фазу, то мікрачасціны пачынаюць рухацца ўсё больш і больш упорядоченно.

Змяненне стану рэчываў

Разгледзім на самым простым прыкладзе змяненне стану вады. Лёд - гэта цвёрдая фаза вады. Тэмпература яго - ніжэй за нуль. Пры тэмпературы, роўнай нулю, лёд пачынае раставаць і ператвараецца ў ваду. Гэта тлумачыцца разбурэньнем крышталічнай рашоткі: пры награванні часціцы пачынаюць рухацца. Тэмпература, пры якой рэчыва змяняе агрэгатны стан, завецца кропкай плаўлення (у нашым выпадку ў вады яна роўная 0). Заўважым, што тэмпература лёду будзе заставацца на адным узроўні да поўнага яго плаўлення. Пры гэтым атамы або малекулы вадкасці будуць рухацца гэтак жа, як у цвёрдых целах.

Пасля гэтага працягнем награваць ваду. Часціцы пры гэтым пачынаюць рухацца больш інтэнсіўна да таго часу, пакуль наша рэчыва не дасягне наступнай кропкі змены агрэгатнага стану - кропкі кіпення. Такі момант надыходзіць пры парыве сувязяў паміж ўтвараюць яе малекуламі за кошт паскарэння руху - тады яно набывае свабодны характар, і разгляданая вадкасць пераходзіць у газападобную фазу. Працэс трансфармацыі рэчывы (вады) з вадкай фазы ў газападобную называецца кіпеннем.

Тэмпературу, пры якой вада закіпае, называюць кропкай кіпення. У нашым выпадку гэта значэнне роўна 100 градусаў па Цэльсіі (тэмпература залежная ад ціску, звычайны ціск складае адну атмасферу). Заўважым: пакуль існуючая вадкасць цалкам і цалкам не ператворыцца ў пар, тэмпература яе застаецца сталай.

Магчымы і зваротны працэс пераходу вады з газападобнага стану (пара) у вадкасць, які называецца кандэнсацыя.

Далей можна назіраць працэс замярзання - працэс пераходу вадкасці (вады) у цвёрдую форму (зыходны стан апісана вышэй - гэта лёд). Апісаныя раней працэсы дазваляюць атрымаць прамы адказ на тое, як размешчаны часціцы ў цвёрдых целах, у вадкасцях і газах. Размяшчэнне і стан малекул рэчыва залежыць ад яго агрэгатнага стану.

Што такое цвёрдае цела? Як у ім вядуць сябе мікрачасціны?

Цвёрдае цела - гэта стан матэрыяльнай асяроддзя, адметная асаблівасць якога заключаецца ў захаванні пастаяннай формы і пастаянным характары цеплавога руху мікрачасцін, што здзяйсняюць нязначныя ваганні. Цела могуць знаходзіцца ў цвёрдым, вадкім і газападобным стане. Ёсць яшчэ і чацвёртае стан, якое сучасныя навукоўцы схільныя адносіць да ліку агрэгатных - гэта так званая плазма.

Такім чынам, у першым выпадку любое рэчыва, як правіла, мае пастаянную нязменную форму, і на гэта аказвае ключавое ўздзеянне то, як размешчаны часціцы ў цвёрдых целах. На мікраскапічным узроўні відаць, што атамы, з якіх складаецца цвёрдае цела, злучаныя адзін з адным хімічнымі сувязямі і знаходзяцца ў вузлах крышталічнай рашоткі.

Але ёсць і выключэнне - аморфныя рэчывы, якія знаходзяцца ў цвёрдым стане, але наяўнасцю крышталічнай рашоткі не могуць пахваліцца. Менавіта зыходзячы з гэтага і можна даць адказ на тое, як размешчаны часціцы ў цвёрдых целах. Фізіка ў першым выпадку паказвае на тое, што атамы або малекулы знаходзяцца ў вузлах рашоткі. А вось у другім выпадку падобнай спарадкаванасці ўжо сапраўды няма, і такое рэчыва больш падобна на вадкасць.

Фізіка і магчымае будова цвёрдага цела

У гэтым выпадку рэчыва імкнецца захаваць свой аб'ём і, вядома ж, форму. Гэта значыць для таго, каб змяніць апошнюю, неабходна прыкласці намаганні, і не мае значэння, металічны Ці гэта прадмет, кавалак пластыка або пластылін. Прычына заключаецца ў яго малекулярным будынку. А калі дакладней выказацца, ва ўзаемадзеянні малекул, з якіх складаецца цела. Яны ў дадзеным выпадку размешчаны найболей блізка. Такое размяшчэнне малекул носіць паўтаральны характар. Менавіта таму сілы ўзаемнага прыцягнення паміж кожным з такіх кампанентаў вельмі вялікія.

Узаемадзеянне мікрачасцін тлумачыць характар іх руху. Форму або аб'ём падобнага цвёрдага цела скарэктаваць у той ці іншы бок вельмі цяжка. Часціцы цвёрдага цела няздольныя хаатычна рухацца па ўсім аб'ёме цвёрдага цела, а могуць толькі вагацца каля пэўнай кропкі прасторы. Малекулы цвёрдага цела вагаюцца хаатычна ў розныя бакі, але натыкаюцца на сабе падобныя, якія вяртаюць іх у першапачатковы стан. Менавіта таму часціцы ў цвёрдых целах размяшчаюцца, як правіла, у строга вызначаным парадку.

Часціцы і іх размяшчэнне ў цвёрдым целе

Цвёрдыя целы могуць быць трох відаў: крышталічныя, аморфныя і кампазіты. Менавіта хімічны склад ўплывае на размяшчэнне часціц у цвёрдых целах.

Крышталічныя цвёрдыя целы валодаюць ўпарадкаванай структурай. Іх малекулы або атамы ўтвараюць крышталічную прасторавую краты правільнай формы. Такім чынам, цвёрдае цела, якое знаходзіцца ў крышталічным стане, мае пэўную крышталічную рашотку, якая, у сваю чаргу, задае пэўныя фізічныя ўласцівасці. Гэта і ёсць адказ на тое, як размешчаны часціцы ў цвёрдым целе.

Прывядзём прыклад: шмат гадоў таму ў Пецярбургу на складзе захоўваўся запас белых бліскучых алавяных гузікаў, якія пры паніжэнні тэмпературы страцілі свой бляск і з белых сталі шэрымі. Гузікі рассыпаліся ў шэры парашок. «Алавяныя чума» - так назвалі гэтую "хваробу", але на самой справе гэта была перабудова структуры крышталяў пад уздзеяннем нізкай тэмпературы. Волава пры пераходзе з белай разнавіднасці ў шэрую рассыпаецца ў парашок. Крышталі, у сваю чаргу, дзеляцца на мона- і поликристаллы.

Монакрышталі і поликристаллы

Монакрышталі (павараная соль) - гэта адзінкавыя аднастайныя крышталі, прадстаўленыя бесперапыннай крышталічнай кратамі ў форме правільных шматкутнікаў. Поликристаллы (пясок, цукар, металы, камяні) - гэта крышталічныя цела, якія зрасліся з дробных, хаатычна размешчаных крышталяў. У крышталях назіраецца такая з'ява, як анізатрапіі.

Аморфнасць: асаблівы выпадак

Аморфныя целы (смала, каніфоль, шкло, бурштын) не маюць выразнага строгага парадку ў размяшчэнні часціц. Гэта нестандартны выпадак таго, у якім парадку знаходзяцца часціцы ў цвёрдых целах. У дадзеным выпадку назіраецца з'ява изотропии, фізічныя ўласцівасці аморфных тэл аднолькавыя па ўсіх напрамках. Пры высокіх тэмпературах яны становяцца падобныя да глейкім вадкасцям, а пры нізкіх - падобныя на цвёрдыя цела. Пры вонкавым уздзеянні адначасова выяўляюць пругкія ўласцівасці, гэта значыць пры ўдары расколваюцца на мініяцюрныя часціцы, як цвёрдыя цела, і цякучасць: пры доўгім тэмпературным уздзеянні пачынаюць цячы, як вадкасці. Не маюць пэўных тэмператур плаўлення і крышталізацыі. Пры награванні аморфныя целы размякчаюцца.

Прыклады аморфных рэчываў

Возьмем, напрыклад, звычайны цукар і высвятлім размяшчэнне часціц у цвёрдых целах ў розных выпадках на яго прыкладзе. У гэтым выпадку адзін і той жа матэрыял можа сустракацца ў крышталічным або аморфным выглядзе. Калі расплаўлены цукар застывае павольна, малекулы ўтвараюць роўныя шэрагі - крышталі (кавалкі цукру, або цукровы пясок). Калі расплаўлены цукар, напрыклад, выліць у халодную ваду, астуджэнне адбудзецца вельмі хутка, і часціцы не паспеюць сфармаваць правільныя шэрагі - расплаў зацвярдзее, не ствараючы крышталяў. Так атрымліваецца цукровы лядзяш (гэта і ёсць некристаллический цукар).

Але праз некаторы час такое рэчыва можа перекристаллизоваться, часціцы збіраюцца ў правільныя шэрагі. Калі цукровы лядзяш паляжыць некалькі месяцаў, ён пачне пакрывацца друзлым пластом. Так з'яўляюцца на паверхні крышталі. Для цукру тэрмінам будзе некалькі месяцаў, а для каменя - мільёны гадоў. Унікальным прыкладам можа служыць вуглярод. Графіт - гэта крышталічны вуглярод, структура яго слаістай. А алмаз - гэта самы цвёрды на зямлі мінерал, здольны рэзаць шкло і распілоўваць камяні, яго ўжываюць для свідравання і паліроўкі. У гэтым выпадкі рэчыва адно - вуглярод, але асаблівасць заключаецца ў здольнасці ўтвараць розныя крышталічнай формы. Гэта яшчэ адзін варыянт адказу на тое, як размешчаны часціцы ў цвёрдым целе.

Вынікі. заключэнне

Будынак і размяшчэнне часціц у цвёрдых целах залежыць ад таго, да якога выгляду належыць разгляданая рэчыва. Калі рэчыва крышталічнае, то размяшчэнне мікрачасцін будзе насіць спарадкаваны характар. Аморфныя структуры такой асаблівасцю не валодаюць. А вось кампазіты могуць належаць як да першай, так і да другой групы.

У адным выпадку вадкасць сябе вядзе аналагічна цвёрдым рэчыву (пры нізкай тэмпературы, якая блізкая да тэмпературы крышталізацыі), але можа весці і як газ (пры яе павышэнні). Таму ў дадзеным агляднай матэрыяле было разгледжана, як размешчаны часціцы не толькі ў цвёрдых целах, а і ў іншых асноўных агрэгатных станах рэчывы.