Alkoholide mõiste. Avatud raamatukogu – avatud haridusteabe raamatukogu Mis on koondamise olek

Kõige levinumad teadmised on kolme agregatsiooni oleku kohta: vedel, tahke, gaasiline; mõnikord mäletavad nad plasmat, harvemini vedelkristallilist. Hiljuti levis Internetis nimekiri 17 aine faasist, mis on võetud kuulsalt () Stephen Frylt. Seetõttu räägime teile neist lähemalt, sest... Sa peaksid mateeriast veidi rohkem teadma, kasvõi selleks, et paremini mõista Universumis toimuvaid protsesse.

Allpool toodud aine agregeeritud olekute loend pikeneb kõige külmemast olekust kõige kuumemani jne. võib jätkata. Samal ajal tuleb mõista, et gaasilisest olekust (nr 11), kõige "kokkusurumata" kuni loendi mõlemale poolele, aine kokkusurumisaste ja selle rõhk (mõningate reservatsioonidega selliste uurimata ainete puhul hüpoteetilised seisundid nagu kvant, kiir või nõrgalt sümmeetriline) suurenevad. Teksti järel näidatakse visuaalset graafikut aine faasisiiretest.

1. Kvant- aine agregatsiooni olek, mis saavutatakse temperatuuri langemisel absoluutse nullini, mille tulemusena kaovad sisemised sidemed ja aine mureneb vabadeks kvarkideks.

2. Bose-Einsteini kondensaat- absoluutse nulli lähedase temperatuurini (vähem kui miljondik kraadi üle absoluutse nulli) jahutatud aine agregatsiooni olek, mille aluseks on bosonid. Sellises tugevalt jahutatud olekus satub piisavalt suur hulk aatomeid oma minimaalsesse võimalikku kvantolekusse ja kvantefektid hakkavad avalduma makroskoopilisel tasandil. Bose-Einsteini kondensaat (mida sageli nimetatakse Bose kondensaadiks või lihtsalt "beckiks") tekib siis, kui jahutate keemilise elemendi äärmiselt madalale temperatuurile (tavaliselt veidi üle absoluutse nulli, miinus 273 kraadi Celsiuse järgi). , on teoreetiline temperatuur, mille juures kõik on peatub liikumisel).
Siin hakkavadki ainega juhtuma täiesti kummalised asjad. Protsessid, mida tavaliselt vaadeldakse ainult aatomitasandil, toimuvad nüüd palja silmaga vaatlemiseks piisavalt suurel skaalal. Näiteks kui asetate "tagasi" labori keeduklaasi ja tagate soovitud temperatuuri, hakkab aine mööda seina üles hiilima ja lõpuks ise välja tulema.
Ilmselt on siin tegemist aine asjatu katsega alandada oma energiat (mis on juba kõigist võimalikest tasemetest madalaimal tasemel).
Aatomite aeglustamine jahutusseadmete abil tekitab ainsuse kvantoleku, mida tuntakse Bose või Bose-Einsteini kondensaadina. Seda nähtust ennustas 1925. aastal A. Einstein S. Bose'i töö üldistamise tulemusena, kus statistiline mehaanika ehitati osakeste jaoks alates massita footonitest kuni massi kandvate aatomiteni (avastati kadunuks peetud Einsteini käsikiri Leideni ülikooli raamatukogus 2005 ). Bose'i ja Einsteini jõupingutuste tulemuseks oli Bose'i kontseptsioon Bose-Einsteini statistikale alluvast gaasist, mis kirjeldab identsete täisarvuliste spinniga osakeste, mida nimetatakse bosoniteks, statistilist jaotust. Bosonid, mis on näiteks üksikud elementaarosakesed – footonid ja terved aatomid, võivad olla üksteisega samas kvantolekus. Einstein tegi ettepaneku, et bosoni aatomite jahutamine väga madalale temperatuurile põhjustaks nende muundumise (või teisisõnu kondenseerumise) madalaimasse võimalikku kvantolekusse. Sellise kondenseerumise tulemuseks on uue ainevormi tekkimine.
See üleminek toimub allapoole kriitilist temperatuuri, mis on homogeense kolmemõõtmelise gaasi jaoks, mis koosneb interakteeruvatest osakestest, millel puudub sisemine vabadusaste.

3. Fermioni kondensaat- aine agregatsiooni olek, mis on sarnane alusmaterjaliga, kuid erinev struktuurilt. Absoluutsele nullile lähenedes käituvad aatomid erinevalt sõltuvalt nende enda nurkimpulsi (spinni) suurusest. Bosonidel on täisarvud, samas kui fermionidel on spinnid, mis on 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) kordsed. Fermioonid järgivad Pauli välistamise põhimõtet, mis ütleb, et kahel fermionil ei saa olla sama kvantolekut. Bosonite puhul sellist keeldu ei ole ja seetõttu on neil võimalus eksisteerida ühes kvantseisundis ja seeläbi moodustada nn Bose-Einsteini kondensaat. Selle kondensaadi moodustumise protsess vastutab ülijuhtivasse olekusse ülemineku eest.
Elektronidel on spin 1/2 ja seetõttu klassifitseeritakse need fermioonideks. Need ühinevad paarideks (nn Cooperi paarideks), mis seejärel moodustavad Bose'i kondensaadi.
Ameerika teadlased on püüdnud saada fermioni aatomitest sügava jahutamise teel teatud tüüpi molekule. Erinevus pärismolekulidest seisnes selles, et aatomite vahel puudus keemiline side – need lihtsalt liikusid omavahel korrelatsioonis. Side aatomite vahel osutus veelgi tugevamaks kui elektronide vahel Cooperi paarides. Saadud fermioonipaaride koguspinn ei ole enam 1/2 kordne, seetõttu käituvad nad juba nagu bosonid ja võivad moodustada Bose'i kondensaadi ühe kvantolekuga. Katse käigus jahutati kaalium-40 aatomist koosnev gaas 300 nanokelvinini, samal ajal kui gaas suleti nn optilisse lõksu. Seejärel rakendati välist magnetvälja, mille abil oli võimalik muuta aatomitevaheliste interaktsioonide olemust - tugeva tõuke asemel hakati jälgima tugevat külgetõmmet. Magnetvälja mõju analüüsimisel õnnestus leida väärtus, mille juures aatomid hakkasid käituma nagu Cooperi elektronpaarid. Katse järgmises etapis loodavad teadlased saada fermionkondensaadi ülijuhtivuse efektid.

4. Ülivedelik aine- olek, milles ainel praktiliselt puudub viskoossus ja voolu ajal ei teki sellel tahke pinnaga hõõrdumist. Selle tagajärjeks on näiteks selline huvitav efekt nagu ülivedeliku heeliumi täielik spontaanne “välja hiilimine” anumast mööda selle seinu vastu gravitatsioonijõudu. Loomulikult ei ole siin tegemist energia jäävuse seaduse rikkumisega. Hõõrdejõudude puudumisel mõjutavad heeliumi ainult gravitatsioonijõud, heeliumi ja anuma seinte ning heeliumi aatomite vahelise aatomitevahelise interaktsiooni jõud. Seega ületavad aatomitevahelise interaktsiooni jõud kõik muud jõud kokku. Selle tulemusena kipub heelium levima nii palju kui võimalik kõikidele võimalikele pindadele ja seetõttu "rändab" mööda anuma seinu. 1938. aastal tõestas Nõukogude teadlane Pjotr ​​Kapitsa, et heelium võib eksisteerida ülivedelas olekus.
Väärib märkimist, et paljud heeliumi ebatavalised omadused on tuntud juba mõnda aega. Viimastel aastatel on see keemiline element meid aga hellitanud huvitavate ja ootamatute mõjudega. Nii paelusid 2004. aastal Moses Chan ja Eun-Syong Kim Pennsylvania ülikoolist teadusmaailma teatega, et neil õnnestus saada täiesti uus heeliumi olek – ülivedel tahke aine. Selles olekus võivad mõned kristallvõre heeliumi aatomid voolata ümber teiste ja heelium võib seega voolata läbi iseenda. Teoreetiliselt ennustati ülikõvaduse efekti juba 1969. aastal. Ja siis 2004. aastal näis olevat eksperimentaalne kinnitus. Hilisemad ja väga huvitavad katsed näitasid aga, et kõik pole nii lihtne ja võib-olla on selline nähtuse tõlgendus, mida varem peeti tahke heeliumi ülivoolavusena, vale.
USA Browni ülikooli Humphrey Marise juhitud teadlaste eksperiment oli lihtne ja elegantne. Teadlased asetasid tagurpidi katseklaasi suletud paaki, mis sisaldas vedelat heeliumi. Nad külmutasid osa heeliumist katseklaasis ja reservuaaris nii, et vedeliku ja tahke aine piir katseklaasis oli kõrgem kui reservuaaris. Teisisõnu, katseklaasi ülemises osas oli vedel heelium, alumises osas oli tahke heelium, see läks sujuvalt reservuaari tahkesse faasi, mille kohale kallati veidi vedelat heeliumi - madalamal kui vedelik tase katseklaasis. Kui vedel heelium hakkaks läbi tahke heeliumi lekkima, siis tasemete erinevus väheneks ja siis saame rääkida tahkest ülivedelast heeliumist. Ja põhimõtteliselt 13 katsest kolmes tasemete erinevus tegelikult vähenes.

5. Ülikõva aine- agregatsiooni olek, milles aine on läbipaistev ja võib "voolada" nagu vedelik, kuid tegelikult puudub sellel viskoossus. Sellised vedelikud on tuntud juba aastaid, neid nimetatakse supervedelikeks. Fakt on see, et kui supervedelikku segada, ringleb see peaaegu igavesti, samas kui tavaline vedelik lõpuks rahuneb. Esimesed kaks supervedelikku lõid teadlased heelium-4 ja heelium-3 abil. Need jahutati peaaegu absoluutse nullini – miinus 273 kraadi Celsiuse järgi. Ja heelium-4-st õnnestus Ameerika teadlastel saada ülitahke keha. Nad surusid külmunud heeliumi kokku rohkem kui 60-kordse rõhuga ja asetasid seejärel ainega täidetud klaasi pöörlevale kettale. Temperatuuril 0,175 Celsiuse järgi hakkas ketas ühtäkki vabamalt pöörlema, mis teadlaste sõnul viitab sellele, et heeliumist on saanud superkeha.

6. Tahke- aine agregatsiooni olek, mida iseloomustab kuju stabiilsus ja aatomite soojusliikumise iseloom, mis tekitavad tasakaaluasendites väikeseid vibratsioone. Tahkete ainete stabiilne olek on kristalne. Aatomite vahel on tahkeid aineid, millel on ioonsed, kovalentsed, metallilised ja muud tüüpi sidemed, mis määrab nende füüsikaliste omaduste mitmekesisuse. Tahkete ainete elektrilised ja mõned muud omadused on peamiselt määratud selle aatomite väliselektronide liikumise iseloomuga. Elektriliste omaduste alusel jaotatakse tahked ained dielektrikuteks, pooljuhtideks ja metallideks, magnetiliste omaduste alusel diamagnetilisteks, paramagnetilisteks ja korrastatud magnetstruktuuriga kehadeks. Tahkete ainete omaduste uuringud on sulandunud suureks valdkonnaks - tahkisfüüsikaks, mille arengut soodustavad tehnoloogia vajadused.

7. Amorfne tahke aine- aine kondenseerunud agregatsiooni olek, mida iseloomustab füüsikaliste omaduste isotroopsus, mis on tingitud aatomite ja molekulide ebakorrapärasest paigutusest. Amorfsetes tahketes ainetes vibreerivad aatomid juhuslikult paiknevate punktide ümber. Erinevalt kristalsest olekust toimub üleminek tahkest amorfsest vedelast järk-järgult. Erinevad ained on amorfses olekus: klaas, vaigud, plastmassid jne.

8. Vedelkristall on aine spetsiifiline agregatsiooni olek, milles see avaldab samaaegselt kristalli ja vedeliku omadusi. Tuleb kohe märkida, et kõik ained ei saa olla vedelkristallilises olekus. Mõned keerukate molekulidega orgaanilised ained võivad aga moodustada spetsiifilise agregatsioonioleku – vedelkristallilise. See seisund tekib siis, kui teatud ainete kristallid sulavad. Nende sulamisel moodustub vedelkristalliline faas, mis erineb tavalistest vedelikest. See faas esineb vahemikus kristalli sulamistemperatuurist kõrgema temperatuurini, milleni kuumutamisel vedelkristall muutub tavaliseks vedelikuks.
Mille poolest erineb vedelkristall vedelast ja tavalisest kristallist ning mille poolest see nendega sarnaneb? Nagu tavaline vedelik, on ka vedelkristall voolav ja võtab selle anuma kuju, millesse see asetatakse. Nii erineb see kõigile tuntud kristallidest. Kuid vaatamata sellele omadusele, mis ühendab selle vedelikuga, on sellel kristallidele iseloomulik omadus. See on kristalli moodustavate molekulide järjestus ruumis. Tõsi, see järjestamine pole nii täielik kui tavalistes kristallides, kuid sellegipoolest mõjutab see oluliselt vedelkristallide omadusi, mis eristab neid tavalistest vedelikest. Vedelkristalli moodustavate molekulide mittetäielik ruumiline järjestus avaldub selles, et vedelkristallides puudub molekulide raskuskeskmete ruumilises paigutuses täielik kord, kuigi osaline kord võib esineda. See tähendab, et neil puudub jäik kristallvõre. Seetõttu on vedelkristallidel, nagu ka tavalistel vedelikel, voolavus.
Vedelkristallide kohustuslik omadus, mis lähendab neid tavalistele kristallidele, on molekulide ruumilise orientatsiooni järjekorra olemasolu. Selline orientatsiooni järjekord võib väljenduda näiteks selles, et vedelkristalliproovis on kõik molekulide pikad teljed orienteeritud ühtemoodi. Need molekulid peavad olema pikliku kujuga. Lisaks molekulaarsete telgede kõige lihtsamale järjestusele võib vedelkristallides esineda ka keerulisem molekulide orientatsioonijärjekord.
Sõltuvalt molekulaarsete telgede järjestuse tüübist jagunevad vedelkristallid kolme tüüpi: nemaatilised, smektilised ja kolesteerilised.
Vedelkristallide füüsikat ja nende rakendusi käsitlevaid uuringuid tehakse praegu laialdaselt kõigis maailma arenenumates riikides. Kodumaised teadusuuringud on koondunud nii akadeemilistesse kui ka tööstuslikesse uurimisasutustesse ning sellel on pikad traditsioonid. V.K. teosed, mis valmisid kolmekümnendatel Leningradis, said laialdaselt tuntuks ja tunnustatuks. Fredericks V.N. Tsvetkova. Viimastel aastatel on kiire vedelkristallide uurimine näinud ka kodumaiste teadlaste panust vedelkristallide uurimise laiemalt ja eriti vedelkristallide optika arengusse. Seega on I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovski, S.A. Pikina, L.M. Blinov ja paljud teised nõukogude teadlased on teadlaskonnale laialdaselt tuntud ja on aluseks paljudele vedelkristallide tõhusatele tehnilistele rakendustele.
Vedelkristallide olemasolu tehti kindlaks juba ammu, nimelt 1888. aastal ehk peaaegu sajand tagasi. Kuigi teadlased puutusid selle aine olekuga kokku enne 1888. aastat, avastati see ametlikult hiljem.
Esimesena avastas vedelkristallid Austria botaanik Reinitzer. Tema sünteesitud uut ainet kolesterüülbensoaati uurides avastas ta, et temperatuuril 145°C sulavad selle aine kristallid, moodustades häguse vedeliku, mis hajutab tugevalt valgust. Kuumutamise jätkudes muutub vedelik temperatuurini 179°C saavutades selgeks, st hakkab optiliselt käituma nagu tavaline vedelik, näiteks vesi. Kolesterüülbensoaat näitas häguses faasis ootamatuid omadusi. Seda faasi polariseeriva mikroskoobi all uurides avastas Reinitzer, et sellel on kahekordne murdumine. See tähendab, et valguse murdumisnäitaja ehk valguse kiirus selles faasis sõltub polarisatsioonist.

9. Vedelik- aine agregatsiooni olek, mis ühendab tahke oleku (mahu säilimine, teatav tõmbetugevus) ja gaasilise oleku (kuju muutlikkus) tunnused. Vedelikke iseloomustab osakeste (molekulide, aatomite) paigutuse lühimaakord ja väike erinevus molekulide soojusliikumise kineetilises energias ja nende potentsiaalses interaktsioonienergias. Vedelike molekulide soojusliikumine koosneb võnkumisest tasakaaluasendi ümber ja suhteliselt harvaesinevatest hüpetest ühest tasakaaluasendist teise, sellega on seotud vedeliku voolavus.

10. Ülekriitiline vedelik(SCF) on aine agregatsiooni olek, mille puhul kaob erinevus vedela ja gaasifaasi vahel. Iga aine, mille temperatuur ja rõhk on üle selle kriitilise punkti, on ülekriitiline vedelik. Aine omadused ülekriitilises olekus on gaasi- ja vedelfaasis olevate omaduste vahepealsed. Seega on SCF-il nagu gaasidel suur tihedus, vedelikule lähedane ja madal viskoossus. Difusioonikoefitsiendi väärtus on sel juhul vedeliku ja gaasi vahepealne. Ülekriitilises olekus aineid saab kasutada orgaaniliste lahustite asendajana labori- ja tööstusprotsessides. Suurimat huvi ja levikut on teatud omaduste tõttu pälvinud superkriitiline vesi ja ülekriitiline süsihappegaas.
Ülekriitilise oleku üks olulisemaid omadusi on võime lahustada aineid. Vedeliku temperatuuri või rõhu muutmisega saate muuta selle omadusi laias vahemikus. Seega on võimalik saada vedelikku, mille omadused on lähedased kas vedelikule või gaasile. Seega suureneb vedeliku lahustumisvõime tiheduse suurenedes (konstantsel temperatuuril). Kuna tihedus suureneb rõhu tõustes, võib rõhu muutmine mõjutada vedeliku lahustumisvõimet (konstantsel temperatuuril). Temperatuuri puhul on vedeliku omaduste sõltuvus mõnevõrra keerulisem - konstantse tiheduse juures suureneb ka vedeliku lahustumisvõime, kuid kriitilise punkti lähedal võib kerge temperatuuri tõus kaasa tuua järsu languse. tiheduses ja vastavalt ka lahustumisvõimes. Ülekriitilised vedelikud segunevad üksteisega piiramatult, nii et segu kriitilise punkti saavutamisel on süsteem alati ühefaasiline. Binaarse segu ligikaudse kriitilise temperatuuri saab arvutada ainete kriitiliste parameetrite aritmeetilise keskmisena Tc(mix) = (moolifraktsioon A) x TcA + (moolifraktsioon B) x TcB.

11. Gaasiline- (prantsuse gaz, kreeka keelest kaos - kaos), aine agregatsiooni olek, milles selle osakeste (molekulide, aatomite, ioonide) soojusliikumise kineetiline energia ületab oluliselt nendevaheliste interaktsioonide potentsiaalset energiat ja seetõttu. osakesed liiguvad vabalt, täites väliste väljade puudumisel ühtlaselt kogu neile antud mahu.

12. Plasma- (kreekakeelsest plasmast – voolitud, vormitud), aine olek, mis on ioniseeritud gaas, milles positiivsete ja negatiivsete laengute kontsentratsioonid on võrdsed (kvaasineutraalsus). Valdav enamus Universumi ainest on plasma olekus: tähed, galaktika udukogud ja tähtedevaheline keskkond. Maa lähedal eksisteerib plasma päikesetuule, magnetosfääri ja ionosfääri kujul. Uuritakse kõrge temperatuuriga plasmat (T ~ 106 - 108K) deuteeriumi ja triitiumi segust eesmärgiga rakendada kontrollitud termotuumasünteesi. Madala temperatuuriga plasmat (T Ј 105K) kasutatakse erinevates gaaslahendusseadmetes (gaaslaserid, ioonseadmed, MHD generaatorid, plasmatronid, plasmamootorid jne), aga ka tehnoloogias (vt Plasmametallurgia, Plasma puurimine, Plasma tehnoloogia).

13. Mandunud aine— on vahepealne staadium plasma ja neutrooniumi vahel. Seda täheldatakse valgetes kääbustes ja see mängib tähtede evolutsioonis olulist rolli. Kui aatomid puutuvad kokku ülikõrge temperatuuri ja rõhuga, kaotavad nad oma elektronid (neist saab elektrongaas). Teisisõnu, nad on täielikult ioniseeritud (plasma). Sellise gaasi (plasma) rõhu määrab elektronide rõhk. Kui tihedus on väga suur, surutakse kõik osakesed üksteisele lähemale. Elektronid võivad eksisteerida kindla energiaga olekutes ja kahel elektronil ei saa olla sama energiat (välja arvatud juhul, kui nende spinnid on vastupidised). Seega on tihedas gaasis kõik madalamad energiatasemed täidetud elektronidega. Sellist gaasi nimetatakse degenereerunud gaasiks. Selles olekus avaldavad elektronid degenereerunud elektronirõhku, mis neutraliseerib gravitatsioonijõude.

14. Neutroon- agregatsiooniseisund, millesse aine liigub ülikõrgel rõhul, mis on veel laboris kättesaamatu, kuid eksisteerib neutrontähtede sees. Neutroniolekusse üleminekul interakteeruvad aine elektronid prootonitega ja muutuvad neutroniteks. Selle tulemusena koosneb neutroni olekus olev aine täielikult neutronitest ja selle tihedus on tuuma suurusjärgus. Aine temperatuur ei tohiks olla liiga kõrge (energiaekvivalendis mitte rohkem kui sada MeV).
Temperatuuri tugeva tõusuga (sadu MeV ja rohkem) hakkavad sündima ja neutronites hävima erinevad mesonid. Temperatuuri edasise tõusuga toimub dekonfineerumine ja aine läheb kvark-gluoonplasma olekusse. See ei koosne enam hadronitest, vaid pidevalt sündivatest ja kaduvatest kvarkidest ja gluoonidest.

15. Kvark-gluoonplasma(kromoplasma) - aine agregatsiooni olek kõrgenergia füüsikas ja elementaarosakeste füüsikas, kus hadroonaine läheb olekusse, mis sarnaneb olekuga, milles elektronid ja ioonid leiduvad tavalises plasmas.
Tavaliselt on hadronites olev aine nn värvitu (“valge”) olekus. See tähendab, et erinevat värvi kvargid tühistavad üksteist. Sarnane olek eksisteerib ka tavaaines – kui kõik aatomid on elektriliselt neutraalsed, st.
positiivsed laengud neis kompenseeritakse negatiivsetega. Kõrgel temperatuuril võib toimuda aatomite ioniseerumine, mille käigus laengud eralduvad ja aine muutub, nagu öeldakse, "kvaasineutraalseks". See tähendab, et kogu ainepilv tervikuna jääb neutraalseks, kuid selle üksikud osakesed lakkavad olemast neutraalsed. Ilmselt võib sama juhtuda hadroonainega - väga suure energia korral eraldub värv ja see muudab aine "kvaasivärvituks".
Arvatavasti oli Universumi aine esimestel hetkedel pärast Suurt Pauku kvark-gluoonplasma olekus. Nüüd võib väga suure energiaga osakeste kokkupõrke ajal tekkida lühiajaliselt kvark-gluoonplasma.
Kvark-gluoonplasma toodeti eksperimentaalselt Brookhaveni riikliku labori RHIC kiirendis 2005. aastal. Plasma maksimaalne temperatuur 4 triljonit kraadi Celsiuse järgi saadi seal 2010. aasta veebruaris.

16. Kummaline aine- agregatsiooniseisund, milles aine on kokkusurutud maksimaalse tiheduse väärtusteni; see võib esineda "kvargisupi" kujul. Sellises olekus aine kuupsentimeetrit kaalub miljardeid tonne; lisaks muudab see kõik tavalised ained, millega see kokku puutub, samasuguseks "kummaliseks" vormiks, vabastades märkimisväärse koguse energiat.
Energia, mis võib vabaneda, kui tähe tuum muutub "kummaliseks aineks", viib "kvarginoova" ülivõimsa plahvatuseni - ja Leahy ja Uyedi sõnul on see täpselt see, mida astronoomid 2006. aasta septembris täheldasid.
Selle aine moodustumise protsess algas tavalise supernoovaga, milleks muutus massiivne täht. Esimese plahvatuse tulemusena tekkis neutrontäht. Kuid Leahy ja Uyedi sõnul ei kestnud see kuigi kaua – kuna selle pöörlemine näis olevat tema enda magnetvälja tõttu aeglustunud, hakkas see veelgi kahanema, moodustades “kummalise aine” hunniku, mis viis ühtlaseni. võimsam tavalise supernoova plahvatuse ajal, energia vabanemine - ja endise neutrontähe välimised ainekihid, mis lendavad ümbritsevasse ruumi valguskiirusele lähedase kiirusega.

17. Tugevalt sümmeetriline aine- see on aine, mis on kokku surutud sedavõrd, et selle sees olevad mikroosakesed kihistuvad üksteise peale ja keha ise kukub kokku mustaks auguks. Mõistet “sümmeetria” seletatakse järgmiselt: Võtame kõigile koolist teadaolevad aine agregatiivsed olekud – tahke, vedel, gaasiline. Kindluse mõttes vaatleme ideaalset lõpmatut kristalli tahkeks aineks. Ülekandmise suhtes on teatud, nn diskreetne sümmeetria. See tähendab, et kui nihutada kristallvõre kahe aatomi vahelise intervalliga võrdse vahemaa võrra, ei muutu selles midagi – kristall langeb kokku iseendaga. Kui kristall on sulanud, on saadud vedeliku sümmeetria erinev: see suureneb. Kristallis olid samaväärsed ainult üksteisest teatud vahemaade kaugusel asuvad punktid, kristallvõre nn sõlmed, milles paiknesid identsed aatomid.
Vedelik on kogu mahu ulatuses homogeenne, kõik selle punktid on üksteisest eristamatud. See tähendab, et vedelikke saab tõrjuda suvaliste vahemaadega (ja mitte ainult mõne diskreetse vahemaa võrra, nagu kristalli puhul) või pöörata mis tahes suvalise nurga all (mida kristallides üldse teha ei saa) ja see langeb iseendaga kokku. Selle sümmeetriaaste on kõrgem. Gaas on veelgi sümmeetrilisem: vedelik hõivab anumas teatud mahu ja anuma sees on asümmeetria, kus vedelikku on, ja punktid, kus seda ei ole. Gaas hõivab kogu talle antud mahu ja selles mõttes on kõik selle punktid üksteisest eristamatud. Siiski oleks siin õigem rääkida mitte punktidest, vaid väikestest, kuid makroskoopilistest elementidest, sest mikroskoopilisel tasemel on siiski erinevusi. Teatud ajahetkedel on aatomeid või molekule, teistes aga mitte. Sümmeetriat täheldatakse ainult keskmiselt, kas mõne makroskoopilise mahuparameetri või aja jooksul.
Kuid mikroskoopilisel tasemel pole endiselt vahetut sümmeetriat. Kui ainet suruda kokku väga tugevalt, igapäevaelus vastuvõetamatute surveteni, suruda kokku nii, et aatomid purustatakse, nende kestad tungivad üksteisesse ja tuumad hakkavad kokku puutuma, tekib sümmeetria mikroskoopilisel tasandil. Kõik tuumad on identsed ja üksteise vastu surutud, ei teki mitte ainult aatomitevahelisi, vaid ka tuumadevahelisi kaugusi ning aine muutub homogeenseks (kummaline aine).
Kuid on ka submikroskoopiline tase. Tuumad koosnevad prootonitest ja neutronitest, mis liiguvad tuuma sees ringi. Nende vahele jääb ka veidi ruumi. Kui jätkate surumist nii, et tuumad purustatakse, suruvad nukleonid tihedalt üksteise vastu. Siis tekib submikroskoopilisel tasemel sümmeetria, mida pole isegi tavaliste tuumade sees.
Öeldu põhjal võib märgata väga kindlat trendi: mida kõrgem on temperatuur ja suurem rõhk, seda sümmeetrilisemaks aine muutub. Nendest kaalutlustest lähtuvalt nimetatakse maksimaalselt kokkusurutud ainet ülisümmeetriliseks.

18. Nõrgalt sümmeetriline aine- olek, mis on oma omadustelt vastupidine tugevalt sümmeetrilisele ainele, mis esineb väga varajases universumis Plancki omale lähedasel temperatuuril, võib-olla 10–12 sekundit pärast Suurt Pauku, kui tugev, nõrk ja elektromagnetiline jõud esindasid ühte ülijõudu. Selles olekus on aine kokku surutud sedavõrd, et selle mass muutub energiaks, mis hakkab paisuma ehk lõpmatuseni paisuma. Maapealsetes tingimustes ei ole veel võimalik saavutada energiaid eksperimentaalseks ülivõimsuse saamiseks ja aine ülekandmiseks sellesse faasi, kuigi varajase universumi uurimiseks tehti selliseid katseid Suure hadronite põrgataja juures. Kuna seda ainet moodustavas ülijõus puudub gravitatsiooniline vastastikmõju, ei ole ülijõud piisavalt sümmeetriline võrreldes supersümmeetrilise jõuga, mis sisaldab kõiki nelja interaktsiooni tüüpi. Seetõttu sai see koondseisund sellise nime.

19. Kiiraine- see pole tegelikult enam mateeria, vaid energia puhtal kujul. Valguse kiiruse saavutanud keha võtab aga just sellise hüpoteetilise agregatsiooniseisundi. Seda võib saada ka keha kuumutamisel Plancki temperatuurini (1032K), st kiirendades aine molekule valguse kiiruseni. Relatiivsusteooriast nähtub, et kui kiirus jõuab üle 0,99 s, hakkab keha mass kasvama palju kiiremini kui "tavalise" kiirenduse korral; lisaks keha pikeneb, kuumeneb, see tähendab, et see hakkab kasvama. kiirgavad infrapunaspektris. 0,999 s läve ületamisel muutub keha radikaalselt ja algab kiire faasiüleminek kuni kiiriolekuni. Nagu Einsteini valemist tervikuna nähtub, koosneb lõppaine kasvav mass massidest, mis on kehast eraldatud soojus-, röntgeni-, optilise ja muu kiirguse kujul, millest igaühe energiat kirjeldab järgmine termin valemis. Seega hakkab valguse kiirusele lähenev keha kiirgama kõigis spektrites, kasvama pikemaks ja ajas aeglustuma, hõrenedes Plancki pikkuseni, st kiiruse c saavutamisel muutub keha lõpmatult pikaks ja õhuke valguskiir, mis liigub valguse kiirusel ja koosneb footonitest, millel pole pikkust, ning selle lõpmatu mass muundatakse täielikult energiaks. Seetõttu nimetatakse sellist ainet kiireks.

Küsimusi selle kohta, mis on agregatsiooni olek, millised omadused ja omadused on tahketel ainetel, vedelikel ja gaasidel, arutatakse mitmel koolitusel. Ainetel on kolm klassikalist olekut, millel on oma iseloomulikud struktuuriomadused. Nende mõistmine on oluline punkt Maa, elusorganismide ja tööstustegevuse mõistmisel. Neid küsimusi uurivad füüsika, keemia, geograafia, geoloogia, füüsikaline keemia ja teised teadusharud. Ained, mis teatud tingimustel on ühes kolmest põhitüübist, võivad muutuda temperatuuri ja rõhu tõustes või langedes. Vaatleme võimalikke üleminekuid ühest agregatsiooniseisundist teise, kuna need esinevad looduses, tehnikas ja igapäevaelus.

Mis on agregatsiooni olek?

Ladina päritolu sõna "aggrego" tähendab vene keelde tõlgituna "liituma". Teaduslik termin viitab sama keha, aine seisundile. Tahkete ainete, gaaside ja vedelike olemasolu teatud temperatuuril ja erineval rõhul on iseloomulik kõigile Maa kestadele. Lisaks kolmele agregatsiooni põhiolekule on olemas ka neljas. Kõrgendatud temperatuuril ja konstantsel rõhul muutub gaas plasmaks. Et paremini mõista, mis on agregatsiooniseisund, on vaja meeles pidada väikseimaid osakesi, millest ained ja kehad koosnevad.

Ülaltoodud diagramm näitab: a - gaas; b – vedelik; c on tahke keha. Sellistel piltidel tähistavad ringid ainete struktuurielemente. See on sümbol; tegelikult pole aatomid, molekulid ja ioonid tahked pallid. Aatomid koosnevad positiivselt laetud tuumast, mille ümber liiguvad suure kiirusega negatiivselt laetud elektronid. Teadmised aine mikroskoopilisest struktuurist aitavad paremini mõista erinevusi, mis eksisteerivad erinevate agregaatide vormide vahel.

Ideid mikrokosmose kohta: Vana-Kreekast 17. sajandini

Esimene teave füüsiliste kehade osakeste kohta ilmus Vana-Kreekas. Mõtlejad Demokritos ja Epikuros võtsid kasutusele sellise mõiste nagu aatom. Nad uskusid, et erinevate ainete väikseimad jagamatud osakesed on kuju, teatud suuruse ja võimelised üksteisega liikuma ja suhtlema. Atomismist sai oma aja kõige arenenum õpetus Vana-Kreekas. Kuid selle areng aeglustus keskajal. Sellest ajast alates on roomakatoliku kiriku inkvisitsioon teadlasi taga kiusanud. Seetõttu polnud kuni tänapäevani selget arusaama aine oleku kohta. Alles pärast 17. sajandit sõnastasid teadlased R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier aatomi-molekulaarteooria sätted, mis ei ole kaotanud oma tähtsust tänapäevalgi.

Aatomid, molekulid, ioonid – aine struktuuri mikroskoopilised osakesed

Märkimisväärne läbimurre mikromaailma mõistmisel toimus 20. sajandil, mil leiutati elektronmikroskoop. Võttes arvesse teadlaste varem tehtud avastusi, õnnestus mikromaailmast kokku panna ühtne pilt. Aine väikseimate osakeste olekut ja käitumist kirjeldavad teooriad on üsna keerulised, need on seotud valdkonnaga Aine erinevate agregeeritud olekute omaduste mõistmiseks piisab, kui on teada peamiste moodustavate struktuuriosakeste nimed ja omadused. erinevaid aineid.

1. Aatomid on keemiliselt jagamatud osakesed. Need säilivad keemilistes reaktsioonides, kuid hävivad tuumareaktsioonides. Metallidel ja paljudel teistel aatomistruktuuriga ainetel on tavatingimustes tahke agregatsiooni olek.
2. Molekulid on osakesed, mis lagunevad ja tekivad keemilistes reaktsioonides. hapnik, vesi, süsihappegaas, väävel. Hapniku, lämmastiku, vääveldioksiidi, süsiniku, hapniku füüsikaline olek tavatingimustes on gaasiline.
3. Ioonid on laetud osakesed, milleks aatomid ja molekulid muutuvad, kui nad omandavad või kaotavad elektrone – mikroskoopilised negatiivselt laetud osakesed. Paljudel sooladel on ioonne struktuur, näiteks lauasool, raudsulfaat ja vasksulfaat.

On aineid, mille osakesed paiknevad teatud viisil ruumis. Aatomite, ioonide ja molekulide järjestatud vastastikust asukohta nimetatakse kristallvõreks. Tavaliselt on ioon- ja aatomkristallvõred iseloomulikud tahketele ainetele, molekulaarsed - vedelikele ja gaasidele. Teemanti eristab kõrge kõvadus. Selle aatomkristallvõre moodustavad süsinikuaatomid. Kuid pehme grafiit koosneb ka selle keemilise elemendi aatomitest. Ainult nad paiknevad ruumis erinevalt. Tavaline väävli agregatsiooni olek on tahke, kuid kõrgel temperatuuril muutub aine vedelaks ja amorfseks massiks.

Ained, mis on agregeerunud tahkes olekus

Tahked ained säilitavad tavatingimustes oma mahu ja kuju. Näiteks liivatera, suhkrutera, sool, kivi- või metallitükk. Kui kuumutate suhkrut, hakkab aine sulama, muutudes viskoosseks pruuniks vedelikuks. Lõpetame kütmise ja saame jälle tahke. See tähendab, et tahke aine vedelikuks ülemineku üheks peamiseks tingimuseks on selle kuumutamine või aineosakeste siseenergia suurenemine. Samuti saab muuta toiduks kasutatava soola tahket agregatsiooni olekut. Lauasoola sulatamiseks on aga vaja kõrgemat temperatuuri kui suhkru kuumutamisel. Fakt on see, et suhkur koosneb molekulidest ja lauasool koosneb laetud ioonidest, mis on üksteisega tugevamalt tõmbunud. Vedelal kujul tahked ained ei säilita oma kuju, kuna kristallvõred hävivad.

Soola vedel agregaatolek sulamisel on seletatav sidemete katkemisega kristallides olevate ioonide vahel. Vabanevad laetud osakesed, mis võivad kanda elektrilaenguid. Sulasoolad juhivad elektrit ja on juhid. Keemia-, metallurgia- ja masinatööstuses muudetakse tahked ained vedelikeks, et toota uusi ühendeid või anda neile erinev vorm. Metallisulamid on laialt levinud. Nende saamiseks on mitu võimalust, mis on seotud tahkete toorainete agregatsiooniseisundi muutustega.

Vedelik on üks agregatsiooni põhiseisundeid

Kui valate ümarapõhjalisse kolbi 50 ml vett, märkate, et aine võtab kohe keemianõu kuju. Kuid niipea, kui valame kolvist vee välja, levib vedelik kohe laua pinnale. Vee maht jääb samaks - 50 ml, kuid selle kuju muutub. Loetletud tunnused on iseloomulikud aine vedelale olemasolule. Paljud orgaanilised ained on vedelikud: alkoholid, taimeõlid, happed.

Piim on emulsioon, st vedelik, mis sisaldab rasvapiisku. Kasulik vedel ressurss on nafta. Seda kaevandatakse puuraukudest maal ja ookeanis asuvate puurplatvormide abil. Merevesi on ka tööstuse tooraine. Selle erinevus jõgede ja järvede mageveest seisneb lahustunud ainete, peamiselt soolade sisalduses. Veehoidlate pinnalt aurustumisel lähevad auruolekusse ainult H 2 O molekulid, lahustunud ained jäävad alles. Sellel omadusel põhinevad meetodid kasulike ainete saamiseks mereveest ja meetodid selle puhastamiseks.

Kui soolad on täielikult eemaldatud, saadakse destilleeritud vesi. See keeb temperatuuril 100 ° C ja külmub temperatuuril 0 ° C. Soolveed keevad ja muudel temperatuuridel muutuvad jääks. Näiteks külmub Põhja-Jäämere vesi pinnatemperatuuril 2 °C.

Elavhõbeda füüsikaline olek tavatingimustes on vedel. Seda hõbehalli metalli kasutatakse tavaliselt meditsiiniliste termomeetrite täitmiseks. Kuumutamisel elavhõbedasammas tõuseb skaalal ja aine paisub. Miks kasutatakse punase värviga toonitud alkoholi, mitte elavhõbedat? Seda seletatakse vedela metalli omadustega. 30-kraadise külmaga elavhõbeda agregatsiooni olek muutub, aine muutub tahkeks.

Kui meditsiiniline termomeeter läheb katki ja elavhõbe välja voolab, on hõbekuulikeste kätega kogumine ohtlik. Elavhõbedaaurude sissehingamine on kahjulik, see aine on väga mürgine. Sellistel juhtudel peavad lapsed abi saamiseks pöörduma oma vanemate ja täiskasvanute poole.

Gaasiline olek

Gaasid ei suuda säilitada ei oma mahtu ega kuju. Täidame kolbi lõpuni hapnikuga (selle keemiline valem on O2). Niipea, kui me kolvi avame, hakkavad aine molekulid segunema ruumis oleva õhuga. See ilmneb Browni liikumise tõttu. Isegi Vana-Kreeka teadlane Demokritos uskus, et aineosakesed on pidevas liikumises. Tahketes ainetes ei ole aatomitel, molekulidel ja ioonidel tavatingimustes võimalust kristallvõrest lahkuda ega vabaneda sidemetest teiste osakestega. See on võimalik ainult siis, kui suur hulk energiat tarnitakse väljastpoolt.

Vedelikes on osakeste vaheline kaugus veidi suurem kui tahketes ainetes; nad vajavad molekulidevaheliste sidemete katkestamiseks vähem energiat. Näiteks hapniku vedelat olekut täheldatakse ainult siis, kui gaasi temperatuur langeb -183 °C-ni. Temperatuuril –223 °C moodustavad O 2 molekulid tahke aine. Kui temperatuur tõuseb üle nende väärtuste, muutub hapnik gaasiks. Just sellisel kujul leidub seda tavatingimustes. Tööstusettevõtted kasutavad spetsiaalseid seadmeid atmosfääriõhu eraldamiseks ning sellest lämmastiku ja hapniku saamiseks. Esiteks jahutatakse ja vedeldatakse õhk ning seejärel tõstetakse järk-järgult temperatuuri. Lämmastik ja hapnik muutuvad erinevates tingimustes gaasideks.

Maa atmosfäär sisaldab 21 mahuprotsenti hapnikku ja 78% lämmastikku. Neid aineid ei leidu planeedi gaasilises kestas vedelal kujul. Vedel hapnik on helesinist värvi ja seda kasutatakse silindrite täitmiseks kõrgel rõhul meditsiiniasutustes kasutamiseks. Tööstuses ja ehituses on paljude protsesside läbiviimiseks vaja veeldatud gaase. Hapnikku on vaja gaaskeevitamiseks ja metallide lõikamiseks ning keemias anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete oksüdatsioonireaktsioonideks. Kui avate hapnikuballooni klapi, siis rõhk langeb ja vedelik muutub gaasiks.

Veeldatud propaani, metaani ja butaani kasutatakse laialdaselt energeetikas, transpordis, tööstuses ja majapidamistegevuses. Neid aineid saadakse maagaasist või nafta lähteaine krakkimise (jahutamise) käigus. Süsinikvedel ja gaasilised segud mängivad paljude riikide majanduses olulist rolli. Kuid nafta- ja maagaasivarud on tõsiselt ammendatud. Teadlaste hinnangul jätkub sellest toorainest 100-120 aastaks. Alternatiivne energiaallikas on õhuvool (tuul). Elektrijaamade käitamiseks kasutatakse kiirevoolulisi jõgesid ja loodeid merede ja ookeanide kallastel.

Hapnik, nagu ka teised gaasid, võib olla neljandas agregatsiooni olekus, esindades plasmat. Ebatavaline üleminek tahkest olekust gaasilisele on kristallilise joodi iseloomulik tunnus. Tumelilla aine läbib sublimatsiooni - see muutub gaasiks, möödudes vedelast olekust.

Kuidas toimuvad üleminekud ühelt aine agregaadivormilt teisele?

Ainete koondoleku muutusi ei seostata keemiliste muundumistega, need on füüsikalised nähtused. Temperatuuri tõustes paljud tahked ained sulavad ja muutuvad vedelikeks. Temperatuuri edasine tõus võib viia aurustumiseni, st aine gaasilise olekuni. Looduses ja majanduses on sellised üleminekud iseloomulikud ühele põhiainele Maal. Jää, vedelik, aur on vee olekud erinevates välistingimustes. Ühend on sama, selle valem on H 2 O. Temperatuuril 0 ° C ja alla selle väärtuse vesi kristalliseerub, see tähendab, et see muutub jääks. Temperatuuri tõustes tekkinud kristallid hävivad – jää sulab ja saadakse jälle vedel vesi. Kuumutamisel tekib isegi madalatel temperatuuridel aurustumine - vee muutumine gaasiks. Näiteks külmunud lombid kaovad järk-järgult, sest vesi aurustub. Isegi pakase ilmaga märg pesu kuivab, kuid see protsess võtab kauem aega kui palaval päeval.

Kõik loetletud vee üleminekud ühest olekust teise on Maa olemuse jaoks väga olulised. Atmosfäärinähtused, kliima ja ilm on seotud vee aurustumisega Maailma ookeani pinnalt, niiskuse ülekandumisega pilvede ja udu kujul maapinnale ning sademetega (vihm, lumi, rahe). Need nähtused on maailma veeringluse aluseks looduses.

Kuidas muutuvad väävli agregaadid?

Tavalistes tingimustes on väävel eredad läikivad kristallid või helekollane pulber, st see on tahke aine. Väävli füüsikaline olek muutub kuumutamisel. Esiteks, kui temperatuur tõuseb 190 °C-ni, sulab kollane aine, muutudes liikuvaks vedelikuks.

Kui valate vedela väävli kiiresti külma vette, saate pruuni amorfse massi. Väävlisulami edasisel kuumutamisel muutub see üha viskoossemaks ja tumeneb. Temperatuuril üle 300 °C muutub väävli agregatsiooni olek uuesti, aine omandab vedeliku omadused ja muutub liikuvaks. Need üleminekud tulenevad elemendi aatomite võimest moodustada erineva pikkusega ahelaid.

Miks võivad ained olla erinevates füüsikalistes olekutes?

Lihtaine väävli agregatsiooni olek on tavatingimustes tahke. Vääveldioksiid on gaas, väävelhape on veest raskem õline vedelik. Erinevalt vesinikkloriid- ja lämmastikhappest ei ole see lenduv, molekulid ei aurustu selle pinnalt. Millises agregatsiooniseisundis on plastiline väävel, mis saadakse kristallide kuumutamisel?

Amorfsel kujul on ainel vedeliku struktuur, mille voolavus on ebaoluline. Kuid plastiline väävel säilitab samal ajal oma kuju (tahke ainena). On vedelkristalle, millel on hulk tahketele ainetele iseloomulikke omadusi. Seega oleneb aine olek erinevates tingimustes selle olemusest, temperatuurist, rõhust ja muudest välistingimustest.

Millised omadused esinevad tahkete ainete struktuuris?

Olemasolevaid erinevusi aine põhiliste agregaatolekute vahel seletatakse aatomite, ioonide ja molekulide vastasmõjuga. Näiteks miks põhjustab aine tahke olek kehade võimet säilitada mahtu ja kuju? Metalli või soola kristallvõres tõmbuvad struktuursed osakesed üksteise poole. Metallides interakteeruvad positiivselt laetud ioonid nn elektrongaasiga, vabade elektronide kogumiga metallitükis. Soolakristallid tekivad vastupidiselt laetud osakeste - ioonide - külgetõmbe tõttu. Ülaltoodud tahkete ainete struktuuriüksuste vaheline kaugus on palju väiksem kui osakeste endi suurus. Sel juhul toimib elektrostaatiline külgetõmme, see annab jõudu, kuid tõrjumine ei ole piisavalt tugev.

Aine tahke oleku hävitamiseks tuleb pingutada. Metallid, soolad ja aatomikristallid sulavad väga kõrgel temperatuuril. Näiteks muutub raud vedelaks temperatuuril üle 1538 °C. Volfram on tulekindel ja seda kasutatakse hõõglampide hõõgniitide valmistamiseks. On sulameid, mis muutuvad vedelaks temperatuuril üle 3000 °C. Paljud Maal on tahkes olekus. Need toorained kaevandatakse kaevandustes ja karjäärides tehnoloogia abil.

Kasvõi ühe iooni eraldamiseks kristallist tuleb kulutada suur hulk energiat. Kristallvõre lagunemiseks piisab aga soola lahustamisest vees! Seda nähtust seletatakse vee kui polaarse lahusti hämmastavate omadustega. H 2 O molekulid interakteeruvad soolaioonidega, hävitades nendevahelise keemilise sideme. Seega ei ole lahustumine lihtne erinevate ainete segunemine, vaid nendevaheline füüsikalis-keemiline koostoime.

Kuidas vedelad molekulid interakteeruvad?

Vesi võib olla vedel, tahke aine ja gaas (aur). Need on selle põhilised agregatsiooni seisundid tavatingimustes. Veemolekulid koosnevad ühest hapnikuaatomist, millega on seotud kaks vesinikuaatomit. Molekulis toimub keemilise sideme polariseerumine ja hapnikuaatomitele ilmub osaline negatiivne laeng. Vesinik muutub molekulis positiivseks pooluseks, mida tõmbab ligi teise molekuli hapnikuaatom. Seda nimetatakse "vesiniksidemeks".

Agregatsiooni vedelat olekut iseloomustavad struktuursete osakeste vahelised kaugused, mis on võrreldavad nende suurusega. Tõmbejõud on olemas, kuid see on nõrk, mistõttu vesi ei säilita oma kuju. Aurustumine toimub sidemete hävimise tõttu, mis toimub vedeliku pinnal isegi toatemperatuuril.

Kas gaasides eksisteerivad molekulidevahelised vastasmõjud?

Aine gaasiline olek erineb vedelast ja tahkest olekust mitme parameetri poolest. Gaaside struktuursete osakeste vahel on suured vahed, mis on palju suuremad kui molekulide suurus. Sellisel juhul ei toimi tõmbejõud üldse. Gaasiline agregatsiooni olek on iseloomulik õhus leiduvatele ainetele: lämmastik, hapnik, süsinikdioksiid. Alloleval pildil on esimene kuubik täidetud gaasiga, teine ​​vedelikuga ja kolmas tahke ainega.

Paljud vedelikud on lenduvad; aine molekulid purunevad nende pinnalt ja lähevad õhku. Näiteks kui tuua avatud soolhappepudeli avause juurde ammoniaaki kastetud vatitups, tekib valge suits. Keemiline reaktsioon vesinikkloriidhappe ja ammoniaagi vahel toimub otse õhus, tekitades ammooniumkloriidi. Millises agregatsiooniseisundis see aine on? Selle valget suitsu moodustavad osakesed on väikesed tahked soolakristallid. See katse tuleb läbi viia kapoti all, ained on mürgised.

Järeldus

Gaasi agregatsiooni olekut uurisid paljud silmapaistvad füüsikud ja keemikud: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Clayperon, Mendelejev, Le Chatelier. Teadlased on sõnastanud seadused, mis selgitavad gaasiliste ainete käitumist keemilistes reaktsioonides välistingimuste muutumisel. Avatud mustrid ei sisaldunud ainult koolide ja ülikoolide füüsika- ja keemiaõpikutes. Paljud keemiatööstused põhinevad teadmistel ainete käitumise ja omaduste kohta erinevates agregatsiooniseisundites.

Loeng 4. Ainete agregaadid

1. Aine tahke olek.

2. Aine vedel olek.

3. Aine gaasiline olek.

Ained võivad olla kolmes agregatsiooni olekus: tahked, vedelad ja gaasilised. Väga kõrgel temperatuuril ilmneb teatud tüüpi gaasiline olek - plasma (plasma olek).

1. Aine tahket olekut iseloomustab asjaolu, et osakeste omavahelise vastasmõju energia on suurem kui nende liikumise kineetiline energia. Enamikul tahkes olekus ainetel on kristalne struktuur. Iga aine moodustab teatud kujuga kristalle. Näiteks naatriumkloriidis on kristallid kuubikute kujul, maarjas oktaeedritena ja naatriumnitraadil prismade kujul.

Aine kristalne vorm on kõige stabiilsem. Osakeste paigutust tahkis on kujutatud võre kujul, mille sõlmedes on teatud kujuteldavate joontega ühendatud osakesed. Kristallvõre on neli peamist tüüpi: aatom-, molekulaarne, ioonne ja metalliline.

Aatomikristallvõre moodustuvad neutraalsetest aatomitest, mis on omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega (teemant, grafiit, räni). Molekulaarkristallvõre sisaldavad naftaleeni, sahharoosi, glükoosi. Selle võre struktuurielemendid on polaarsed ja mittepolaarsed molekulid. Iooniline kristallvõre moodustuvad ruumis korrapäraselt vahelduvatest positiivselt ja negatiivselt laetud ioonidest (naatriumkloriid, kaaliumkloriid). Kõigil metallidel on metallist kristallvõre. Selle sõlmed sisaldavad positiivselt laetud ioone, mille vahel on vabas olekus elektronid.

Kristallilistel ainetel on mitmeid omadusi. Üks neist on anisotroopia – kristalli füüsikaliste omaduste erinevus kristalli sees erinevates suundades.

2. Aine vedelas olekus on osakeste molekulidevahelise interaktsiooni energia võrdeline nende liikumise kineetilise energiaga. See olek on gaasilise ja kristalse vahepealne. Erinevalt gaasidest toimivad vedelate molekulide vahel suured vastastikused tõmbejõud, mis määrab molekulide liikumise olemuse. Vedeliku molekuli soojusliikumine hõlmab vibratsiooni ja translatsiooni. Iga molekul võngub mõnda aega teatud tasakaalupunkti ümber, seejärel liigub ja võtab uuesti tasakaaluasendi. See määrab selle voolavuse. Molekulidevahelise tõmbejõud takistavad molekulide liikumisel üksteisest kaugele nihkumast.

Vedelike omadused sõltuvad ka molekulide mahust ja nende pinna kujust. Kui vedeliku molekulid on polaarsed, siis nad ühinevad (seostuvad) kompleksseks kompleksiks. Selliseid vedelikke nimetatakse assotsieerunud (vesi, atsetoon, alkohol). Οʜᴎ on kõrgema t kip, väiksema volatiilsuse ja kõrgema dielektrilise konstantiga.

Nagu teate, on vedelikel pindpinevus. Pind pinevus- ϶ᴛᴏ pinnaenergia pinnaühiku kohta: ϭ = E/S, kus ϭ on pindpinevus; E – pinnaenergia; S – pindala. Mida tugevamad on molekulidevahelised sidemed vedelikus, seda suurem on selle pindpinevus. Pindpinevust vähendavaid aineid nimetatakse pindaktiivseteks aineteks.

Veel üks vedelike omadus on viskoossus. Viskoossus on takistus, mis tekib siis, kui vedeliku mõned kihid liiguvad liikumise ajal teiste suhtes. Mõned vedelikud on kõrge viskoossusega (mesi, mala), teised aga madala viskoossusega (vesi, etüülalkohol).

3. Aine gaasilises olekus on osakeste molekulidevahelise interaktsiooni energia väiksem nende kineetilisest energiast. Sel põhjusel ei hoita gaasimolekule koos, vaid need liiguvad ruumalas vabalt. Gaase iseloomustavad järgmised omadused: 1) ühtlane jaotus kogu anuma mahus, milles need asuvad; 2) madal tihedus võrreldes vedelike ja tahkete ainetega; 3) lihtne kokkusurutavus.

Gaasis paiknevad molekulid üksteisest väga suurel kaugusel, nendevahelised tõmbejõud on väikesed. Suurte molekulide vahemaade korral need jõud praktiliselt puuduvad. Sellises olekus gaasi nimetatakse tavaliselt ideaalseks. Tõelised gaasid kõrgel rõhul ja madalal temperatuuril ei allu ideaalse gaasi olekuvõrrandile (Mendelejevi-Clapeyroni võrrand), kuna nendes tingimustes hakkavad ilmnema molekulidevahelised vastasmõjujõud.