وضعیت فیزیکی الکل ها مفهوم الکل ها چه ویژگی هایی در ساختار جامدات وجود دارد؟

سخنرانی 4. حالات مجموع ماده

1. حالت جامد ماده.

2. حالت مایع ماده.

3. حالت گازی ماده.

مواد می توانند در سه حالت تجمع باشند: جامد، مایع و گاز. در دماهای بسیار بالا، نوعی حالت گازی ظاهر می شود - پلاسما (حالت پلاسما).

1. حالت جامد ماده با این واقعیت مشخص می شود که انرژی برهمکنش بین ذرات از انرژی جنبشی حرکت آنها بیشتر است. اکثر مواد در حالت جامد دارای ساختار کریستالی هستند. هر ماده بلورهایی با شکل خاصی را تشکیل می دهد. به عنوان مثال، کلرید سدیم دارای کریستال هایی به شکل مکعب، زاج به شکل هشت وجهی و نیترات سدیم به شکل منشور است.

شکل کریستالی این ماده پایدارترین است. آرایش ذرات در یک جامد به شکل یک شبکه به تصویر کشیده شده است که در گره های آن ذرات خاصی با خطوط خیالی به هم متصل شده اند. چهار نوع اصلی شبکه کریستالی وجود دارد: اتمی، مولکولی، یونی و فلزی.

شبکه کریستال اتمیتشکیل شده توسط اتم های خنثی که توسط پیوندهای کووالانسی (الماس، گرافیت، سیلیکون) به هم متصل شده اند. شبکه کریستالی مولکولینفتالین، ساکارز، گلوکز دارند. عناصر ساختاری این شبکه مولکول های قطبی و غیرقطبی هستند. شبکه کریستالی یونیتوسط یون های دارای بار مثبت و منفی (کلرید سدیم، کلرید پتاسیم) که به طور منظم در فضا به صورت متناوب در حال تغییر هستند، تشکیل می شوند. همه فلزات دارای یک شبکه کریستالی فلزی هستند. گره های آن حاوی یون هایی با بار مثبت هستند که بین آنها الکترون هایی در حالت آزاد وجود دارد.

مواد کریستالی دارای تعدادی ویژگی هستند. یکی از آنها ناهمسانگردی است - عدم تشابه خواص فیزیکی یک کریستال در جهات مختلف در داخل کریستال.

2. در حالت مایع ماده، انرژی برهمکنش بین مولکولی ذرات با انرژی جنبشی حرکت آنها متناسب است. این حالت حد واسط بین گازی و کریستالی است. بر خلاف گازها، نیروهای زیادی از جاذبه متقابل بین مولکول های مایع عمل می کنند که ماهیت حرکت مولکولی را تعیین می کند. حرکت حرارتی یک مولکول مایع شامل ارتعاش و انتقال است. هر مولکول برای مدتی حول نقطه تعادل خاصی نوسان می کند و سپس حرکت می کند و دوباره موقعیت تعادلی می گیرد. این سیال بودن آن را تعیین می کند. نیروهای جاذبه بین مولکولی مانع از حرکت مولکول ها از یکدیگر در هنگام حرکت می شود.

خواص مایعات به حجم مولکول ها و شکل سطح آنها نیز بستگی دارد. اگر مولکول های مایع قطبی باشند، آنگاه با هم ترکیب می شوند و به یک کمپلکس پیچیده تبدیل می شوند. چنین مایعاتی همراه (آب، استون، الکل) نامیده می شوند. Oʜᴎ دارای t kip بالاتر، فراریت کمتر و ثابت دی الکتریک بالاتر است.

همانطور که می دانید مایعات کشش سطحی دارند. کشش سطحی- ϶ᴛᴏ انرژی سطح در واحد سطح: ϭ = E/S، که ϭ کشش سطحی است. E – انرژی سطحی؛ S – مساحت سطح. هرچه پیوندهای بین مولکولی در یک مایع قوی تر باشد، کشش سطحی آن بیشتر است. موادی که کشش سطحی را کاهش می دهند سورفکتانت نامیده می شوند.

خاصیت دیگر مایعات ویسکوزیته است. ویسکوزیته مقاومتی است که زمانی رخ می دهد که برخی از لایه های یک مایع نسبت به بقیه در هنگام حرکت حرکت می کنند. برخی از مایعات دارای ویسکوزیته بالا (عسل، مالا) هستند، در حالی که برخی دیگر دارای ویسکوزیته پایین (آب، الکل اتیلیک) هستند.

3. در حالت گازی یک ماده، انرژی برهمکنش بین مولکولی ذرات کمتر از انرژی جنبشی آنهاست. به همین دلیل، مولکول های گاز در کنار هم قرار نمی گیرند، بلکه آزادانه در حجم حرکت می کنند. گازها با ویژگی های زیر مشخص می شوند: 1) توزیع یکنواخت در کل حجم ظرفی که در آن قرار دارند. 2) چگالی کم در مقایسه با مایعات و جامدات. 3) تراکم پذیری آسان

در یک گاز، مولکول ها در فاصله بسیار زیادی از یکدیگر قرار دارند، نیروهای جاذبه بین آنها کم است. در فواصل زیاد بین مولکول ها، این نیروها عملاً وجود ندارند. گاز در این حالت معمولاً ایده آل نامیده می شود. گازهای واقعی در فشارهای بالا و دماهای پایین از معادله حالت یک گاز ایده آل (معادله مندلیف-کلاپیرون) تبعیت نمی کنند، زیرا در این شرایط نیروهای برهمکنش بین مولکول ها ظاهر می شوند.

همه مواد می توانند در حالت های مختلف تجمع باشند - جامد، مایع، گاز و پلاسما. در زمان های قدیم اعتقاد بر این بود که جهان از خاک، آب، هوا و آتش تشکیل شده است. حالات مجموع مواد با این تقسیم بصری مطابقت دارد. تجربه نشان می دهد که مرزهای بین حالت های تجمع بسیار دلخواه است. گازها در فشارهای پایین و دماهای پایین ایده آل در نظر گرفته می شوند؛ مولکول های موجود در آنها با نقاط مادی مطابقت دارند که فقط طبق قوانین برخورد الاستیک می توانند با هم برخورد کنند. نیروهای برهمکنش بین مولکول ها در لحظه برخورد ناچیز است و خود برخورد بدون از دست دادن انرژی مکانیکی رخ می دهد. اما با افزایش فاصله بین مولکول ها، برهمکنش مولکول ها نیز باید در نظر گرفته شود. این فعل و انفعالات شروع به تأثیرگذاری بر انتقال از حالت گازی به مایع یا جامد می کنند. انواع مختلفی از برهمکنش ها می تواند بین مولکول ها رخ دهد.

نیروهای برهمکنش بین مولکولی قابل اشباع نیستند و با نیروهای برهمکنش شیمیایی اتم ها متفاوت است و منجر به تشکیل مولکول ها می شود. آنها می توانند به دلیل برهمکنش بین ذرات باردار الکترواستاتیک باشند. تجربه نشان داده است که برهمکنش مکانیکی کوانتومی، که به فاصله و جهت گیری متقابل مولکول ها بستگی دارد، در فواصل بین مولکول های بیش از 9-10 متر قابل اغماض است. عملا برابر با صفر است. در فواصل کوتاه این انرژی کم است و نیروهای جذاب متقابل عمل می کنند

در - دافعه و نیروی متقابل

جاذبه و دافعه مولکول ها متعادل است و F= 0. در اینجا نیروها از طریق ارتباط آنها با انرژی پتانسیل تعیین می شود، اما ذرات حرکت می کنند و دارای ذخیره خاصی از انرژی جنبشی هستند.

gii. بگذارید یک مولکول بی حرکت باشد و دیگری با داشتن چنین منبع انرژی با آن برخورد کند. با نزدیک شدن مولکول ها به یکدیگر، نیروهای جاذبه کار مثبت انجام می دهند و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها تا فاصله ای کاهش می یابد و در عین حال انرژی جنبشی (و سرعت) افزایش می یابد. هنگامی که فاصله کمتر شود، نیروهای جاذبه با نیروهای دافعه جایگزین می شوند. کار انجام شده توسط مولکول در برابر این نیروها منفی است.

مولکول تا زمانی که انرژی جنبشی آن به طور کامل به پتانسیل تبدیل شود به یک مولکول ساکن نزدیکتر می شود. حداقل فاصله د،فاصله ای که مولکول ها می توانند در آن نزدیک شوند نامیده می شود قطر موثر مولکولپس از توقف، مولکول تحت تأثیر نیروهای دافعه با افزایش سرعت شروع به دور شدن می کند. پس از گذراندن مجدد مسافت، مولکول به منطقه نیروهای جاذبه می افتد که سرعت حذف آن را کاهش می دهد. قطر موثر به ذخیره اولیه انرژی جنبشی بستگی دارد، یعنی. این مقدار ثابت نیست در فواصل مساوی، انرژی پتانسیل برهمکنش دارای یک مقدار بی نهایت بزرگ یا یک "موانع" است که از نزدیک شدن مراکز مولکول ها به فاصله کمتری جلوگیری می کند. نسبت میانگین انرژی برهمکنش پتانسیل به میانگین انرژی جنبشی وضعیت تجمع یک ماده را تعیین می کند: برای گازها، برای مایعات، برای جامدات.

ماده متراکم شامل مایعات و جامدات است. در آنها، اتم ها و مولکول ها نزدیک و تقریباً لمس کننده قرار دارند. میانگین فاصله بین مراکز مولکول ها در مایعات و جامدات در حد (2-5) 10-10 متر است و چگالی آنها نیز تقریباً یکسان است. فواصل بین اتمی بیشتر از فواصلی است که ابرهای الکترونی به یکدیگر نفوذ می کنند، به طوری که نیروهای دافعه ایجاد می شود. برای مقایسه، در گازها در شرایط عادی میانگین فاصله بین مولکول ها حدود 33 10-10 متر است.

که در مایعاتبرهمکنش بین مولکولی اثر قوی تری دارد، حرکت حرارتی مولکول ها خود را در ارتعاشات ضعیف در اطراف موقعیت تعادل نشان می دهد و حتی از یک موقعیت به موقعیت دیگر می پرد. بنابراین، آنها فقط در چینش ذرات دارای نظم کوتاه برد، یعنی ثبات در آرایش تنها نزدیکترین ذرات و سیالیت مشخصه هستند.

مواد جامدآنها با استحکام ساختاری مشخص می شوند، حجم و شکل دقیقاً مشخصی دارند که تحت تأثیر دما و فشار بسیار کمتر تغییر می کنند. در جامدات، حالت های آمورف و کریستالی امکان پذیر است. مواد واسطه ای نیز وجود دارد - کریستال های مایع. اما اتم ها در جامدات آنطور که ممکن است تصور شود اصلاً ساکن نیستند. هر یک از آنها تحت تأثیر نیروهای الاستیکی که بین همسایگان خود ایجاد می شود همیشه در نوسان است. اکثر عناصر و ترکیبات ساختار بلوری زیر میکروسکوپ دارند.

بنابراین، دانه های نمک سفره مانند مکعب های کامل به نظر می رسند. در کریستال‌ها، اتم‌ها در محل‌های شبکه بلوری ثابت هستند و فقط در نزدیکی محل‌های شبکه می‌توانند ارتعاش کنند. کریستال ها جامدات واقعی را تشکیل می دهند و جامداتی مانند پلاستیک یا آسفالت جایگاه میانی بین جامدات و مایعات را اشغال می کنند. جسم آمورف مانند مایع دارای نظم کوتاه برد است اما احتمال پرش کم است. بنابراین، شیشه را می توان به عنوان یک مایع فوق خنک با افزایش ویسکوزیته در نظر گرفت. کریستال های مایع سیالیت مایعات را دارند، اما آرایش منظم اتم ها را حفظ می کنند و خواص ناهمسانگردی دارند.

پیوندهای شیمیایی اتم ها (و تقریباً در) در کریستال ها مانند مولکول ها است. ساختار و سفتی جامدات با تفاوت در نیروهای الکترواستاتیکی که اتم‌های سازنده بدن را به هم متصل می‌کنند، تعیین می‌شود. مکانیسمی که اتم ها را به مولکول ها متصل می کند می تواند منجر به تشکیل ساختارهای تناوبی جامد شود که می توانند به عنوان ماکرومولکول در نظر گرفته شوند. مانند مولکول های یونی و کووالانسی، کریستال های یونی و کووالانسی نیز وجود دارد. شبکه های یونی در کریستال ها توسط پیوندهای یونی به هم متصل می شوند (شکل 7.1 را ببینید). ساختار نمک خوراکی به گونه ای است که هر یون سدیم شش همسایه دارد - یون کلر. این توزیع مربوط به حداقل انرژی است، یعنی زمانی که چنین پیکربندی شکل می گیرد، حداکثر انرژی آزاد می شود. بنابراین، با کاهش دما به زیر نقطه ذوب، تمایل به تشکیل کریستال های خالص وجود دارد. با افزایش دما، انرژی جنبشی حرارتی برای شکستن پیوند کافی است، کریستال شروع به ذوب شدن می کند و ساختار شروع به فروپاشی می کند. پلی مورفیسم کریستالی توانایی تشکیل حالت هایی با ساختارهای کریستالی مختلف است.

هنگامی که توزیع بار الکتریکی در اتم های خنثی تغییر می کند، برهمکنش ضعیف بین همسایگان می تواند رخ دهد. این پیوند مولکولی یا واندروالس (مانند یک مولکول هیدروژن) نامیده می شود. اما نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی نیز می‌توانند بین اتم‌های خنثی به وجود بیایند، سپس هیچ تغییری در پوسته‌های الکترونیکی اتم‌ها رخ نمی‌دهد. دافعه متقابل با نزدیک شدن لایه های الکترونی به یکدیگر، مرکز ثقل بارهای منفی را نسبت به بارهای مثبت تغییر می دهد. هر یک از اتم ها یک دوقطبی الکتریکی را در دیگری القا می کند و این منجر به جذب آنها می شود. این عمل نیروهای بین مولکولی یا نیروهای واندروالس است که شعاع عمل زیادی دارند.

از آنجایی که یک اتم هیدروژن بسیار کوچک است و الکترون آن به راحتی قابل جابجایی است، اغلب به دو اتم در آن واحد جذب می شود و یک پیوند هیدروژنی تشکیل می دهد. پیوند هیدروژنی نیز مسئول برهمکنش مولکول های آب با یکدیگر است. بسیاری از خواص منحصر به فرد آب و یخ را توضیح می دهد (شکل 7.4).

پیوند کووالانسی(یا اتمی) به دلیل تعامل داخلی اتم های خنثی به دست می آید. نمونه ای از چنین پیوندی، پیوند موجود در مولکول متان است. نوع کربن با پیوند بالا الماس است (چهار اتم هیدروژن با چهار اتم کربن جایگزین می شود).

بنابراین، کربن که بر روی یک پیوند کووالانسی ساخته شده است، کریستالی به شکل الماس را تشکیل می دهد. هر اتم توسط چهار اتم احاطه شده است که یک چهار وجهی منظم را تشکیل می دهد. اما هر یک از آنها راس چهار وجهی همسایه نیز هستند. در شرایط دیگر، همان اتم‌های کربن متبلور می‌شوند گرافیتدر گرافیت نیز با پیوندهای اتمی به هم متصل می شوند، اما صفحاتی از سلول های لانه زنبوری شش ضلعی را تشکیل می دهند که قادر به برش هستند. فاصله بین اتم های واقع در راس شش وجهی 0.142 نانومتر است. لایه ها در فاصله 0.335 نانومتر قرار دارند، یعنی. پیوند ضعیفی دارند، بنابراین گرافیت پلاستیکی و نرم است (شکل 7.5). در سال 1990، رونق تحقیقات ناشی از اعلام کشف یک ماده جدید - فولریت،متشکل از مولکول های کربن - فولرن ها. این شکل از کربن مولکولی است، یعنی. حداقل عنصر یک اتم نیست، بلکه یک مولکول است. این بنا به افتخار معمار آر. فولر، که در سال 1954 حق اختراع ساخت سازه های ساخته شده از شش ضلعی و پنج ضلعی که یک نیمکره را تشکیل می دهند، دریافت کرد. مولکول از 60 اتم های کربن با قطر 0.71 نانومتر در سال 1985 کشف شد، سپس مولکول ها و غیره کشف شد. همه آنها سطوح ثابتی داشتند،

اما پایدارترین مولکولها C 60 و با 70 . منطقی است که فرض کنیم از گرافیت به عنوان ماده اولیه برای سنتز فولرن ها استفاده می شود. اگر اینطور باشد، شعاع قطعه شش ضلعی باید 0.37 نانومتر باشد. اما معلوم شد که برابر با 0.357 نانومتر است. این تفاوت 2 درصدی به این دلیل است که اتم‌های کربن روی یک سطح کروی در راس 20 هگزادرون منظم به ارث رسیده از گرافیت و 12 پنج‌ضلعی منظم قرار دارند. طراحی شبیه توپ فوتبال است. به نظر می رسد که وقتی به یک کره بسته "دوخته می شود"، برخی از شش وجهی های مسطح تبدیل به پنج وجهی می شوند. در دمای اتاق، مولکول های C60 به ساختاری متراکم می شوند که در آن هر مولکول دارای 12 همسایه است که با فاصله 0.3 نانومتر از هم فاصله دارند. در تی= 349 K، یک انتقال فاز مرتبه اول رخ می دهد - شبکه به یک مکعب بازآرایی می شود. کریستال به خودی خود یک نیمه رسانا است، اما هنگامی که یک فلز قلیایی به فیلم کریستالی C 60 اضافه می شود، ابررسانایی در دمای 19 کلوین رخ می دهد. اگر یک یا آن اتم به این مولکول توخالی وارد شود، می توان از آن به عنوان پایه ای برای ایجاد یک رسانه ذخیره سازی با تراکم اطلاعات فوق العاده بالا: تراکم ضبط به 4-10 12 بیت بر سانتی متر مربع می رسد. برای مقایسه، یک فیلم از مواد فرومغناطیسی چگالی ضبط مرتبه 10 7 بیت بر سانتی متر مربع، و دیسک های نوری، یعنی. تکنولوژی لیزر، - 10 8 بیت بر سانتی متر مربع. این کربن خواص منحصر به فرد دیگری نیز دارد که به ویژه در پزشکی و فارماکولوژی اهمیت دارد.

خود را در کریستال های فلزی نشان می دهد اتصال فلزی،وقتی همه اتم‌های یک فلز، الکترون‌های ظرفیت خود را «برای استفاده جمعی» رها می‌کنند. آنها ضعیف به اسکلت های اتمی متصل هستند و می توانند آزادانه در امتداد شبکه کریستالی حرکت کنند. حدود 2/5 از عناصر شیمیایی فلزات هستند. در فلزات (به جز جیوه)، زمانی که اوربیتال های خالی اتم های فلزی روی هم قرار می گیرند و الکترون ها به دلیل تشکیل شبکه کریستالی حذف می شوند، پیوند ایجاد می شود. به نظر می رسد که کاتیون های شبکه در گاز الکترون احاطه شده اند. پیوند فلزی زمانی اتفاق می افتد که اتم ها در فاصله ای کوچکتر از اندازه ابر الکترون های بیرونی به هم می رسند. با این پیکربندی (اصل پائولی)، انرژی الکترون‌های بیرونی افزایش می‌یابد، و هسته‌های همسایه شروع به جذب این الکترون‌های بیرونی می‌کنند، ابرهای الکترونی را تار می‌کنند، آنها را به طور مساوی در سراسر فلز توزیع می‌کنند و به گاز الکترونی تبدیل می‌کنند. به این ترتیب الکترون های رسانایی به وجود می آیند که رسانایی الکتریکی بالای فلزات را توضیح می دهند. در بلورهای یونی و کووالانسی، الکترون های بیرونی عملاً به هم متصل هستند و رسانایی این جامدات بسیار کم است، به آنها می گویند. عایق ها

انرژی درونی مایعات با مجموع انرژی های درونی زیرسیستم های ماکروسکوپی که می توان آن را از نظر ذهنی به آنها تقسیم کرد و انرژی های تعامل این زیرسیستم ها تعیین می شود. برهمکنش از طریق نیروهای مولکولی با شعاع عمل در حد 9-10 متر انجام می شود. برای ماکروسیستم ها، انرژی برهمکنش متناسب با سطح تماس است، بنابراین مانند کسر لایه سطحی کوچک است، اما این ضروری نیست. انرژی سطحی نامیده می شود و باید در مسائل مربوط به کشش سطحی مورد توجه قرار گیرد. به طور معمول، مایعات حجم بیشتری را با وزن مساوی اشغال می کنند، یعنی چگالی کمتری دارند. اما چرا حجم یخ و بیسموت در حین ذوب کاهش می یابد و حتی پس از نقطه ذوب نیز تا مدتی این روند را حفظ می کند؟ به نظر می رسد که این مواد در حالت مایع متراکم تر هستند.

در یک مایع، هر اتم توسط همسایگانش اثر می‌گذارد، و در داخل چاه پتانسیل ناهمسانگردی که آنها ایجاد می‌کنند، نوسان می‌کند. برخلاف جسم جامد، این سوراخ کم عمق است، زیرا همسایگان دور تقریباً هیچ تأثیری ندارند. محیط بلافصل ذرات در مایع تغییر می کند، یعنی مایع جریان می یابد. وقتی به دمای معینی رسید، مایع به جوش می‌آید و در هنگام جوشیدن، دما ثابت می‌ماند. انرژی دریافتی صرف شکستن پیوندها می شود و مایع پس از شکسته شدن کامل به گاز تبدیل می شود.

چگالی مایعات بسیار بیشتر از چگالی گازها در فشارها و دماهای یکسان است. بنابراین، حجم آب در زمان جوش تنها 1/1600 حجم همان جرم بخار آب است. حجم مایع بستگی کمی به فشار و دما دارد. در شرایط عادی (20 درجه سانتیگراد و فشار 1.013 10 5 Pa)، آب حجمی معادل 1 لیتر را اشغال می کند. هنگامی که دما به 10 درجه سانتیگراد کاهش می یابد، حجم فقط 0.0021 کاهش می یابد و هنگامی که فشار افزایش می یابد، حجم به نصف کاهش می یابد.

اگرچه هنوز مدل ایده آل ساده ای از یک مایع وجود ندارد، ریزساختار آن به اندازه کافی مورد مطالعه قرار گرفته است و توضیح کیفی بسیاری از خواص ماکروسکوپی آن را ممکن می سازد. گالیله به این واقعیت اشاره کرد که در مایعات انسجام مولکول ها ضعیف تر از جسم جامد است. او تعجب کرد که قطرات بزرگ آب روی برگ کلم جمع شده و روی برگ پخش نشده است. جیوه یا قطرات آب ریخته شده روی سطحی چرب به دلیل چسبندگی به شکل گلوله های کوچک در می آید. اگر مولکول های یک ماده به مولکول های یک ماده دیگر جذب شوند، ما از آن صحبت می کنیم خیس شدن،به عنوان مثال چسب و چوب، روغن و فلز (با وجود فشار زیاد، روغن در یاتاقان ها حفظ می شود). اما آب در لوله های نازکی به نام مویرگ ها بالا می رود و هر چه لوله نازکتر باشد بالاتر می رود. هیچ توضیح دیگری جز اثر خیس شدن آب و لیوان نمی تواند داشته باشد. نیروهای خیس کردن بین شیشه و آب بیشتر از بین مولکول های آب است. با جیوه، اثر برعکس است: خیس شدن جیوه و شیشه ضعیف تر از نیروهای چسبندگی بین اتم های جیوه است. گالیله متوجه شد که یک سوزن روغن کاری شده با چربی می تواند روی آب شناور باشد، اگرچه این با قانون ارشمیدس در تضاد بود. وقتی سوزن شناور شد، می توانید

اما به انحراف جزئی سطح آب توجه کنید و سعی کنید به طور معمول صاف شود. نیروهای چسبندگی بین مولکول های آب برای جلوگیری از افتادن سوزن در آب کافی است. لایه سطحی مانند یک فیلم از آب محافظت می کند کشش سطحی،که تمایل دارد به شکل آب کوچکترین سطح - کروی را بدهد. اما سوزن دیگر روی سطح الکل شناور نخواهد بود، زیرا وقتی الکل به آب اضافه می شود، کشش سطحی کاهش می یابد و سوزن فرو می رود. صابون همچنین کشش سطحی را کاهش می‌دهد، بنابراین کف صابونی داغ که به شکاف‌ها و شکاف‌ها نفوذ می‌کند، کثیفی‌ها، به‌ویژه آن‌هایی که حاوی چربی هستند را بهتر می‌شوید، در حالی که آب تمیز به سادگی به صورت قطرات پیچیده می‌شود.

پلاسما حالت چهارم ماده است که گازی است که از مجموعه ای از ذرات باردار تشکیل شده است که در فواصل طولانی برهم کنش دارند. در این حالت، تعداد بارهای مثبت و منفی تقریباً برابر است، به طوری که پلاسما از نظر الکتریکی خنثی است. از میان چهار عنصر، پلاسما مربوط به آتش است. برای تبدیل یک گاز به حالت پلاسما، باید باشد یونیزه کردن،حذف الکترون ها از اتم ها یونیزاسیون را می توان با گرم کردن، تخلیه الکتریکی یا تشعشع سخت انجام داد. ماده در کیهان عمدتاً در حالت یونیزه است. در ستارگان، یونیزه شدن به صورت حرارتی، در سحابی های نادر و گاز بین ستاره ای - توسط تابش فرابنفش از ستاره ها ایجاد می شود. خورشید ما نیز از پلاسما تشکیل شده است که تابش آن لایه‌های بالایی جو زمین را یونیزه می‌کند. یون کره،امکان ارتباط رادیویی از راه دور به شرایط آن بستگی دارد. در شرایط زمینی، پلاسما به ندرت یافت می شود - در لامپ های فلورسنت یا در قوس الکتریکی جوشکاری. در آزمایشگاه ها و فناوری، پلاسما اغلب از طریق تخلیه الکتریکی به دست می آید. در طبیعت، رعد و برق این کار را انجام می دهد. در طول یونیزاسیون توسط تخلیه، بهمن های الکترونی شبیه به فرآیند واکنش زنجیره ای رخ می دهد. برای به دست آوردن انرژی گرما هسته ای، از روش تزریق استفاده می شود: یون های گازی که با سرعت های بسیار بالا شتاب می گیرند به تله های مغناطیسی تزریق می شوند، الکترون ها را از محیط جذب می کنند و پلاسما را تشکیل می دهند. یونیزاسیون فشار - امواج ضربه ای - نیز استفاده می شود. این روش یونیزاسیون در ستارگان فوق چگال و احتمالاً در هسته زمین اتفاق می افتد.

هر نیرویی که بر یون ها و الکترون ها وارد شود باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود. اگر با میدان های خارجی جفت نشود و در داخل پلاسما بسته نشود، قطبی می شود. پلاسما از قوانین گاز تبعیت می کند، اما زمانی که یک میدان مغناطیسی اعمال می شود، که حرکت ذرات باردار را تنظیم می کند، خواصی از خود نشان می دهد که برای یک گاز کاملاً غیرعادی است. در یک میدان مغناطیسی قوی، ذرات شروع به چرخش در اطراف خطوط میدان می کنند و آزادانه در امتداد میدان مغناطیسی حرکت می کنند. آنها می گویند که این حرکت مارپیچ ساختار خطوط میدان را تغییر می دهد و میدان در پلاسما "یخ زده" می شود. پلاسمای کمیاب توسط سیستمی از ذرات توصیف می شود، در حالی که پلاسمای متراکم تر توسط یک مدل مایع توصیف می شود.

رسانایی الکتریکی بالای پلاسما تفاوت اصلی آن با گاز است. رسانایی پلاسمای سرد سطح خورشید (0.8 10 -19 J) به رسانایی فلزات می رسد و در دمای گرما هسته ای (1.6 10-15 J) پلاسمای هیدروژن 20 برابر بهتر از مس در شرایط عادی جریان را هدایت می کند. از آنجایی که پلاسما قادر به هدایت جریان است، مدل مایع رسانا اغلب برای آن اعمال می شود. این یک محیط پیوسته در نظر گرفته می شود، اگرچه تراکم پذیری آن را از مایع معمولی متمایز می کند، اما این تفاوت فقط در جریان هایی که سرعت آنها بیشتر از سرعت صوت است ظاهر می شود. رفتار یک سیال رسانا در علمی به نام هیدرودینامیک مغناطیسیدر فضا، هر پلاسما یک رسانای ایده آل است و قوانین میدان یخ زده کاربرد گسترده ای دارند. مدل یک مایع رسانا به ما امکان می دهد مکانیسم محصور شدن پلاسما توسط یک میدان مغناطیسی را درک کنیم. بنابراین، جریان های پلاسما از خورشید ساطع می شوند و جو زمین را تحت تأثیر قرار می دهند. خود جریان میدان مغناطیسی ندارد، اما طبق قانون انجماد، میدان خارجی نمی تواند به درون آن نفوذ کند. جریان های خورشیدی پلاسما میدان های مغناطیسی بین سیاره ای خارجی را از مجاورت خورشید بیرون می راند. در جایی که میدان ضعیف تر است، یک حفره مغناطیسی ظاهر می شود. هنگامی که این جریان های پلاسمایی جسمی به زمین نزدیک می شوند، با میدان مغناطیسی زمین برخورد می کنند و طبق همان قانون مجبور می شوند در اطراف آن جریان پیدا کنند. معلوم می شود که نوعی حفره است که در آن میدان مغناطیسی جمع می شود و جریان های پلاسما در آن نفوذ نمی کنند. ذرات باردار که توسط موشک ها و ماهواره ها شناسایی شده اند روی سطح آن جمع می شوند - این کمربند تشعشع بیرونی زمین است. این ایده ها همچنین در حل مشکلات محصور شدن پلاسما توسط یک میدان مغناطیسی در دستگاه های خاص - توکامک (از مخفف کلمات: محفظه حلقوی، آهنربا) استفاده شد. با وجود پلاسمای کاملاً یونیزه شده در این سیستم‌ها و سایر سیستم‌ها، امید به دستیابی به یک واکنش گرما هسته‌ای کنترل‌شده در زمین است. این یک منبع انرژی پاک و ارزان (آب دریا) را فراهم می کند. همچنین کار برای تولید و حفظ پلاسما با استفاده از تابش لیزر متمرکز در حال انجام است.

ارائه با موضوع "الکل ها" در شیمی در قالب پاورپوینت. ارائه برای دانش آموزان مدرسه شامل 12 اسلاید است که از دیدگاه شیمیایی در مورد الکل ها، خواص فیزیکی آنها و واکنش با هالیدهای هیدروژن صحبت می کند.

قطعاتی از ارائه

از تاریخ

آیا می دانستید که در قرن چهارم. قبل از میلاد مسیح ه. آیا مردم می دانستند چگونه نوشیدنی های حاوی الکل اتیلیک درست کنند؟ شراب از تخمیر آب میوه و توت تولید می شد. با این حال، آنها خیلی دیرتر یاد گرفتند که جزء مست کننده را از آن استخراج کنند. در قرن یازدهم کیمیاگران بخارهای یک ماده فرار را شناسایی کردند که هنگام گرم شدن شراب آزاد می شد.

مشخصات فیزیکی

• الکل های پایین مایعاتی هستند که در آب بسیار محلول، بی رنگ و بی بو هستند.
• الکل های بالاتر مواد جامدی هستند که در آب نامحلول هستند.

ویژگی خواص فیزیکی: حالت تجمع

• متیل الکل (اولین نماینده سری همولوگ الکل ها) مایع است. شاید وزن مولکولی بالایی داشته باشد؟ خیر بسیار کمتر از دی اکسید کربن. بعدش چیه؟
• به نظر می رسد که کل موضوع در پیوندهای هیدروژنی است که بین مولکول های الکل ایجاد می شود و از پرواز تک تک مولکول ها جلوگیری می کند.

ویژگی خواص فیزیکی: حلالیت در آب

• الکل های پایین در آب محلول هستند، الکل های بالاتر نامحلول هستند. چرا؟
• پیوندهای هیدروژنی برای نگه داشتن مولکول الکل که بخش نامحلول زیادی دارد بین مولکول های آب بسیار ضعیف است.

ویژگی خواص فیزیکی: انقباض

• چرا مردم هنگام حل مسائل محاسباتی هرگز از حجم استفاده نمی کنند، بلکه فقط از جرم استفاده می کنند؟
• 500 میلی لیتر الکل و 500 میلی لیتر آب را مخلوط کنید. ما 930 میلی لیتر محلول دریافت می کنیم. پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های الکل و آب به قدری قوی است که حجم کل محلول کاهش می یابد، "فشرده سازی" آن (از لاتین contraktio - فشرده سازی).

آیا الکل ها اسید هستند؟

• الکل ها با فلزات قلیایی واکنش می دهند. در این حالت، اتم هیدروژن گروه هیدروکسیل با یک فلز جایگزین می شود. شبیه اسیده
• اما خواص اسیدی الکل ها بسیار ضعیف است، به طوری که الکل ها بر شاخص ها تأثیر نمی گذارند.

دوستی با پلیس راهنمایی و رانندگی

• آیا مشروبات الکلی با پلیس راهنمایی و رانندگی دوستی دارند؟ اما چگونه!
• آیا تا به حال توسط بازرس پلیس راهنمایی و رانندگی متوقف شده اید؟ آیا تا به حال در لوله تنفس کرده اید؟
• اگر بدشانس باشید، الکل تحت واکنش اکسیداسیون قرار می گیرد و باعث تغییر رنگ می شود و باید جریمه بپردازید.

آب می دهیم 1

حذف آب - اگر دما بیش از 140 درجه باشد، کم آبی می تواند درون مولکولی باشد. این به یک کاتالیزور - اسید سولفوریک غلیظ نیاز دارد.

آب پس بده 2

اگر دما کاهش یابد و کاتالیزور ثابت بماند، آبگیری بین مولکولی رخ می دهد.

واکنش با هالیدهای هیدروژن

این واکنش برگشت پذیر است و به یک کاتالیزور - اسید سولفوریک غلیظ نیاز دارد.

دوست بودن یا نبودن با الکل.

سوال جالبیه الکل یک بیگانه بیوتیک است - موادی که در بدن انسان یافت نمی شود، اما بر عملکردهای حیاتی آن تأثیر می گذارد. همه چیز به دوز بستگی دارد.

1. الکلیک ماده مغذی است که انرژی بدن را تامین می کند. در قرون وسطی، بدن حدود 25 درصد از انرژی خود را از طریق مصرف الکل دریافت می کرد.
2. الکل دارویی است که دارای اثر ضد عفونی کننده و ضد باکتری است.
3. الکل سمی است که فرآیندهای زیستی طبیعی را مختل می کند، اندام های داخلی و روان را از بین می برد و در صورت مصرف زیاد منجر به مرگ می شود.

رایج ترین دانش در مورد سه حالت تجمع است: مایع، جامد، گاز؛ گاهی اوقات پلاسما را به یاد می آورند و کمتر کریستالی مایع. اخیراً لیستی از 17 فاز ماده که از () معروف استفان فرای گرفته شده است در اینترنت پخش شده است. بنابراین، در مورد آنها با جزئیات بیشتری به شما خواهیم گفت، زیرا ... شما باید کمی بیشتر در مورد ماده بدانید، اگر فقط به منظور درک بهتر فرآیندهای رخ داده در جهان.

فهرستی از حالات مجموع ماده که در زیر آورده شده است از سردترین حالت ها به داغ ترین و غیره افزایش می یابد. ممکن است ادامه یابد. در عین حال، باید درک کرد که از حالت گازی (شماره 11)، "غیر فشرده ترین"، به هر دو طرف لیست، درجه فشرده سازی ماده و فشار آن (با برخی از ملاحظات برای چنین مطالعه نشده ای است. حالت های فرضی به صورت کوانتومی، پرتو یا کم متقارن) افزایش می یابند.بعد از متن نموداری بصری از انتقال فاز ماده نشان داده می شود.

1. کوانتومی- حالت تجمع ماده، زمانی که دما به صفر مطلق می رسد، حاصل می شود، در نتیجه پیوندهای داخلی ناپدید می شوند و ماده به کوارک های آزاد متلاشی می شود.

2. میعانات بوز-انیشتین- حالت انباشتگی ماده که اساس آن بوزون است که تا دمای نزدیک به صفر مطلق (کمتر از یک میلیونیم درجه بالای صفر مطلق) سرد شده است. در چنین حالت به شدت سرد، تعداد زیادی از اتم‌ها در حداقل حالت کوانتومی ممکن قرار می‌گیرند و اثرات کوانتومی در سطح ماکروسکوپی خود را نشان می‌دهند. میعانات بوز-انیشتین (که اغلب به آن میعانات بوز یا به سادگی "بک" می گویند) زمانی رخ می دهد که شما یک عنصر شیمیایی را تا دمای بسیار پایین (معمولاً درست بالای صفر مطلق، منفی 273 درجه سانتیگراد) سرد کنید، دمای نظری است که در آن همه چیز در آن وجود دارد. حرکت را متوقف می کند).
اینجاست که اتفاقات کاملاً عجیبی برای ماده شروع می شود. فرآیندهایی که معمولاً فقط در سطح اتمی مشاهده می شوند، اکنون در مقیاس هایی به اندازه کافی بزرگ هستند که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند. به عنوان مثال، اگر "پشت" را در یک لیوان آزمایشگاهی قرار دهید و دمای مورد نظر را فراهم کنید، ماده شروع به خزش از دیواره می کند و در نهایت خود به خود خارج می شود.
ظاهراً در اینجا ما با تلاش بیهوده یک ماده برای کاهش انرژی خود (که در حال حاضر در پایین ترین سطح ممکن است) سروکار داریم.
کاهش سرعت اتم‌ها با استفاده از تجهیزات خنک‌کننده، یک حالت کوانتومی منفرد به نام میعان بوز یا بوز-اینشتین تولید می‌کند. این پدیده در سال 1925 توسط A. Einstein در نتیجه تعمیم کار S. Bose پیش‌بینی شد، جایی که مکانیک آماری برای ذرات مختلف از فوتون‌های بدون جرم گرفته تا اتم‌های حامل جرم ساخته شد (دست‌نوشته اینشتین که گمشده در نظر گرفته می‌شود، کشف شد. در کتابخانه دانشگاه لیدن در سال 2005). نتیجه تلاش‌های بوز و انیشتین، مفهوم بوز از گازی بود که تابع آمار بوز-اینشتین بود، که توزیع آماری ذرات یکسان با اسپین عدد صحیح به نام بوزون را توصیف می‌کرد. بوزون ها، که به عنوان مثال، ذرات بنیادی منفرد - فوتون ها، و اتم های کامل هستند، می توانند در حالت های کوانتومی یکسان با یکدیگر باشند. انیشتین پیشنهاد کرد که سرد کردن اتم‌های بوزون تا دمای بسیار پایین باعث تبدیل (یا به عبارت دیگر متراکم شدن) آنها به پایین‌ترین حالت کوانتومی ممکن می‌شود. نتیجه چنین تراکمی، ظهور شکل جدیدی از ماده خواهد بود.
این انتقال در زیر دمای بحرانی رخ می‌دهد، که برای یک گاز سه‌بعدی همگن متشکل از ذرات غیر متقابل بدون درجات آزادی داخلی است.

3. میعانات فرمیون- حالت تجمع یک ماده، شبیه به پشتوانه، اما از نظر ساختار متفاوت. با نزدیک شدن به صفر مطلق، اتم ها بسته به بزرگی تکانه زاویه ای خود (اسپین) رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. بوزون ها اسپین های اعداد صحیح دارند، در حالی که فرمیون ها دارای اسپین هایی هستند که مضرب 1/2 (1/2، 3/2، 5/2) هستند. فرمیون ها از اصل طرد پائولی پیروی می کنند که بیان می کند هیچ دو فرمیونی نمی توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند. چنین ممنوعیتی برای بوزون ها وجود ندارد و بنابراین آنها این فرصت را دارند که در یک حالت کوانتومی وجود داشته باشند و در نتیجه به اصطلاح میعان بوز-اینشتین را تشکیل دهند. فرآیند تشکیل این میعانات مسئول انتقال به حالت ابررسانا است.
الکترون ها دارای اسپین 1/2 هستند و بنابراین به عنوان فرمیون ها طبقه بندی می شوند. آنها به صورت جفت (به نام جفت کوپر) ترکیب می شوند، که سپس یک میعانات بوز را تشکیل می دهند.
دانشمندان آمریکایی تلاش کرده اند با سرد کردن عمیق، نوعی مولکول از اتم های فرمیون به دست آورند. تفاوت با مولکول های واقعی این بود که هیچ پیوند شیمیایی بین اتم ها وجود نداشت - آنها به سادگی با هم به روشی همبسته حرکت می کردند. پیوند بین اتم ها حتی قوی تر از بین الکترون های جفت کوپر بود. جفت فرمیون‌های به‌دست‌آمده دارای یک اسپین کلی هستند که دیگر مضرب 1/2 نیست، بنابراین، آنها از قبل مانند بوزون‌ها رفتار می‌کنند و می‌توانند با یک حالت کوانتومی یک چگالش بوز را تشکیل دهند. در طول آزمایش، گازی از اتم‌های پتاسیم 40 تا 300 نانوکلوین خنک شد، در حالی که گاز در یک تله به اصطلاح نوری محصور شد. سپس یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شد که با کمک آن می توان ماهیت برهمکنش های بین اتم ها را تغییر داد - به جای دافعه قوی، جذب قوی شروع به مشاهده شد. هنگام تجزیه و تحلیل تأثیر میدان مغناطیسی، می‌توان مقداری را یافت که در آن اتم‌ها مانند جفت‌های الکترون کوپر رفتار می‌کنند. در مرحله بعدی آزمایش، دانشمندان انتظار دارند اثرات ابررسانایی را برای میعانات فرمیون به دست آورند.

4. ماده فوق سیال- حالتی که در آن ماده عملاً ویسکوزیته ندارد و در حین جریان اصطکاک با سطح جامد را تجربه نمی کند. پیامد این، برای مثال، چنین اثر جالبی مانند "خزش" خود به خودی کامل هلیوم فوق سیال از کشتی در امتداد دیواره های آن در برابر نیروی گرانش است. البته در اینجا هیچ تخلفی از قانون بقای انرژی وجود ندارد. در غیاب نیروهای اصطکاکی، هلیوم فقط توسط نیروهای گرانش، نیروهای برهمکنش بین اتمی بین هلیوم و دیواره‌های رگ و بین اتم‌های هلیوم عمل می‌کند. بنابراین، نیروهای برهمکنش بین اتمی از مجموع نیروهای دیگر فراتر می روند. در نتیجه، هلیوم تمایل دارد تا آنجا که ممکن است در تمام سطوح ممکن پخش شود و بنابراین در امتداد دیواره‌های رگ حرکت می‌کند. در سال 1938، پیوتر کاپیتسا، دانشمند شوروی ثابت کرد که هلیوم می تواند در حالت فوق سیال وجود داشته باشد.
شایان ذکر است که بسیاری از خواص غیرمعمول هلیوم مدتی است که شناخته شده است. با این حال، در سال های اخیر، این عنصر شیمیایی ما را با اثرات جالب و غیرمنتظره ای نوازش کرده است. بنابراین، در سال 2004، موزس چان و یون سیونگ کیم از دانشگاه پنسیلوانیا با اعلام اینکه موفق شده‌اند حالت کاملا جدیدی از هلیوم - یک جامد ابر سیال - به دست آورند، جهان علمی را مجذوب خود کردند. در این حالت، برخی از اتم‌های هلیوم در شبکه کریستالی می‌توانند در اطراف اتم‌های دیگر جریان داشته باشند و در نتیجه هلیوم می‌تواند از خود عبور کند. اثر «ابر سختی» از نظر تئوری در سال 1969 پیش‌بینی شد. و سپس در سال 2004 به نظر می رسید که تایید تجربی وجود دارد. با این حال، آزمایشات بعدی و بسیار جالب نشان داد که همه چیز به این سادگی نیست و شاید این تعبیر از این پدیده که قبلاً به عنوان ابر سیال بودن هلیوم جامد پذیرفته شده بود، نادرست باشد.
آزمایش دانشمندان به رهبری همفری ماریس از دانشگاه براون در ایالات متحده آمریکا ساده و ظریف بود. دانشمندان یک لوله آزمایش وارونه را در یک مخزن بسته حاوی هلیوم مایع قرار دادند. آنها بخشی از هلیوم را در لوله آزمایش و در مخزن به گونه ای منجمد کردند که مرز بین مایع و جامد داخل لوله آزمایش بیشتر از مخزن بود. به عبارت دیگر، در قسمت بالای لوله آزمایش هلیوم مایع وجود داشت، در قسمت پایین هلیوم جامد وجود داشت، به آرامی به فاز جامد مخزن می رفت که در بالای آن کمی هلیوم مایع ریخته می شد - پایین تر از مایع. سطح در لوله آزمایش اگر هلیوم مایع از هلیوم جامد شروع به نشت کند، اختلاف سطوح کاهش می‌یابد و آنگاه می‌توانیم در مورد هلیوم فوق‌سیال جامد صحبت کنیم. و در اصل، در سه آزمایش از 13 آزمایش، تفاوت سطوح در واقع کاهش یافت.

5. ماده فوق سخت- حالتی از تجمع که در آن ماده شفاف است و می تواند مانند مایع "جریان" شود، اما در واقع فاقد ویسکوزیته است. چنین مایعاتی سالهاست که شناخته شده اند و به آنها ابر سیال می گویند. واقعیت این است که اگر یک ابر سیال هم زده شود، تقریبا برای همیشه در گردش است، در حالی که یک مایع معمولی در نهایت آرام می شود. دو ابر سیال اول توسط محققان با استفاده از هلیوم-4 و هلیوم-3 ایجاد شد. آنها تقریباً تا صفر مطلق - منفی 273 درجه سانتیگراد خنک شدند. و از هلیوم-4، دانشمندان آمریکایی موفق به به دست آوردن یک جسم فوق جامد شدند. آنها هلیوم منجمد را با فشار بیش از 60 برابر فشرده کردند و سپس شیشه پر از این ماده را روی یک دیسک چرخان قرار دادند. در دمای 0.175 درجه سانتیگراد، دیسک به طور ناگهانی شروع به چرخش آزادتر کرد که به گفته دانشمندان نشان می دهد هلیوم به یک ابر جسم تبدیل شده است.

6. جامد- حالت تجمع یک ماده که با ثبات شکل و ماهیت حرکت حرارتی اتم ها مشخص می شود که ارتعاشات کوچکی را در اطراف موقعیت های تعادلی انجام می دهد. حالت پایدار جامدات کریستالی است. جامداتی با پیوندهای یونی، کووالانسی، فلزی و سایر انواع پیوند بین اتم ها وجود دارد که تنوع خواص فیزیکی آنها را تعیین می کند. خواص الکتریکی و برخی دیگر از مواد جامد عمدتاً با ماهیت حرکت الکترون های بیرونی اتم های آن تعیین می شود. جامدات بر اساس خواص الکتریکی خود به دی الکتریک ها، نیمه هادی ها و فلزات تقسیم می شوند؛ جامدات بر اساس خواص مغناطیسی خود به دیامغناطیس، پارامغناطیس و اجسام با ساختار مغناطیسی مرتب تقسیم می شوند. مطالعات مربوط به خواص جامدات در یک زمینه بزرگ ادغام شده است - فیزیک حالت جامد، که توسعه آن توسط نیازهای فناوری تحریک شده است.

7. جامد آمورف- حالت متراکم تجمع یک ماده که با همسانگردی خواص فیزیکی به دلیل آرایش نامنظم اتم ها و مولکول ها مشخص می شود. در جامدات بی شکل، اتم ها در اطراف نقاطی که به طور تصادفی واقع شده اند، ارتعاش می کنند. بر خلاف حالت کریستالی، انتقال از جامد آمورف به مایع به تدریج رخ می دهد. مواد مختلف در حالت آمورف هستند: شیشه، رزین، پلاستیک و غیره.

8. کریستال مایعحالت خاصی از تجمع یک ماده است که در آن به طور همزمان خواص یک کریستال و یک مایع را نشان می دهد. فوراً باید توجه داشت که همه مواد نمی توانند در حالت کریستالی مایع باشند. با این حال، برخی از مواد آلی با مولکول های پیچیده می توانند حالت خاصی از تجمع را تشکیل دهند - کریستالی مایع. این حالت زمانی اتفاق می افتد که کریستال های مواد خاصی ذوب می شوند. هنگامی که آنها ذوب می شوند، یک فاز کریستالی مایع تشکیل می شود که با مایعات معمولی متفاوت است. این فاز در محدوده ای از دمای ذوب کریستال تا دمای بالاتر وجود دارد که در هنگام گرم شدن، کریستال مایع به یک مایع معمولی تبدیل می شود.
کریستال مایع با کریستال مایع و معمولی چه تفاوتی دارد و چه شباهتی به آنها دارد؟ کریستال مایع مانند یک مایع معمولی سیالیت دارد و شکل ظرفی که در آن قرار می گیرد به خود می گیرد. این تفاوت آن با کریستال های شناخته شده برای همه است. با این حال، با وجود این خاصیت که آن را با یک مایع متحد می کند، دارای خاصیت مشخصه کریستال ها است. این ترتیب در فضا مولکول هایی است که کریستال را تشکیل می دهند. درست است که این ترتیب به اندازه کریستال های معمولی کامل نیست، اما با این وجود، به طور قابل توجهی بر خواص کریستال های مایع تأثیر می گذارد، که آنها را از مایعات معمولی متمایز می کند. نظم مکانی ناقص مولکول های تشکیل دهنده یک کریستال مایع در این واقعیت آشکار می شود که در بلورهای مایع نظم کاملی در آرایش فضایی مراکز ثقل مولکول ها وجود ندارد، اگرچه ممکن است نظم جزئی وجود داشته باشد. این بدان معنی است که آنها یک شبکه کریستالی سفت و سخت ندارند. بنابراین کریستال های مایع مانند مایعات معمولی دارای خاصیت سیالیت هستند.
یک ویژگی اجباری کریستال های مایع، که آنها را به کریستال های معمولی نزدیک می کند، وجود نظم جهت گیری فضایی مولکول ها است. این نظم در جهت گیری می تواند خود را نشان دهد، برای مثال، در این واقعیت که تمام محورهای بلند مولکول ها در یک نمونه کریستال مایع به یک شکل جهت گیری می کنند. این مولکول ها باید شکلی کشیده داشته باشند. علاوه بر ساده‌ترین ترتیب نام‌گذاری شده محورهای مولکولی، ترتیب جهت‌گیری پیچیده‌تری از مولکول‌ها می‌تواند در یک کریستال مایع رخ دهد.
بسته به نوع ترتیب محورهای مولکولی، کریستال های مایع به سه نوع نماتیک، اسمکتیک و کلستریک تقسیم می شوند.
تحقیقات در مورد فیزیک کریستال های مایع و کاربردهای آنها در حال حاضر در سطح وسیعی در تمام کشورهای پیشرفته جهان در حال انجام است. تحقیقات داخلی در مؤسسات تحقیقاتی دانشگاهی و صنعتی متمرکز شده است و دارای سنت طولانی است. آثار V.K که در دهه سی در لنینگراد تکمیل شد، به طور گسترده ای شناخته و شناخته شد. فردریک به V.N. تسوتکووا. در سال‌های اخیر، مطالعه سریع کریستال‌های مایع باعث شده است که محققان داخلی نیز سهم قابل توجهی در توسعه مطالعه کریستال‌های مایع به طور کلی و به طور خاص، اپتیک کریستال‌های مایع داشته باشند. بنابراین، آثار I.G. چیستیاکوا، A.P. کاپوستینا، اس.ا. برازوفسکی، اس.ا. پیکینا، ال.ام. بلینوف و بسیاری دیگر از محققان شوروی به طور گسترده ای برای جامعه علمی شناخته شده هستند و به عنوان پایه ای برای تعدادی از کاربردهای فنی موثر کریستال های مایع عمل می کنند.
وجود کریستال های مایع مدت ها پیش، یعنی در سال 1888، یعنی تقریباً یک قرن پیش، ثابت شد. اگرچه دانشمندان قبل از سال 1888 با این وضعیت ماده مواجه شدند، اما بعداً رسماً کشف شد.
اولین کسی که کریستال های مایع را کشف کرد، گیاه شناس اتریشی راینیتزر بود. او در حین مطالعه ماده جدید کلستریل بنزوات که سنتز کرد، متوجه شد که در دمای 145 درجه سانتی گراد کریستال های این ماده ذوب می شوند و مایعی ابری را تشکیل می دهند که به شدت نور را پراکنده می کند. با ادامه گرمایش، با رسیدن به دمای 179 درجه سانتیگراد، مایع شفاف می شود، یعنی شروع به رفتار نوری مانند یک مایع معمولی، برای مثال آب می کند. کلستریل بنزوات خواص غیرمنتظره ای در فاز کدر نشان داد. راینیتزر با بررسی این فاز در زیر میکروسکوپ پلاریزه متوجه شد که انکسار دوگانه دارد. این بدان معنی است که ضریب شکست نور، یعنی سرعت نور در این فاز، به قطبش بستگی دارد.

9. مایع- حالت تجمع یک ماده، ترکیبی از ویژگی های حالت جامد (حفظ حجم، مقاومت کششی معین) و حالت گازی (تغییر شکل). مایعات با ترتیب برد کوتاه در آرایش ذرات (مولکول ها، اتم ها) و تفاوت اندک در انرژی جنبشی حرکت حرارتی مولکول ها و انرژی برهمکنش پتانسیل آنها مشخص می شوند. حرکت حرارتی مولکول‌های مایع شامل نوسانات حول موقعیت‌های تعادلی و پرش‌های نسبتاً نادر از یک موقعیت تعادلی به موقعیت دیگر است؛ سیالیت مایع با این امر مرتبط است.

10. سیال فوق بحرانی(SCF) حالتی از تجمع یک ماده است که در آن اختلاف بین فاز مایع و گاز از بین می رود. هر ماده ای در دما و فشار بالاتر از نقطه بحرانی خود یک سیال فوق بحرانی است. خواص یک ماده در حالت فوق بحرانی بین خواص آن در فاز گاز و مایع است. بنابراین، SCF دارای چگالی بالا، نزدیک به مایع، و ویسکوزیته کم، مانند گازها است. ضریب انتشار در این حالت دارای یک مقدار متوسط ​​بین مایع و گاز است. مواد در حالت فوق بحرانی می توانند به عنوان جایگزین حلال های آلی در فرآیندهای آزمایشگاهی و صنعتی استفاده شوند. آب فوق بحرانی و دی اکسید کربن فوق بحرانی به دلیل خواص خاص بیشترین علاقه و توزیع را دریافت کرده اند.
یکی از مهمترین خواص حالت فوق بحرانی توانایی حل کردن مواد است. با تغییر دما یا فشار سیال، می توانید خواص آن را در محدوده وسیعی تغییر دهید. بنابراین، می توان سیالی را به دست آورد که خواص آن نزدیک به مایع یا گاز باشد. بنابراین، توانایی انحلال سیال با افزایش چگالی (در دمای ثابت) افزایش می یابد. از آنجایی که چگالی با افزایش فشار افزایش می یابد، تغییر فشار می تواند بر توانایی حل شدن سیال (در دمای ثابت) تأثیر بگذارد. در مورد دما، وابستگی خواص سیال تا حدودی پیچیده تر است - در یک چگالی ثابت، توانایی حل شدن سیال نیز افزایش می یابد، اما در نزدیکی نقطه بحرانی، افزایش جزئی دما می تواند منجر به افت شدید شود. در چگالی، و بر این اساس، توانایی انحلال. سیالات فوق بحرانی بدون محدودیت با یکدیگر مخلوط می شوند، بنابراین زمانی که به نقطه بحرانی مخلوط رسید، سیستم همیشه تک فاز خواهد بود. دمای بحرانی تقریبی یک مخلوط دوتایی را می توان به عنوان میانگین حسابی پارامترهای بحرانی مواد Tc(mix) = (کسر مول A) x TcA + (کسر مول B) x TcB محاسبه کرد.

11. گازی- (به فرانسوی گاز، از یونانی آشوب - آشوب)، حالت تجمع یک ماده که در آن انرژی جنبشی حرکت حرارتی ذرات آن (مولکول ها، اتم ها، یون ها) به طور قابل توجهی از انرژی پتانسیل فعل و انفعالات بین آنها فراتر می رود و بنابراین ذرات آزادانه حرکت می کنند و به طور یکنواخت در غیاب میدان های خارجی کل حجم ارائه شده به آن را پر می کنند.

12. پلاسما- (از پلاسما یونانی - حجاری شده، شکل گرفته)، حالتی از ماده که یک گاز یونیزه است که در آن غلظت بارهای مثبت و منفی برابر است (شبه خنثی). اکثریت قریب به اتفاق ماده در کیهان در حالت پلاسما قرار دارد: ستاره ها، سحابی های کهکشانی و محیط بین ستاره ای. در نزدیکی زمین، پلاسما به شکل باد خورشیدی، مگنتوسفر و یونوسفر وجود دارد. پلاسمای با دمای بالا (T ~ 106 - 108K) از مخلوط دوتریوم و تریتیوم با هدف اجرای همجوشی گرما هسته ای کنترل شده در حال مطالعه است. پلاسما با دمای پایین (T Ј 105K) در دستگاه های تخلیه گاز مختلف (لیزرهای گازی، دستگاه های یونی، ژنراتورهای MHD، پلاسماترون ها، موتورهای پلاسما و غیره) و همچنین در فناوری (به متالورژی پلاسما، حفاری پلاسما، پلاسما مراجعه کنید) استفاده می شود. فن آوری) .

13. ماده منحط- یک مرحله میانی بین پلاسما و نوترونیوم است. در کوتوله های سفید مشاهده می شود و نقش مهمی در تکامل ستارگان دارد. هنگامی که اتم ها در معرض دما و فشار بسیار بالا قرار می گیرند، الکترون های خود را از دست می دهند (به گاز الکترونی تبدیل می شوند). به عبارت دیگر کاملاً یونیزه می شوند (پلاسما). فشار چنین گازی (پلاسما) با فشار الکترون ها تعیین می شود. اگر چگالی بسیار زیاد باشد، همه ذرات مجبور به نزدیک شدن به یکدیگر می شوند. الکترون ها می توانند در حالت هایی با انرژی های خاص وجود داشته باشند و هیچ دو الکترونی نمی توانند انرژی یکسانی داشته باشند (مگر اینکه اسپین های آنها مخالف یکدیگر باشند). بنابراین، در یک گاز متراکم، تمام سطوح انرژی پایین تر با الکترون پر می شوند. به چنین گازی منحط می گویند. در این حالت، الکترون‌ها فشار الکترونی منحط را نشان می‌دهند که با نیروهای گرانش مقابله می‌کند.

14. نوترونیوم- حالت انباشتگی که ماده با فشار فوق العاده بالا وارد آن می شود، که هنوز در آزمایشگاه دست نیافتنی است، اما در داخل ستاره های نوترونی وجود دارد. در طی انتقال به حالت نوترونی، الکترون‌های ماده با پروتون‌ها برهمکنش می‌کنند و به نوترون تبدیل می‌شوند. در نتیجه، ماده در حالت نوترونی کاملاً از نوترون تشکیل شده است و چگالی برابر با هسته دارد. دمای ماده نباید خیلی زیاد باشد (در معادل انرژی، بیش از صد مگا ولت).
با افزایش شدید دما (صدها مگا الکترون ولت و بالاتر)، مزون های مختلف در حالت نوترونی شروع به تولد و نابودی می کنند. با افزایش بیشتر دما، قفل‌زدایی اتفاق می‌افتد و ماده به حالت پلاسمای کوارک-گلئون می‌رود. دیگر از هادرون ها تشکیل نمی شود، بلکه از کوارک ها و گلوئون هایی که دائماً متولد می شوند و ناپدید می شوند.

15. پلاسمای کوارک گلوئون(کروموپلاسم) - حالت تجمع ماده در فیزیک پرانرژی و فیزیک ذرات بنیادی که در آن ماده هادرونیک به حالتی مشابه حالتی که در آن الکترون ها و یون ها در پلاسمای معمولی یافت می شوند، می رسد.
به طور معمول، ماده در هادرون ها در حالت به اصطلاح بی رنگ ("سفید") است. یعنی کوارک هایی با رنگ های مختلف یکدیگر را خنثی می کنند. حالت مشابهی در ماده معمولی وجود دارد - وقتی همه اتم ها از نظر الکتریکی خنثی باشند، یعنی
بارهای مثبت در آنها با بارهای منفی جبران می شود. در دماهای بالا، یونیزاسیون اتم ها ممکن است اتفاق بیفتد، در طی آن بارها از هم جدا می شوند و ماده به قول آنها "شبه خنثی" می شود. یعنی کل ابر ماده به عنوان یک کل خنثی می ماند، اما ذرات منفرد آن خنثی نیستند. ظاهراً همین اتفاق می تواند در مورد ماده هادرونیک نیز رخ دهد - در انرژی های بسیار بالا، رنگ آزاد می شود و ماده را "شبه بی رنگ" می کند.
احتمالاً ماده جهان در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ در حالت پلاسمای کوارک-گلوئون قرار داشته است. اکنون پلاسمای کوارک گلوئون می تواند برای مدت کوتاهی در طی برخورد ذرات با انرژی بسیار بالا تشکیل شود.
پلاسمای کوارک گلوئون به طور تجربی در شتاب دهنده RHIC در آزمایشگاه ملی بروکهاون در سال 2005 تولید شد. حداکثر دمای پلاسما 4 تریلیون درجه سانتیگراد در فوریه 2010 در آنجا به دست آمد.

16. ماده عجیب- حالتی از تجمع که در آن ماده به حداکثر مقادیر چگالی فشرده می شود؛ می تواند به شکل "سوپ کوارک" وجود داشته باشد. یک سانتی متر مکعب ماده در این حالت میلیاردها تن وزن خواهد داشت. علاوه بر این، هر ماده معمولی را که با آن در تماس باشد با آزاد شدن مقدار قابل توجهی انرژی به همان شکل "عجیب" تبدیل می کند.
انرژی ای که می تواند با تبدیل هسته ستاره به "ماده عجیب" آزاد شود، منجر به انفجار فوق قدرتمند یک "کوارک نووا" می شود - و به گفته لیهی و اوید، این دقیقاً همان چیزی است که اخترشناسان در سپتامبر 2006 مشاهده کردند.
فرآیند تشکیل این ماده با یک ابرنواختر معمولی آغاز شد که یک ستاره عظیم به آن تبدیل شد. در نتیجه اولین انفجار، یک ستاره نوترونی تشکیل شد. اما، به گفته لیهی و اوید، مدت زیادی دوام نیاورد - از آنجایی که به نظر می رسید چرخش آن توسط میدان مغناطیسی خود کند می شود، شروع به کوچک شدن بیشتر کرد و مجموعه ای از "ماده عجیب" را تشکیل داد که منجر به یکنواختی شد. قدرتمندتر در طی یک انفجار ابرنواختر معمولی، آزاد شدن انرژی - و لایه های بیرونی ماده ستاره نوترونی سابق، که با سرعتی نزدیک به سرعت نور به فضای اطراف پرواز می کند.

17. ماده به شدت متقارن- این ماده به حدی فشرده شده است که ریزذرات داخل آن به صورت لایه ای روی هم قرار می گیرند و خود بدن به صورت سیاه چاله فرو می ریزد. اصطلاح "تقارن" به شرح زیر توضیح داده می شود: بیایید حالت های تجمعی ماده را که از مدرسه برای همه شناخته شده است - جامد، مایع، گاز، در نظر بگیریم. برای قطعیت، اجازه دهید یک کریستال بی نهایت ایده آل را به عنوان یک جامد در نظر بگیریم. در مورد انتقال یک تقارن به اصطلاح گسسته وجود دارد. این بدان معنی است که اگر شبکه کریستالی را با فاصله ای برابر با فاصله بین دو اتم حرکت دهید، چیزی در آن تغییر نخواهد کرد - کریستال با خودش منطبق خواهد شد. اگر کریستال ذوب شود، تقارن مایع حاصل متفاوت خواهد بود: افزایش می یابد. در یک کریستال، تنها نقاط دور از یکدیگر در فواصل معین، گره‌های به اصطلاح شبکه بلوری که اتم‌های یکسانی در آن قرار داشتند، معادل بودند.
این مایع در تمام حجم خود همگن است، تمام نقاط آن از یکدیگر قابل تشخیص نیستند. این بدان معناست که مایعات می توانند با هر فاصله دلخواه (و نه فقط برخی از گسسته ها، مانند یک کریستال) جابجا شوند یا با هر زاویه دلخواه بچرخند (که اصلاً در کریستال ها قابل انجام نیست) و با خود منطبق خواهد شد. درجه تقارن آن بیشتر است. گاز حتی متقارن تر است: مایع حجم مشخصی را در ظرف اشغال می کند و در داخل ظرف جایی که مایع وجود دارد و نقاطی که وجود ندارد، عدم تقارن وجود دارد. گاز کل حجمی را که در اختیار آن قرار می دهد را اشغال می کند و از این نظر تمام نقاط آن از یکدیگر قابل تشخیص نیستند. با این حال، در اینجا درست تر است که نه در مورد نقاط، بلکه در مورد عناصر کوچک، اما ماکروسکوپیک صحبت کنیم، زیرا در سطح میکروسکوپی هنوز تفاوت هایی وجود دارد. در برخی نقاط در یک لحظه معین از زمان اتم ها یا مولکول ها وجود دارد، در حالی که در برخی دیگر وجود ندارد. تقارن فقط به طور متوسط، یا بر روی برخی پارامترهای حجم ماکروسکوپی یا در طول زمان مشاهده می شود.
اما هنوز هیچ تقارن فوری در سطح میکروسکوپی وجود ندارد. اگر ماده به شدت فشرده شود، تا فشارهایی که در زندگی روزمره غیرقابل قبول است، فشرده شود، به طوری که اتم ها خرد شوند، پوسته های آنها به یکدیگر نفوذ کنند و هسته ها شروع به لمس کنند، تقارن در سطح میکروسکوپی ایجاد می شود. همه هسته ها یکسان هستند و در برابر یکدیگر فشرده می شوند، نه تنها فواصل بین اتمی، بلکه بین هسته ای نیز وجود دارد و ماده همگن می شود (ماده عجیب).
اما یک سطح زیر میکروسکوپی نیز وجود دارد. هسته ها از پروتون ها و نوترون هایی تشکیل شده اند که در داخل هسته حرکت می کنند. همچنین فضایی بین آنها وجود دارد. اگر به فشرده سازی ادامه دهید تا هسته ها خرد شوند، نوکلئون ها به شدت به یکدیگر فشار می آورند. سپس در سطح زیر میکروسکوپی، تقارن ظاهر می شود که حتی در داخل هسته های معمولی نیز وجود ندارد.
از آنچه گفته شد، می توان روند بسیار مشخصی را تشخیص داد: هر چه دما و فشار بیشتر باشد، ماده متقارن تر می شود. بر اساس این ملاحظات، ماده ای که به حداکثر خود فشرده می شود، بسیار متقارن نامیده می شود.

18. ماده متقارن ضعیف- حالتی بر خلاف ماده به شدت متقارن در خواص آن، در کیهان بسیار اولیه در دمایی نزدیک به دمای پلانک، شاید 10-12 ثانیه پس از انفجار بزرگ، زمانی که نیروهای قوی، ضعیف و الکترومغناطیسی یک ابر نیروی واحد را نشان می دادند، وجود دارد. در این حالت، ماده به حدی فشرده می شود که جرم آن به انرژی تبدیل می شود که شروع به باد شدن می کند، یعنی به طور نامحدود منبسط می شود. هنوز امکان دستیابی به انرژی برای به دست آوردن تجربی ابرقدرت و انتقال ماده به این فاز در شرایط زمینی وجود ندارد، اگرچه چنین تلاش هایی در برخورد دهنده بزرگ هادرون برای مطالعه جهان اولیه انجام شد. به دلیل عدم وجود برهمکنش گرانشی در ابرنیرویی که این ماده را تشکیل می‌دهد، ابرنیرو در مقایسه با نیروی ابرمتقارن که شامل هر 4 نوع برهم‌کنش است، به اندازه کافی متقارن نیست. بنابراین، این حالت تجمع چنین نامی را دریافت کرد.

19. ماده اشعه- در واقع، این دیگر اصلاً ماده نیست، بلکه انرژی به شکل خالص آن است. با این حال، دقیقاً این حالت فرضی تجمع است که جسمی که به سرعت نور رسیده است، خواهد گرفت. همچنین می توان آن را با گرم کردن بدن تا دمای پلانک (1032K) به دست آورد، یعنی شتاب دادن به مولکول های ماده تا سرعت نور. همانطور که از تئوری نسبیت بر می آید، هنگامی که سرعت به بیش از 0.99 ثانیه می رسد، جرم بدن بسیار سریعتر از شتاب "عادی" شروع به رشد می کند؛ علاوه بر این، بدن کشیده می شود، گرم می شود، یعنی شروع به رشد می کند. تابش در طیف مادون قرمز هنگام عبور از آستانه 0.999 ثانیه، بدن به شدت تغییر می کند و یک انتقال سریع فاز را تا حالت پرتو آغاز می کند. همانطور که از فرمول انیشتین که به طور کامل گرفته شده است، توده در حال رشد ماده نهایی شامل توده هایی است که به شکل تابش حرارتی، اشعه ایکس، نوری و سایر تشعشعات از بدن جدا شده اند که انرژی هر یک از آنها با ترم بعدی در فرمول بنابراین، جسمی که به سرعت نور نزدیک می‌شود، در تمام طیف‌ها شروع به ساطع می‌کند، طول می‌کشد و در زمان کند می‌شود و به طول پلانک نازک می‌شود، یعنی با رسیدن به سرعت c، بدن به یک بی‌نهایت طولانی تبدیل می‌شود و پرتو نازکی که با سرعت نور حرکت می کند و متشکل از فوتون هایی است که طول ندارند و جرم بی نهایت آن به طور کامل به انرژی تبدیل می شود. بنابراین به چنین ماده ای اشعه می گویند.

سؤالاتی در مورد اینکه حالت تجمع چیست، جامدات، مایعات و گازها چه ویژگی ها و خواصی دارند، در چندین دوره آموزشی مورد بحث قرار گرفته است. سه حالت کلاسیک ماده وجود دارد که ویژگی‌های ساختاری خاص خود را دارند. درک آنها نکته مهمی در شناخت علوم زمین، موجودات زنده و فعالیت های صنعتی است. این سوالات توسط فیزیک، شیمی، جغرافیا، زمین شناسی، شیمی فیزیک و سایر رشته های علمی مطالعه می شود. موادی که تحت شرایط خاصی در یکی از سه حالت اصلی قرار دارند می توانند با افزایش یا کاهش دما و فشار تغییر کنند. اجازه دهید انتقال های احتمالی از یک حالت تجمع به حالت دیگر را در نظر بگیریم، همانطور که در طبیعت، فناوری و زندگی روزمره رخ می دهد.

حالت تجمیع چیست؟

کلمه با منشاء لاتین "aggrego" که به روسی ترجمه شده است به معنای "پیوستن" است. اصطلاح علمی به حالت همان جسم، ماده اشاره دارد. وجود جامدات، گازها و مایعات در دماها و فشارهای مختلف مشخصه تمام پوسته های زمین است. علاوه بر سه حالت اصلی تجمع، حالت چهارم نیز وجود دارد. در دمای بالا و فشار ثابت، گاز به پلاسما تبدیل می شود. برای درک بهتر حالت تجمع، لازم است کوچکترین ذرات تشکیل دهنده مواد و اجسام را به خاطر بسپارید.

نمودار بالا نشان می دهد: a - گاز. ب- مایع؛ c یک جسم جامد است. در چنین تصاویری دایره ها عناصر ساختاری مواد را نشان می دهند. این یک نماد است؛ در واقع، اتم ها، مولکول ها و یون ها توپ های جامد نیستند. اتم ها از یک هسته با بار مثبت تشکیل شده اند که الکترون های دارای بار منفی با سرعت بالایی در اطراف آن حرکت می کنند. دانش در مورد ساختار میکروسکوپی ماده به درک بهتر تفاوت هایی که بین اشکال مختلف تجمع وجود دارد کمک می کند.

ایده هایی در مورد جهان خرد: از یونان باستان تا قرن هفدهم

اولین اطلاعات در مورد ذرات تشکیل دهنده بدن فیزیکی در یونان باستان ظاهر شد. متفکران دموکریتوس و اپیکور مفهومی را به عنوان اتم معرفی کردند. آنها معتقد بودند که این کوچکترین ذرات غیر قابل تقسیم از مواد مختلف دارای شکل، اندازه های معین و قابلیت حرکت و تعامل با یکدیگر هستند. اتمیسم پیشرفته ترین آموزش یونان باستان برای زمان خود شد. اما رشد آن در قرون وسطی کند شد. از آن زمان دانشمندان توسط تفتیش عقاید کلیسای کاتولیک روم مورد آزار و اذیت قرار گرفتند. بنابراین، تا زمان مدرن، هیچ مفهوم روشنی از وضعیت ماده وجود نداشت. تنها پس از قرن هفدهم، دانشمندان R. Boyle، M. Lomonosov، D. Dalton، A. Lavoisier مفاد نظریه اتمی-مولکولی را تدوین کردند که امروزه اهمیت خود را از دست نداده است.

اتم ها، مولکول ها، یون ها - ذرات میکروسکوپی ساختار ماده

در قرن بیستم، زمانی که میکروسکوپ الکترونی اختراع شد، پیشرفت قابل توجهی در درک ریزجهان رخ داد. با در نظر گرفتن اکتشافاتی که قبلا توسط دانشمندان انجام شده بود، می‌توان تصویری منسجم از جهان خرد جمع‌آوری کرد. تئوری هایی که وضعیت و رفتار کوچکترین ذرات ماده را توصیف می کنند کاملاً پیچیده هستند؛ آنها به حوزه مربوط می شوند. مواد مختلف

1. اتم ها از نظر شیمیایی ذرات غیر قابل تقسیم هستند. آنها در واکنش های شیمیایی حفظ می شوند، اما در واکنش های هسته ای از بین می روند. فلزات و بسیاری از مواد دیگر از ساختار اتمی در شرایط عادی حالت جامد تجمع دارند.
2. مولکول ها ذراتی هستند که در واکنش های شیمیایی شکسته و تشکیل می شوند. اکسیژن، آب، دی اکسید کربن، گوگرد. حالت فیزیکی اکسیژن، نیتروژن، دی اکسید گوگرد، کربن، اکسیژن در شرایط عادی گازی است.
3. یون‌ها ذرات بارداری هستند که اتم‌ها و مولکول‌ها هنگام به دست آوردن یا از دست دادن الکترون تبدیل به ذرات با بار منفی میکروسکوپی می‌شوند. بسیاری از نمک ها ساختار یونی دارند، به عنوان مثال نمک خوراکی، سولفات آهن و سولفات مس.

موادی وجود دارند که ذرات آنها به روش خاصی در فضا قرار دارند. موقعیت متقابل مرتب اتم ها، یون ها و مولکول ها شبکه کریستالی نامیده می شود. به طور معمول، شبکه های کریستالی یونی و اتمی مشخصه جامدات، مولکولی - برای مایعات و گازها هستند. الماس با سختی بالا متمایز می شود. شبکه کریستالی اتمی آن توسط اتم های کربن تشکیل شده است. اما گرافیت نرم نیز از اتم های این عنصر شیمیایی تشکیل شده است. فقط آنها در فضا قرار دارند. حالت معمول تجمع گوگرد جامد است اما در دماهای بالا این ماده به مایع و توده بی شکل تبدیل می شود.

مواد در حالت جامد از تجمع

جامدات در شرایط عادی حجم و شکل خود را حفظ می کنند. به عنوان مثال، یک دانه شن، یک دانه شکر، نمک، یک تکه سنگ یا فلز. اگر شکر را گرم کنید، ماده شروع به ذوب شدن می کند و به مایع قهوه ای چسبناک تبدیل می شود. اجازه دهید گرمایش را متوقف کنیم و دوباره جامد می گیریم. این بدان معنی است که یکی از شرایط اصلی برای تبدیل یک جامد به مایع، گرم شدن آن یا افزایش انرژی درونی ذرات ماده است. حالت جامد تجمع نمک که برای غذا استفاده می شود نیز قابل تغییر است. اما برای ذوب نمک سفره به دمای بالاتری نسبت به حرارت دادن شکر نیاز است. واقعیت این است که شکر از مولکول ها تشکیل شده است و نمک سفره از یون های باردار تشکیل شده است که به شدت جذب یکدیگر می شوند. جامدات به شکل مایع شکل خود را حفظ نمی کنند زیرا شبکه های کریستالی از بین می روند.

حالت تجمع مایع نمک پس از ذوب با شکستن پیوندهای بین یون‌های کریستال توضیح داده می‌شود. ذرات باردار که می توانند بارهای الکتریکی را حمل کنند آزاد می شوند. نمک های مذاب الکتریسیته را هدایت می کنند و رسانا هستند. در صنایع شیمیایی، متالورژی و مهندسی، مواد جامد به مایع تبدیل می‌شوند تا ترکیبات جدیدی تولید کنند یا شکل‌های متفاوتی به آنها بدهند. آلیاژهای فلزی فراگیر شده اند. چندین راه برای به دست آوردن آنها وجود دارد که با تغییر در وضعیت تجمع مواد خام جامد همراه است.

مایع یکی از حالت های اساسی تجمع است

اگر 50 میلی لیتر آب را در یک فلاسک ته گرد بریزید، متوجه خواهید شد که بلافاصله این ماده به شکل ظرف شیمیایی در می آید. اما به محض اینکه آب را از فلاسک بیرون می ریزیم، مایع بلافاصله روی سطح میز پخش می شود. حجم آب یکسان باقی می ماند - 50 میلی لیتر، اما شکل آن تغییر می کند. ویژگی های ذکر شده مشخصه شکل مایع وجود ماده است. بسیاری از مواد آلی مایع هستند: الکل ها، روغن های گیاهی، اسیدها.

شیر یک امولسیون است، یعنی مایعی حاوی قطرات چربی. یک منبع مایع مفید نفت است. از چاه ها با استفاده از دکل های حفاری در خشکی و اقیانوس استخراج می شود. آب دریا نیز یک ماده خام برای صنعت است. تفاوت آن با آب شیرین رودخانه ها و دریاچه ها در محتوای مواد محلول، عمدتاً نمک ها است. هنگام تبخیر از سطح مخازن، تنها مولکول های H 2 O به حالت بخار می روند، مواد محلول باقی می مانند. روش های به دست آوردن مواد مفید از آب دریا و روش های تصفیه آن بر اساس این خاصیت است.

هنگامی که نمک ها به طور کامل حذف شدند، آب مقطر به دست می آید. در 100 درجه سانتی گراد می جوشد و در 0 درجه سانتی گراد یخ می زند. آب نمک در دماهای دیگر می جوشد و به یخ تبدیل می شود. به عنوان مثال، آب در اقیانوس منجمد شمالی در دمای سطحی 2 درجه سانتی گراد یخ می زند.

وضعیت فیزیکی جیوه در شرایط عادی مایع است. این فلز خاکستری نقره ای معمولاً برای پرکردن دماسنج های پزشکی استفاده می شود. هنگامی که گرم می شود، ستون جیوه روی مقیاس بالا می رود و ماده منبسط می شود. چرا از الکل با رنگ قرمز استفاده می شود و جیوه استفاده نمی شود؟ این با خواص فلز مایع توضیح داده می شود. در یخبندان 30 درجه، حالت تجمع جیوه تغییر می کند، ماده جامد می شود.

اگر دماسنج پزشکی خراب شود و جیوه بیرون بیاید، جمع آوری توپ های نقره با دست خطرناک است. استنشاق بخار جیوه مضر است، این ماده بسیار سمی است. در چنین مواردی، کودکان باید برای کمک به والدین و بزرگسالان خود مراجعه کنند.

حالت گازی

گازها قادر به حفظ حجم یا شکل خود نیستند. فلاسک را تا بالا با اکسیژن پر می کنیم (فرمول شیمیایی آن O2 است). به محض باز کردن فلاسک، مولکول های ماده شروع به مخلوط شدن با هوای اتاق می کنند. این به دلیل حرکت براونی رخ می دهد. حتی دموکریتوس دانشمند یونان باستان معتقد بود که ذرات ماده در حرکت دائمی هستند. در جامدات، در شرایط عادی، اتم‌ها، مولکول‌ها و یون‌ها این فرصت را ندارند که از شبکه کریستالی خارج شوند یا خود را از پیوند با ذرات دیگر رها کنند. این تنها زمانی امکان پذیر است که مقدار زیادی انرژی از خارج تامین شود.

در مایعات، فاصله بین ذرات کمی بیشتر از جامدات است؛ آنها به انرژی کمتری برای شکستن پیوندهای بین مولکولی نیاز دارند. به عنوان مثال، حالت مایع اکسیژن تنها زمانی مشاهده می شود که دمای گاز به -183 درجه سانتیگراد کاهش یابد. در دمای 223- درجه سانتی گراد، مولکول های O 2 یک جامد تشکیل می دهند. هنگامی که دما از این مقادیر بالاتر می رود، اکسیژن به گاز تبدیل می شود. در این شکل است که در شرایط عادی یافت می شود. مؤسسات صنعتی تأسیسات ویژه ای را برای جداسازی هوای اتمسفر و دریافت نیتروژن و اکسیژن از آن راه اندازی می کنند. ابتدا هوا خنک و مایع شده و سپس به تدریج دما را افزایش می دهند. نیتروژن و اکسیژن در شرایط مختلف به گاز تبدیل می شوند.

جو زمین حاوی 21 درصد حجمی اکسیژن و 78 درصد نیتروژن است. این مواد به صورت مایع در پوشش گازی سیاره یافت نمی شوند. اکسیژن مایع به رنگ آبی روشن است و برای پر کردن سیلندرها با فشار بالا برای استفاده در محیط های پزشکی استفاده می شود. در صنعت و ساختمان، گازهای مایع برای انجام بسیاری از فرآیندها مورد نیاز است. اکسیژن برای جوشکاری گاز و برش فلزات و در شیمی برای واکنش های اکسیداسیون مواد معدنی و آلی مورد نیاز است. اگر دریچه یک سیلندر اکسیژن را باز کنید، فشار کاهش می یابد و مایع به گاز تبدیل می شود.

پروپان مایع، متان و بوتان به طور گسترده در انرژی، حمل و نقل، صنعت و فعالیت های خانگی استفاده می شود. این مواد از گاز طبیعی یا در هنگام ترک (شکاف) مواد اولیه نفتی به دست می آیند. مخلوط کربن مایع و گاز نقش مهمی در اقتصاد بسیاری از کشورها دارد. اما ذخایر نفت و گاز طبیعی به شدت کاهش یافته است. به گفته دانشمندان، این ماده خام برای 100-120 سال دوام می آورد. یک منبع جایگزین انرژی جریان هوا (باد) است. رودخانه ها و جزر و مدهای سریع در سواحل دریاها و اقیانوس ها برای راه اندازی نیروگاه ها استفاده می شود.

اکسیژن، مانند سایر گازها، می تواند در حالت چهارم تجمع قرار داشته باشد که نشان دهنده یک پلاسما است. انتقال غیرمعمول از حالت جامد به حالت گازی یکی از ویژگی های مشخصه ید کریستالی است. ماده بنفش تیره تحت تصعید قرار می گیرد - با دور زدن حالت مایع به گاز تبدیل می شود.

انتقال از یک شکل کل ماده به شکل دیگر چگونه انجام می شود؟

تغییرات در حالت کل مواد با تبدیلات شیمیایی همراه نیست، اینها پدیده های فیزیکی هستند. با افزایش دما، بسیاری از جامدات ذوب شده و به مایع تبدیل می شوند. افزایش بیشتر دما می تواند منجر به تبخیر، یعنی به حالت گازی ماده شود. در طبیعت و اقتصاد، چنین انتقالی مشخصه یکی از مواد اصلی روی زمین است. یخ، مایع، بخار حالت های آب در شرایط مختلف خارجی هستند. ترکیب یکسان است، فرمول آن H 2 O است. در دمای 0 درجه سانتیگراد و کمتر از این مقدار، آب متبلور می شود، یعنی به یخ تبدیل می شود. با افزایش دما، کریستال های حاصل از بین می روند - یخ ذوب می شود و دوباره آب مایع به دست می آید. هنگامی که گرم می شود، تبخیر تشکیل می شود - تبدیل آب به گاز - حتی در دماهای پایین. به عنوان مثال، گودال های یخ زده به تدریج ناپدید می شوند زیرا آب تبخیر می شود. حتی در هوای یخبندان، لباس های خیس خشک می شوند، اما این روند بیشتر از روزهای گرم طول می کشد.

تمام انتقال های ذکر شده آب از یک حالت به حالت دیگر برای ماهیت زمین اهمیت زیادی دارد. پدیده های جوی، آب و هوا و آب و هوا با تبخیر آب از سطح اقیانوس جهانی، انتقال رطوبت به صورت ابر و مه به خشکی و بارش (باران، برف، تگرگ) همراه است. این پدیده ها اساس چرخه آب جهانی در طبیعت را تشکیل می دهند.

حالات کل گوگرد چگونه تغییر می کند؟

در شرایط عادی، گوگرد بلورهای براق روشن یا پودر زرد روشن است، یعنی یک ماده جامد است. حالت فیزیکی گوگرد با گرم شدن تغییر می کند. ابتدا، هنگامی که دما به 190 درجه سانتیگراد می رسد، ماده زرد رنگ ذوب می شود و به مایع متحرک تبدیل می شود.

اگر به سرعت گوگرد مایع را در آب سرد بریزید، یک توده آمورف قهوه ای به دست می آورید. با گرم شدن بیشتر مذاب گوگرد، چسبناک تر و تیره تر می شود. در دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد، حالت تجمع گوگرد دوباره تغییر می کند، این ماده خاصیت مایع پیدا می کند و متحرک می شود. این انتقال ها به دلیل توانایی اتم های یک عنصر برای تشکیل زنجیره هایی با طول های مختلف به وجود می آیند.

چرا مواد می توانند در حالت های فیزیکی متفاوت باشند؟

حالت تجمع گوگرد، یک ماده ساده، در شرایط عادی جامد است. دی اکسید گوگرد یک گاز است، اسید سولفوریک یک مایع روغنی سنگین تر از آب است. برخلاف اسیدهای کلریدریک و نیتریک، فرار نیست، مولکول‌ها از سطح آن تبخیر نمی‌شوند. گوگرد پلاستیکی که از حرارت دادن کریستال ها به دست می آید چه حالت تجمعی دارد؟

در شکل آمورف خود، این ماده دارای ساختار مایع با سیالیت ناچیز است. اما گوگرد پلاستیکی به طور همزمان شکل خود را (به عنوان یک جامد) حفظ می کند. کریستال های مایعی وجود دارند که دارای تعدادی خواص مشخصه جامدات هستند. بنابراین، وضعیت یک ماده در شرایط مختلف به ماهیت، دما، فشار و سایر شرایط خارجی آن بستگی دارد.

چه ویژگی هایی در ساختار جامدات وجود دارد؟

تفاوت‌های موجود بین حالت‌های تجمع اصلی ماده با برهمکنش بین اتم‌ها، یون‌ها و مولکول‌ها توضیح داده می‌شود. به عنوان مثال، چرا حالت جامد ماده منجر به توانایی اجسام در حفظ حجم و شکل می شود؟ در شبکه کریستالی یک فلز یا نمک، ذرات ساختاری به یکدیگر جذب می شوند. در فلزات، یون‌های دارای بار مثبت با چیزی که «گاز الکترون» نامیده می‌شود، که مجموعه‌ای از الکترون‌های آزاد در یک قطعه فلز است، برهم‌کنش می‌کنند. کریستال های نمک به دلیل جذب ذرات باردار مخالف - یون ها به وجود می آیند. فاصله بین واحدهای ساختاری فوق جامد بسیار کمتر از اندازه خود ذرات است. در این حالت، جاذبه الکترواستاتیکی عمل می کند، قدرت ایجاد می کند، اما دافعه به اندازه کافی قوی نیست.

برای از بین بردن حالت جامد تجمع یک ماده، باید تلاش کرد. فلزات، نمک ها و کریستال های اتمی در دمای بسیار بالا ذوب می شوند. به عنوان مثال، آهن در دمای بالاتر از 1538 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود. تنگستن نسوز است و برای ساخت رشته های رشته ای برای لامپ ها استفاده می شود. آلیاژهایی وجود دارند که در دمای بالای 3000 درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شوند. بسیاری از روی زمین در حالت جامد هستند. این مواد اولیه با استفاده از فناوری در معادن و معادن استخراج می شوند.

برای جدا کردن حتی یک یون از یک کریستال، مقدار زیادی انرژی باید صرف شود. اما کافی است نمک را در آب حل کنید تا شبکه کریستالی متلاشی شود! این پدیده با خواص شگفت انگیز آب به عنوان یک حلال قطبی توضیح داده می شود. مولکول های H 2 O با یون های نمک برهمکنش می کنند و پیوند شیمیایی بین آنها را از بین می برند. بنابراین، انحلال یک اختلاط ساده از مواد مختلف نیست، بلکه یک تعامل فیزیکی و شیمیایی بین آنهاست.

مولکول های مایع چگونه برهم کنش می کنند؟

آب می تواند مایع، جامد و گاز (بخار) باشد. اینها حالتهای اصلی تجمع آن در شرایط عادی هستند. مولکول های آب از یک اتم اکسیژن تشکیل شده اند که دو اتم هیدروژن به آن پیوند دارند. پلاریزاسیون پیوند شیمیایی در مولکول رخ می دهد و یک بار منفی جزئی روی اتم های اکسیژن ظاهر می شود. هیدروژن به قطب مثبت مولکول تبدیل می شود که توسط اتم اکسیژن یک مولکول دیگر جذب می شود. این "پیوند هیدروژنی" نامیده می شود.

حالت مایع تجمع با فواصل بین ذرات ساختاری قابل مقایسه با اندازه آنها مشخص می شود. جاذبه وجود دارد، اما ضعیف است، بنابراین آب شکل خود را حفظ نمی کند. تبخیر به دلیل از بین رفتن پیوندهایی است که روی سطح مایع حتی در دمای اتاق اتفاق می افتد.

آیا فعل و انفعالات بین مولکولی در گازها وجود دارد؟

حالت گازی یک ماده با مایع و جامد در تعدادی پارامتر متفاوت است. شکاف های بزرگی بین ذرات ساختاری گازها وجود دارد که بسیار بزرگتر از اندازه مولکول ها است. در این صورت نیروهای جاذبه اصلا عمل نمی کنند. حالت گازی تجمع مشخصه مواد موجود در هوا است: نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن. در تصویر زیر، مکعب اول با گاز، دومی با مایع و سومی با جامد پر شده است.

بسیاری از مایعات فرار هستند، مولکول های این ماده از سطح خود جدا شده و به هوا می روند. به عنوان مثال، اگر یک سواب پنبه آغشته به آمونیاک را به دهانه یک بطری باز اسید هیدروکلریک بیاورید، دود سفید ظاهر می شود. یک واکنش شیمیایی بین اسید هیدروکلریک و آمونیاک درست در هوا رخ می دهد و کلرید آمونیوم تولید می کند. این ماده در چه حالتی از تجمع قرار دارد؟ ذرات آن که دود سفید را تشکیل می دهند بلورهای جامد ریز نمک هستند. این آزمایش باید زیر یک هود انجام شود، مواد سمی هستند.

نتیجه

وضعیت تجمع گاز توسط بسیاری از فیزیکدانان و شیمیدانان برجسته مورد مطالعه قرار گرفت: آووگادرو، بویل، گی-لوساک، کلایپرون، مندلیف، لو شاتلیه. دانشمندان قوانینی را تدوین کرده اند که رفتار مواد گازی را در واکنش های شیمیایی در هنگام تغییر شرایط خارجی توضیح می دهد. الگوهای باز فقط در کتاب های درسی فیزیک و شیمی مدارس و دانشگاه ها گنجانده نشد. بسیاری از صنایع شیمیایی مبتنی بر دانش در مورد رفتار و خواص مواد در حالت های مختلف تجمع هستند.