Alkoholid moodustavad tahke agregatsiooni. Ainete struktuur erinevates agregatsiooniseisundites

Kõige levinumad teadmised on kolme agregatsiooni oleku kohta: vedel, tahke, gaasiline, mõnikord mõeldakse plasmale, harvem vedelkristallile. Hiljuti Internetis on levinud nimekiri aine 17 faasist, mis on võetud kuulsalt () Stephen Frylt. Seetõttu räägime neist üksikasjalikumalt, sest. mateeriast peaks veidi rohkem teadma, kasvõi selleks, et paremini mõista Universumis toimuvaid protsesse.

Allpool toodud aine agregeeritud olekute loend pikeneb kõige külmematest olekutest kõige kuumemani jne. võib jätkata. Samal ajal tuleb mõista, et gaasilisest olekust (nr 11) on loendi mõlemal poolel kõige enam "laienenud" aine kokkusurumisaste ja selle rõhk (mõningate reservatsioonidega selliste uurimata kohta). hüpoteetilised seisundid nagu kvant, kiir või nõrgalt sümmeetriline) suurenevad.Teksti järel antakse visuaalne graafik mateeria faasisiiretest.

1. Kvant– aine agregatsiooni olek, mis saavutatakse siis, kui temperatuur langeb absoluutse nullini, mille tulemusena sisekommunikatsioonid ja aine laguneb vabadeks kvarkideks.

2. Bose-Einsteini kondensaat- aine agregaatolek, mis põhineb absoluutse nulli lähedase temperatuurini (vähem kui miljondik kraadi võrra üle absoluutse nulli) jahutatud bosonitel. Sellises tugevalt jahutatud olekus satub piisavalt suur hulk aatomeid oma minimaalsesse võimalikku kvantolekusse ning kvantefektid hakkavad avalduma makroskoopilisel tasandil. Bose-Einsteini kondensaat (mida sageli nimetatakse "Bose kondensaadiks" või lihtsalt "tagasi") tekib siis, kui jahutate keemilise elemendi äärmiselt madalale temperatuurile (tavaliselt veidi üle absoluutse nulli, miinus 273 kraadi Celsiuse järgi). , on teoreetiline temperatuur mille puhul kõik peatub).
Siin hakkavad juhtuma kummalised asjad. Tavaliselt ainult aatomitasandil jälgitavad protsessid toimuvad nüüd palja silmaga vaatlemiseks piisavalt suurel skaalal. Näiteks kui asetate keeduklaasi "selja" ja tagate soovitud temperatuuri, hakkab aine mööda seina üles roomama ja lõpuks sealt ise välja tulema.
Ilmselt on siin tegemist asjata mateeria katsega alandada enda energiat (mis on juba kõigist võimalikest tasemetest madalaimal tasemel).
Aatomite aeglustamine jahutusseadmete abil tekitab ainsuse kvantoleku, mida tuntakse Bose kondensaadina või Bose-Einsteinina. Seda nähtust ennustas 1925. aastal A. Einstein S. Bose'i töö üldistamise tulemusena, kus osakeste jaoks ehitati statistiline mehaanika, mis ulatus massita footonitest massiga aatomiteni (Einsteini käsikiri, mida peeti kadunuks, leiti Leideni ülikooli raamatukogust 2005. aastal). Bose'i ja Einsteini jõupingutuste tulemuseks oli Bose'i kontseptsioon gaasist, mis järgib Bose-Einsteini statistikat, mis kirjeldab identsete täisarvuliste spinniga osakeste, mida nimetatakse bosoniteks, statistilist jaotust. Bosonid, mis on näiteks nii üksikud elementaarosakesed – footonid, kui ka terved aatomid, võivad olla üksteisega samades kvantolekutes. Einstein soovitas, et aatomite – bosonite jahutamine väga madalale temperatuurile paneks need minema (või teisisõnu kondenseeruma) madalaimasse võimalikku kvantolekusse. Selle tulemuseks on kondensatsioon uus vorm ained.
See üleminek toimub allapoole kriitilist temperatuuri, mis on homogeense kolmemõõtmelise gaasi jaoks, mis koosneb interakteeruvatest osakestest, millel puudub sisemine vabadusaste.

3. Fermioniline kondensaat- aine agregatsiooni olek, mis sarnaneb aluspinnaga, kuid erineb struktuurilt. Absoluutsele nullile lähenedes käituvad aatomid erinevalt sõltuvalt nende enda nurkimpulsi (spinni) suurusest. Bosonidel on täisarvulised spinnid, samas kui fermionitel on 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) kordne. Fermioonid järgivad Pauli välistamise põhimõtet, mis ütleb, et kahel fermionil ei saa olla sama kvantolekut. Bosonite puhul selline keeld puudub ja seetõttu on neil võimalus eksisteerida ühes kvantseisundis ja moodustada seeläbi nn Bose-Einsteini kondensaat. Selle kondensaadi moodustumise protsess vastutab ülijuhtivasse olekusse ülemineku eest.
Elektronidel on spin 1/2 ja seetõttu on nad fermioonid. Need ühinevad paarideks (nn Cooperi paarideks), millest moodustub Bose kondensaat.
Ameerika teadlased püüdsid sügava jahutamise teel saada fermioni aatomitest teatud tüüpi molekule. Erinevus pärismolekulidest seisnes selles, et neid polnud keemiline side- nad lihtsalt kolisid kokku, korrelatsioonis. Side aatomite vahel osutus veelgi tugevamaks kui elektronide vahel Cooperi paarides. Moodustunud fermioonipaaride puhul ei ole koguspinn enam 1/2 kordne, seetõttu käituvad nad juba nagu bosonid ja võivad moodustada ühe kvantolekuga Bose kondensaadi. Katse käigus jahutati kaalium-40 aatomitest 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 selline väärtus, mille juures aatomid hakkasid käituma nagu Cooperi elektronpaarid. Katse järgmises etapis teevad teadlased ettepaneku saada fermioonkondensaadi ülijuhtivuse mõju.

4. Ülivedelik aine- olek, milles ainel praktiliselt puudub viskoossus ja voolamisel ei teki hõõrdumist tahke pinnaga. Selle tagajärjeks on näiteks selline huvitav efekt nagu ülivedeliku heeliumi täielik spontaanne "välja hiilimine" anumast mööda selle seinu vastu gravitatsiooni. Loomulikult ei ole siin tegemist energia jäävuse seaduse rikkumisega. Hõõrdejõudude puudumisel mõjuvad heeliumile ainult gravitatsioonijõud, heeliumi ja anuma seinte ning heeliumiaatomite aatomitevahelise interaktsiooni jõud. Seega ületavad aatomitevahelise interaktsiooni jõud kõik muud jõud kokku. Selle tulemusena kipub heelium levima nii palju kui võimalik üle kõikide võimalike pindade 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. Siiski sisse viimased aastad see keemiline element “rikub” meid huvitavate ja ootamatute mõjudega. Nii et 2004. aastal huvitasid Moses Chani ja Eun-Syong Kimi Pennsylvania ülikoolist teadusmaailm väites, 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. "Superkõvaduse" mõju ennustati teoreetiliselt juba 1969. aastal. Ja 2004. aastal – justkui eksperimentaalne kinnitus. Hilisemad ja väga uudishimulikud katsed näitasid aga, et kõik pole nii lihtne ja võib-olla on nähtuse selline tõlgendus, mida varem peeti tahke heeliumi ülivooluks, vale.
USA Browni ülikooli Humphrey Marise juhitud teadlaste eksperiment oli lihtne ja elegantne. Teadlased asetasid tagurpidi pööratud katseklaasi suletud vedela heeliumi paaki. Osa heeliumist katseklaasis ja paagis külmutati nii, et vedeliku ja tahke aine piir katseklaasis oli kõrgem kui paagis. Ehk siis toru ülemises osas oli vedel heelium, alumises tahke heelium, see läks sujuvalt paagi tahkesse faasi, mille peale kallati veidi vedelat heeliumi – madalamal kui vedelikutase katseklaas. Kui vedel heelium hakkaks tahkest läbi imbuma, siis tasemevahe väheneks ja siis saame rääkida tahkest ülivedelast heeliumist. Ja põhimõtteliselt kolmel katsel 13-st tasemevahe tõepoolest vähenes.

5. Ülikõva aine- agregatsiooni olek, milles aine on läbipaistev ja võib "voolata" nagu vedelik, kuid tegelikult puudub sellel viskoossus. Sellised vedelikud on tuntud juba aastaid ja neid nimetatakse supervedelikeks. Fakt on see, et kui supervedelikku segada, siis see ringleb 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 kraadini Celsiuse järgi. Ja heelium-4-st õnnestus Ameerika teadlastel saada ülikõva keha. Nad surusid külmunud heeliumi rõhuga kokku rohkem kui 60 korda ja seejärel paigaldati ainega täidetud klaas pöörlevale kettale. Temperatuuril 0,175 Celsiuse järgi hakkas ketas ühtäkki vabamalt pöörlema, mis teadlaste hinnangul viitab sellele, et heeliumist on saanud superkeha.

6. Tahke- aine agregatsiooni olek, mida iseloomustab aatomite kuju stabiilsus ja soojusliikumise iseloom, mis tekitavad tasakaaluasendites väikeseid vibratsioone. püsiseisund tahke olek on kristalne. Aatomite vahel on tahkeid aineid, millel on ioonsed, kovalentsed, metallilised ja muud tüüpi sidemed, mis määrab nende mitmekesisuse füüsikalised omadused. Tahkete ainete elektrilised ja mõned muud omadused on peamiselt määratud selle aatomite väliselektronide liikumise iseloomuga. Elektriliste omaduste järgi jaotatakse tahked ained dielektrikuteks, pooljuhtideks ja metallideks, magnetiliste omaduste järgi diamagnetideks, paramagnetiteks ja korrastatud magnetstruktuuriga kehadeks. Tahkete ainete omaduste uurimised on ühinenud 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. Amorfses olekus on erinevad ained: klaasid, vaigud, plastmassid jne.

8. Vedelkristall- see on aine spetsiifiline agregatsiooni olek, milles see avaldab samaaegselt kristalli ja vedeliku omadusi. Peame kohe tegema reservatsiooni, et kõik ained ei saa olla vedelkristallilises olekus. Mõned keerukate molekulidega orgaanilised ained võivad aga moodustada spetsiifilise agregatsioonioleku – vedelkristalli. See olek toimub teatud ainete kristallide sulamise ajal. Nende sulamisel moodustub vedelkristalliline faas, mis erineb tavalistest vedelikest. See faas esineb vahemikus alates kristalli sulamistemperatuurist kuni mõne kõrgema temperatuurini, milleni kuumutamisel vedelkristall muutub tavaliseks vedelikuks.
Mille poolest erineb vedelkristall vedelikust ja tavalisest kristallist ning mille poolest see nendega sarnaneb? Nagu tavalisel vedelikul, on ka vedelkristallil voolavus ja see on anuma kuju, millesse see asetatakse. Selle poolest erineb see kõigile teadaolevatest 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 järjestamine väljendub selles, et vedelkristallides puudub täielik tellimus molekulide raskuskeskmete ruumilises paigutuses, kuigi võib esineda osaline järjestus. See tähendab, et neil puudub jäik kristallvõre. Seetõttu on vedelkristallidel, nagu ka tavalistel vedelikel, voolavus.
Vedelkristallide kohustuslik omadus, mis lähendab neid tavalistele kristallidele, on järjekorra olemasolu molekulide ruumilises orientatsioonis. Selline orientatsiooni järjekord võib väljenduda näiteks selles, et vedelkristalli proovis on kõik molekulide pikad teljed orienteeritud ühtemoodi. Need molekulid peaksid olema pikliku kujuga. Lisaks lihtsama nimega molekulide telgede järjestusele saab vedelkristallis realiseerida molekulide keerukama orientatsioonijärjestuse.
Sõltuvalt molekulaarsete telgede järjestuse tüübist jagatakse vedelkristallid kolme tüüpi: nemaatilised, smektilised ja kolesteerilised.
Vedelkristallide füüsikat ja nende rakendusi käsitlevaid uuringuid tehakse praegu laial rindel kõigis maailma arenenumates riikides. Kodumaised teadusuuringud on koondunud nii akadeemilistesse kui ka tööstuslikesse teadusasutustesse ning sellel on pikad traditsioonid. V.K. Frederiks V.N. Tsvetkov. Viimastel aastatel on vedelkristallide kiirel uurimisel Venemaa teadlased oluliselt kaasa aidanud ka vedelkristallide teooria arendamisele üldiselt ja eelkõige vedelkristallide optika arendamisele. Niisiis, 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 paljude vedelkristallide tõhusate tehniliste rakenduste aluseks.
Vedelkristallide olemasolu tehti kindlaks väga kaua aega tagasi, nimelt 1888. aastal ehk siis peaaegu sajand tagasi. Kuigi teadlased olid selle aine olekuga kokku puutunud enne 1888. aastat, avastati see ametlikult hiljem.
Esimesena avastas vedelkristallid Austria botaanik Reinitzer. Tema sünteesitud uut ainet kolesterüülbensoaati uurides leidis ta, et temperatuuril 145 °C sulavad selle aine kristallid, moodustades hägune vedelik, mis hajutab tugevalt valgust. Jätkuva kuumutamise korral muutub vedelik temperatuurini 179 ° C saavutades selgeks, see tähendab, et see hakkab optiliselt käituma nagu tavaline vedelik, näiteks vesi. Kolesterüülbensoaat näitas häguses faasis ootamatuid omadusi. Seda faasi polariseeriva mikroskoobi all uurides leidis 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 endas tahke oleku (mahu säilimine, teatav tõmbetugevus) ja gaasilise oleku (kuju muutlikkus) tunnused. Vedelikku iseloomustab osakeste (molekulide, aatomite) paigutuse lühiajaline järjestus ja väike erinevus kineetiline energia molekulide soojusliikumine ja nende potentsiaalne interaktsioonienergia. Vedeliku molekulide soojusliikumine koosneb võnkumisest ümber tasakaaluasendi ja suhteliselt harvaesinevatest hüpetest ühest tasakaaluasendist teise, mis on seotud vedeliku voolavusega.

10. Ülekriitiline vedelik(GFR) on aine agregatsiooni olek, mille puhul kaob erinevus vedela ja gaasifaasi vahel. Iga aine, mille temperatuur ja rõhk on üle kriitilise punkti, on ülekriitiline vedelik. Aine omadused ülekriitilises olekus on vahepealsed selle gaasi- ja vedelfaasis olevate omaduste vahel. Seega on SCF-il nagu gaasidel suur tihedus, vedelikulähedane ja madal viskoossus. Difusioonikoefitsiendil on sel juhul vedeliku ja gaasi vahepealne väärtus. Ülekriitilises olekus aineid saab kasutada orgaaniliste lahustite asendajana labori- ja tööstusprotsessides. Suurimat huvi ja levikut on teatud omadustega seoses pälvinud ülekriitiline vesi ja ülekriitiline süsihappegaas.
Ülekriitilise oleku üks olulisemaid omadusi on võime lahustada aineid. Vedeliku temperatuuri või rõhu muutmisega saab 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 korral suureneb ka vedeliku lahustumisvõime, kuid kriitilise punkti lähedal võib temperatuuri kerge tõus põhjustada tiheduse järsu languse, ja vastavalt lahustusvõime. Ülekriitilised vedelikud segunevad omavahel lõputult, nii et segu kriitilise punkti saavutamisel on süsteem alati ühefaasiline. Binaarse segu ligikaudse kriitilise temperatuuri saab arvutada ainete kriitiliste parameetrite aritmeetilise keskmisena Tc(mix) = (A mooliosa) x TcA + (B molaarosa) x TcB.

11. Gaasiline- (prantsuse gaz, kreeka keelest kaos - kaos), aine agregeeritud olek, milles selle osakeste (molekulid, aatomid, ioonid) soojusliikumise kineetiline energia ületab oluliselt potentsiaalne energia nendevahelised vastasmõjud, millega seoses osakesed liiguvad vabalt, täites väliste väljade puudumisel ühtlaselt kogu neile antud ruumala.

12. Plasma- (kreeka keelest plasmast – vormitud, 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 - 108 K) deuteeriumi ja triitiumi segust eesmärgiga rakendada kontrollitud termotuumasünteesi. Madala temperatuuriga plasmat (Т Ј 105K) kasutatakse erinevates gaaslahendusseadmetes ( gaasilaserid, ioonseadmetes, MHD generaatorites, plasmapõletites, plasmamootorites jne), samuti tehnoloogias (vt Plasmametallurgia, Plasma puurimine, Plasmatehnoloogia).

13. Mandunud aine- on vahepealne staadium plasma ja neutrooniumi vahel. Seda täheldatakse valgetes kääbustes, näidendites oluline roll tähtede evolutsioonis. Kui aatomid on äärmiselt kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustes, kaotavad nad oma elektronid (nad lähevad elektrongaasiks). Teisisõnu, nad on täielikult ioniseeritud (plasma). Sellise gaasi (plasma) rõhu määrab elektronide rõhk. Kui tihedus on väga suur, on kõik osakesed sunnitud üksteisele lähenema. Elektronid võivad olla teatud energiaga olekus ja kahel elektronil ei saa olla sama energia (välja arvatud juhul, kui nende spinnid on vastupidised). Seega osutuvad tihedas gaasis kõik madalamad energiatasemed elektronidega täidetud. Sellist gaasi nimetatakse degenereerunud gaasiks. Selles olekus avaldavad elektronid degenereerunud elektronirõhku, mis on vastu gravitatsioonijõududele.

14. Neutroon— agregatsiooniseisund, millesse aine liigub ülikõrge rõhu all, mis on laboris veel 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 sel juhul olla liiga kõrge (energiaekvivalendis mitte rohkem kui sada MeV).
Temperatuuri tugeva tõusuga (sadu MeV ja üle selle) hakkavad neutronite olekus sündima ja 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) on aine agregaatolek suure energiaga füüsikas ja elementaarosakeste füüsikas, milles hadroonaine läheb olekusse, mis sarnaneb elektronide ja ioonide olekuga tavalises plasmas.
Tavaliselt on hadronites aine nn värvitu ("valge") olekus. See tähendab, et erinevat värvi kvargid kompenseerivad üksteist. Sarnane olek eksisteerib ka tavaaines – kui kõik aatomid on elektriliselt neutraalsed, st.
positiivsed laengud neid kompenseerivad negatiivsed. Kell kõrged temperatuurid võib toimuda aatomite ionisatsioon, samal ajal kui laengud eraldatakse ja aine muutub, nagu öeldakse, "kvaasineutraalseks". See tähendab, et kogu ainepilv tervikuna jääb neutraalseks ja selle üksikud osakesed lakkavad olemast neutraalsed. Arvatavasti võib sama juhtuda hadroonainega – väga kõrgete energiate juures eraldub värv ja muudab aine "kvaasivärvituks".
Arvatavasti oli Universumi aine esimestel hetkedel pärast Suurt Pauku kvark-gluoonplasma olekus. Nüüd võib väga suure energiaga osakeste kokkupõrgetes lühiajaliselt tekkida kvark-gluoonplasma.
Kvark-gluoonplasma saadi eksperimentaalselt Brookhaveni riikliku labori RHIC kiirendis 2005. aastal. Plasma maksimaalne temperatuur 4 triljonit kraadi Celsiuse järgi saadi seal 2010. aasta veebruaris.

16. Kummaline aine- agregatsiooni olek, milles aine on tiheduse piirväärtusteni kokku surutud, võib see esineda "kvargisupi" kujul. Kuupsentimeeter ainet sellises olekus kaaluks miljardeid tonne; pealegi muudab see iga tavalise aine, millega see kokku puutub, samasuguseks "kummaliseks" vormiks, vabastades märkimisväärse koguse energiat.
Energia, mis võib vabaneda tähe tuuma aine muutmisel "kummaliseks aineks", viib "kvarginoova" ülivõimsa plahvatuseni - ja Leahy ja Wyedi sõnul oli see täpselt see plahvatus, 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 Wyedi sõnul ei kestnud see kaua - kuna selle pöörlemine näis olevat tema enda magnetvälja tõttu aeglustunud, hakkas see veelgi kahanema, moodustades "kummalise kraami" trombi, mis viis tavalisest supernoova plahvatusest veelgi võimsam, energia vabanemine - ja endise neutrontähe aine väliskihid, mis lendavad ümbritsevasse ruumi valguskiirusele lähedase kiirusega.

17. Tugevalt sümmeetriline mateeria- 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 koolipingist kõigile teada aine agregeeritud olekud - tahke, vedel, gaasiline. Kindluse huvides pidage ideaalset lõpmatut kristalli tahkeks aineks. Sellel on tõlke suhtes teatav nn diskreetne sümmeetria. See tähendab, et kui kristallvõre nihutada vahemaa võrra, mis on võrdne kahe aatomi vahelise intervalliga, ei muutu selles midagi – kristall langeb kokku iseendaga. Kui kristall on sulanud, on saadud vedeliku sümmeetria erinev: see suureneb. Kristallis olid samaväärsed vaid üksteisest teatud vahemaade kaugusel asuvad punktid ehk 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 pole. Gaas seevastu hõivab kogu talle antud ruumala ja selles mõttes on kõik selle punktid üksteisest eristamatud. Sellegipoolest oleks õigem rääkida siin mitte punktidest, vaid väikestest, kuid makroskoopilistest elementidest, sest mikroskoopilisel tasemel on siiski erinevusi. Mõnes punktis sisse Sel hetkel ajal on aatomeid või molekule, teistel aga mitte. Sümmeetriat täheldatakse ainult keskmiselt, kas mõnes makroskoopilises mahuparameetris või ajas.
Kuid mikroskoopilisel tasemel hetkelist sümmeetriat ikkagi pole. Kui aine surutakse kokku väga tugevalt, igapäevaelus vastuvõetamatu rõhuni, surutakse kokku nii, et aatomid purustati, nende kestad tungisid üksteisesse ja tuumad hakkasid kokku puutuma, tekib sümmeetria mikroskoopilisel tasemel. Kõik tuumad on ühesugused 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 kokkusurumist nii, et ka tuumad purustatakse, suruvad nukleonid tihedalt üksteise vastu. Seejärel tekib submikroskoopilisel tasemel sümmeetria, mida pole isegi tavaliste tuumade sees.
Öeldu põhjal võib näha üsna kindlat trendi: mida kõrgem on temperatuur ja kõrgem rõhk, seda sümmeetrilisemaks aine muutub. Nendest kaalutlustest lähtuvalt nimetatakse maksimaalselt kokkusurutud ainet tugevalt sümmeetriliseks.

18. Nõrgalt sümmeetriline aine- olek, mis on oma omadustelt vastupidine tugevalt sümmeetrilisele ainele, mis esines väga varajases universumis Plancki temperatuuri lähedasel temperatuuril, võib-olla 10-12 sekundit pärast Suurt Pauku, kui tugevad, nõrgad ja elektromagnetilised jõud olid üksainus ülijõud. . Selles olekus on aine kokkusurutud sedavõrd, et selle mass muutub energiaks, mis hakkab paisuma ehk lõpmatuseni paisuma. Maapealsetes tingimustes ei ole veel võimalik saavutada energiaid superjõu eksperimentaalseks tootmiseks ja aine ülekandmiseks sellesse faasi, kuigi varajase universumi uurimiseks tehti selliseid katseid Suure Hadronipõrguti juures. Kuna seda ainet moodustava ülijõu koostises puudub gravitatsiooniline vastastikmõju, ei ole ülijõud piisavalt sümmeetriline võrreldes supersümmeetrilise jõuga, mis sisaldab kõiki 4 interaktsiooni tüüpi. Seetõttu sai see koondseisund sellise nime.

19. Kiirgusaine- see pole tegelikult enam aine, vaid energia selle kõige puhtamal kujul. Valguse kiiruse saavutanud keha võtab aga selle hüpoteetilise agregatsiooniseisundi. Seda võib saada ka keha kuumutamisel Plancki temperatuurini (1032K), st aine molekulide hajutamisel valguse kiirusel. Relatiivsusteooriast nähtub, et kui kiirus jõuab üle 0,99 s, hakkab keha mass kasvama palju kiiremini kui "tavalise" kiirenduse korral, lisaks pikeneb, soojeneb keha, see tähendab, et see hakkab kasvama. kiirgavad infrapunaspektris. 0,999 s läve ületamisel muutub keha dramaatiliselt ja algab kiire faasiüleminek kuni kiire olekusse. Nagu täismahus Einsteini valemist nähtub, koosneb lõppaine kasvav mass massidest, mis eralduvad kehast soojus-, röntgeni-, optilise ja muu kiirguse kujul, millest igaühe energia on mida kirjeldab valemis järgmine liige. Seega hakkab valguse kiirusele lähenev keha kiirgama kõikides spektrites, pikeneb ja ajas aeglustub, hõrenedes Plancki pikkuseni ehk kiiruse c saavutamisel muutub keha lõpmatult pikaks ja õhukeseks. valguse kiirusel liikuv kiir, mis koosneb footonitest, millel pole pikkust, ning selle lõpmatu mass muutub täielikult energiaks. Seetõttu nimetatakse sellist ainet kiirguseks.

Küsimusi selle kohta, mis on agregatsiooni olek, millised omadused ja omadused omavad tahkeid aineid, vedelikke ja gaase, käsitletakse mitmes koolitused. Aineel on kolm klassikalist olekut, millel on oma struktuurile iseloomulikud tunnused. Nende mõistmine on oluline punkt Maa, elusorganismide ja tootmistegevuse mõistmisel. Neid küsimusi uurivad füüsika, keemia, geograafia, geoloogia, füüsikaline keemia jt. teaduslikud distsipliinid. Ained, mis on teatud tingimustel ühes kolmest põhitüübist, võivad muutuda temperatuuri või rõhu tõustes või langustes. Vaatleme võimalikke üleminekuid ühest agregatsiooniseisundist teise, kuna need toimuvad looduses, tehnikas ja igapäevaelus.

Mis on agregatsiooniseisund?

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

Ülaltoodud diagramm näitab: a - gaas; b - vedelik; c on jäik keha. Sellistel joonistel tähistavad ringid ainete struktuurielemente. See on sümbol, tegelikult pole aatomid, molekulid, ioonid tahked pallid. Aatomid koosnevad positiivselt laetud tuumast, mille ümber liiguvad suure kiirusega negatiivselt laetud elektronid. Aine mikroskoopilise struktuuri tundmine aitab paremini mõista erinevusi, mis eksisteerivad erinevate agregaatvormide vahel.

Ideid mikromaailma kohta: Vana-Kreekast 17. sajandini

Esimene teave moodustavate osakeste kohta füüsilised kehad, ilmus aastal Vana-Kreeka. Mõtlejad Demokritos ja Epikuros võtsid kasutusele sellise mõiste nagu aatom. Nad uskusid, et erinevate ainete väikseimad jagamatud osakesed on kuju, teatud suurusega, võimelised liikuma ja üksteisega suhtlema. Atomistikast sai oma aja kõige arenenum õpetus Vana-Kreekas. Kuid selle areng aeglustus keskajal. Sellest ajast alates on Rooma inkvisitsioon teadlasi taga kiusanud katoliku kirik. Seetõttu polnud kuni tänapäevani selget arusaama sellest, mis on aine agregatsiooni olek. Alles pärast 17. sajandit sõnastasid teadlased R. Boyle, M. Lomonosov, D. Dalton, A. Lavoisier aatomi-molekulaarteooria sätted, mis pole kaotanud oma tähtsust tänapäevalgi.

Aatomid, molekulid, ioonid – aine struktuuri mikroskoopilised osakesed

Märkimisväärne läbimurre mikrokosmose mõistmisel toimus 20. sajandil, mil leiutati elektronmikroskoop. Võttes arvesse teadlaste varem tehtud avastusi, õnnestus mikromaailmast kokku panna harmooniline pilt. Aine väikseimate osakeste olekut ja käitumist kirjeldavad teooriad on üsna keerulised, kuuluvad valdkonda Aine erinevate agregeeritud olekute tunnuste mõistmiseks piisab, kui on teada peamiste struktuuriosakeste nimetused ja tunnused, mis moodustavad erinevaid. ained.

1. Aatomid on keemiliselt jagamatud osakesed. Salvestatud keemilised reaktsioonid, kuid hävitatakse tuumas. 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 agregatsiooni 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, raud ja vasksulfaat.

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

Ained, mis on agregeerunud tahkes olekus

Tahked ained säilitavad normaaltingimustes oma mahu ja kuju. Näiteks liivatera, suhkrutera, sool, kivi- või metallitükk. Kui suhkrut kuumutada, hakkab aine sulama, muutudes viskoosseks pruuniks vedelikuks. Lõpetage kuumutamine - jälle saame tahke aine. See tähendab, et tahke aine vedelikuks ülemineku üheks peamiseks tingimuseks on selle kuumutamine või aineosakeste siseenergia suurenemine. Samuti saab muuta toidus 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 tugevamini tõmbunud. Vedelal kujul tahked ained ei säilita oma kuju, kuna kristallvõred lagunevad.

Soola agregatsiooni vedel olek sulamisel on seletatav kristallides oleva ioonidevahelise sideme katkemisega. Vabanevad laetud osakesed, mis võivad kanda elektrilaengud. Sulasoolad juhivad elektrit ja on juhid. Keemia-, metallurgia- ja masinatööstuses muudetakse tahked ained vedelikeks, et saada neist uusi ühendeid või anda neid. erinevad kujud. Metallisulameid kasutatakse laialdaselt. Nende saamiseks on mitu võimalust, mis on seotud tahkete toorainete agregatsiooni oleku 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 ja selle kuju muutub. Need tunnused on iseloomulikud aine olemasolu vedelale kujule. Vedelikud on paljud orgaanilised ained: alkoholid, taimeõlid, happed.

Piim on emulsioon, see tähendab vedelik, milles on rasvapiiskad. Kasulik vedel mineraal on õli. Seda kaevandatakse puuraukudest maal ja ookeanis asuvate puurplatvormide abil. Merevesi on ka tööstuse tooraine. Selle erinevus mage vesi jõed ja järved on lahustunud ainete, peamiselt soolade sisaldus. Veekogude 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.

Soolade täielikul eemaldamisel saadakse destilleeritud vesi. See keeb 100°C juures ja külmub 0°C juures. Soolveed keevad ja muutuvad erinevatel temperatuuridel jääks. Näiteks külmub Põhja-Jäämere vesi pinnatemperatuuril 2°C.

Elavhõbeda agregaatolek on tavatingimustes vedelik. See hõbehall metall on tavaliselt täidetud meditsiiniliste termomeetritega. Kuumutamisel tõuseb elavhõbedasammas skaalal üles, 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 on katki ja elavhõbe on välja voolanud, on hõbepalle kätega ohtlik koguda. Elavhõbedaaurude sissehingamine on kahjulik, see aine on väga mürgine. Lapsed peavad sellistel juhtudel abi otsima vanematelt, täiskasvanutelt.

gaasiline olek

Gaasid ei suuda säilitada oma mahtu ega kuju. Täitke kolb hapnikuga lõpuni keemiline valem Umbes 2). Niipea, kui me kolvi avame, hakkavad aine molekulid segunema ruumis oleva õhuga. See on tingitud Browni liikumisest. Isegi Vana-Kreeka teadlane Demokritos uskus, et aineosakesed on pidevas liikumises. Tahketes ainetes ei ole aatomitel, molekulidel, ioonidel tavatingimustes võimalust kristallvõrest lahkuda, 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, mida nad vajavad vähem energiat molekulidevaheliste sidemete purustamiseks. Näiteks hapniku vedelat agregaati vaadeldakse ainult siis, kui gaasi temperatuur langeb -183 °C-ni. -223 ° C juures moodustavad O 2 molekulid tahke aine. Kui temperatuur tõuseb üle etteantud väärtuste, muutub hapnik gaasiks. Just sellisel kujul on see tavatingimustes. Tööstusettevõtetes on spetsiaalsed seadmed 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 mahu järgi 21% hapnikku ja 78% lämmastikku. Vedelal kujul neid aineid planeedi gaasilises kestas ei leidu. Vedel hapnik on helesinist värvi ja see täidetakse kõrge rõhu all silindritesse kasutamiseks raviasutused. Tööstuses ja ehituses on vedelgaasid vajalikud paljude protsesside jaoks. Hapnikku on vaja gaaskeevitamiseks ja metallide lõikamiseks, keemias - anorgaaniliste ja oksüdatsioonireaktsioonide jaoks. orgaaniline aine. Kui avate hapnikuballooni klapi, siis rõhk langeb, vedelik muutub gaasiks.

Veeldatud propaani, metaani ja butaani kasutatakse laialdaselt energeetikas, transpordis, tööstuses ja majapidamistegevuses. Neid aineid saadakse maagaasist või nafta lähteaine krakkimise (jagamise) käigus. Vedelad ja gaasilised süsiniku 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, mõõnasid merede ja ookeanide kallastel.

Hapnik, nagu ka teised gaasid, võib olla neljandas agregatsiooni olekus, esindades plasmat. Ebatavaline üleminek tahkest olekust gaasilisse olekusse - iseloomulik kristalne jood. Tumelilla aine läbib sublimatsiooni - muutub vedelast olekust mööda minnes gaasiks.

Kuidas toimub üleminekud ühelt aine agregeeritud vormilt teisele?

Ainete agregatsiooniseisundi muutusi ei seostata keemiliste muundumistega, need on küll füüsikalised nähtused. Kui temperatuur tõuseb, 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, saadakse jälle vedel vesi. Kuumutamisel tekib aurustumine – vee muutumine gaasiks – toimub ka madalatel temperatuuridel. Näiteks külmunud lombid kaovad järk-järgult, sest vesi aurustub. Isegi pakase ilmaga kuivavad märjad riided ära, kuid see protsess on pikem kui palaval päeval.

Kõik loetletud vee üleminekud ühest olekust teise omavad Maa olemuse jaoks suurt tähtsust. Atmosfäärinähtused, kliima ja ilm on seotud vee aurustumisega ookeanide pinnalt, niiskuse kandumisega pilvede ja udu kujul maale, sademetega (vihm, lumi, rahe). Need nähtused on maailma veeringluse aluseks looduses.

Kuidas muutuvad väävli agregaadid?

Tavatingimustes on väävel eredad läikivad kristallid või helekollane pulber, see tähendab, et see on tahke aine. Väävli agregaatolek 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. Väävlisulatise edasisel kuumutamisel muutub see üha viskoossemaks ja tumeneb. Temperatuuril üle 300 ° C muutub väävli agregatsiooni olek uuesti, aine omandab vedeliku omadused, muutub liikuvaks. Need üleminekud tekivad tänu elemendi aatomite võimele moodustada erineva pikkusega ahelaid.

Miks võivad ained olla erinevates füüsikalistes olekutes?

Väävli – lihtsa aine – agregatsiooni olek on tavatingimustes tahke. Vääveldioksiid on gaas väävelhapeÕline vedelik on raskem kui vesi. 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 ja kerge voolavus. 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 on tahkete ainete struktuuri tunnused?

Olemasolevad erinevused aine peamiste agregaatolekute vahel on seletatavad aatomite, ioonide ja molekulide vastasmõjuga. Näiteks miks põhjustab aine tahke agregaatolek kehade võimet säilitada mahtu ja kuju? Metalli või soola kristallvõres tõmbuvad struktuursed osakesed üksteise poole. Metallides interakteeruvad positiivselt laetud ioonid nn "elektrongaasiga" - vabade elektronide kogunemisega 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 ja tõrjumine ei ole piisavalt tugev.

Aine tahke oleku hävitamiseks tuleb teha jõupingutusi. Metallid, soolad, 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. Seda toorainet kaevandatakse kaevandustes ja karjäärides olevate seadmete abil.

Kasvõi ühe iooni eraldamiseks kristallist on vaja kulutada suur hulk energiat. Kuid lõppude lõpuks piisab soola lahustamisest vees, et kristallvõre laguneks! 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 füüsikaline ja keemiline koostoime.

Kuidas vedelike molekulid interakteeruvad?

Vesi võib olla vedel, tahke ja gaasiline (aur). Need on selle peamised agregatsiooni seisundid tavatingimustes. Veemolekulid koosnevad ühest hapnikuaatomist, millega on seotud kaks vesinikuaatomit. Molekulis toimub keemilise sideme polarisatsioon, hapnikuaatomitele tekib osaline negatiivne laeng. Vesinik muutub molekulis positiivseks pooluseks ja seda tõmbab teise molekuli hapnikuaatom. Seda nimetatakse "vesiniksidemeks".

Agregatsiooni vedelat olekut iseloomustavad struktuursete osakeste vahelised kaugused, mis on võrreldavad nende suurusega. Atraktsioon 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 on molekulidevahelised vastasmõjud?

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

Paljud vedelikud on lenduvad, aine molekulid purunevad nende pinnalt ja satuvad õhku. Näiteks kui tuua avatud soolhappepudeli avause juurde ammoniaaki kastetud vatitups, tekib valge suits. Otse õhus toimub vesinikkloriidhappe ja ammoniaagi vahel keemiline reaktsioon, saadakse ammooniumkloriid. Millises olekus see aine on? Selle osakesed, mis moodustavad valget suitsu, on väikseimad tahked soolakristallid. See katse tuleb läbi viia väljatõmbekapi all, ained on mürgised.

Järeldus

Gaasi koondseisundit uurisid paljud silmapaistvad füüsikud ja keemikud: Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Claiperon, Mendelejev, Le Chatelier. Teadlased on sõnastanud seadused, mis selgitavad gaasiliste ainete käitumist keemilistes reaktsioonides välistingimuste muutumisel. Avatud seaduspärasused ei jõudnud ainult kooli- ja ülikooli füüsika- ja keemiaõpikutesse. Paljud keemiatööstused põhinevad teadmistel ainete käitumise ja omaduste kohta erinevates agregatsiooniseisundites.

"Alkoholid" Ajaloost  Kas tead, et veel IV sajandil. eKr e. kas inimesed teadsid, kuidas valmistada etüülalkoholi sisaldavaid jooke? Vein saadi puuvilja- ja marjamahlade kääritamise teel. Kuidas sellest joovastavat komponenti välja tõmmata, õppisid nad aga palju hiljem. XI sajandil. alkeemikud püüdsid kinni veini kuumutamisel eralduva lenduva aine aurud Definitsioon n Ühehüdroksüülsete küllastunud alkoholide üldvalem СnН2n+1ОН Alkoholide klassifikatsioon hüdroksüülrühmade arvu järgi CxHy(OH)n Ühehüdroksüülsed alkoholid CH3 - CH2 - CH2 OH Kaheaatomilised glükoolid CH3 - CH - CH2 OH OH Radikaali süsivesiniku süsivesinikradikaali olemuse järgi CxHy(OH)n CxHy(OH)n Piirpiirang CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Küllastumata Küllastumata CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Aromaatne Aromaatne CH CH2 OH 2 --OH vesinik, mis vastab alkoholile, lisage (üldine) järelliide - OL. Sufiksi järel olevad numbrid näitavad hüdroksüülrühma asukohta peaahelas: H | H-C-OH | H metanool H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H propanool-1 H H H | 1 | 2 |3 H - C - C - CH -H | | | H OH H propanool -2 ISOMEERIA TÜÜBID 1. Funktsionaalrühma (propanool–1 ja propanool–2) asendi isomeeria 2. Süsiniku skeleti isomeeria CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanool-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-metüülpropanool-1 3. Klassidevaheline isomeeria - alkoholid on eetrite suhtes isomeersed: CH3-CH2-OH etanool CH3-O-CH3 dimetüüleetri järelliide -ol  Mitmehüdroksüülsete alkoholide puhul enne sufiksit -ol kreeka keeles (-di-, -tri-, ...) on näidatud hüdroksüülrühmade arv  Näiteks: CH3-CH2-OH etanool Alkoholide isomeeride tüübid Struktuur 1. Süsinikuahel 2. Funktsionaalsete rühmade asendid FÜÜSIKALISED OMADUSED  Madalamad alkoholid (C1-C11) terava lõhnaga lenduvad vedelikud  Kõrgemad alkoholid (C12- ja kõrgem) meeldiva lõhnaga tahked ained FÜÜSIKALISED OMADUSED Nimetus Valem Pl. g/cm3 tmeltC tbpC Metüül CH3OH 0.792 -97 64 Etüül C2H5OH 0.790 -114 78 Propüül CH3CH2CH2OH 0.804 -120 92 CH Isopropüül CH3-CH(OH)-CH2OH - CH3-CH(OH)-CH2 CH3-O. agregatsiooni metüülalkohol (esimene esindaja homoloogne seeria alkohol) on vedelik. Võib-olla on sellel kõrge molekulmass? Ei. Palju vähem kui süsinikdioksiid. Mis see siis on? R - O ... H - O ... H - O H R R Miks? CH3 - O ... H - O ... N - O H N CH3 Ja kui radikaal on suur? CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - O ... H - OHN Vesiniksidemed on liiga nõrgad, et hoida veemolekulide vahel alkoholimolekuli, millel on suur lahustumatu osa Füüsikaliste omaduste tunnus: kokkutõmbumine Miks arvutuse lahendamisel probleeme, nad ei kasuta kunagi mahtu, vaid ainult kaalu järgi? Segage 500 ml alkoholi ja 500 ml vett. Saame 930 ml lahust. Vesiniksidemed alkoholi ja vee molekulide vahel on nii suured, et väheneb lahuse kogumaht, selle “kokkusurumine” (ladina keelest contraktio – kokkusurumine). Alkoholide üksikud esindajad Ühehüdroksüülne alkohol - metanool  Värvitu vedelik keemistemperatuuriga 64C, iseloomulik lõhn Veest kergem. Põleb värvitu leegiga.  Kasutatakse lahustina ja kütusena sisepõlemismootorites Metanool on mürk  Metanooli toksilise toime aluseks on närvi- ja veresoonkonna kahjustused. 5-10 ml metanooli allaneelamine toob kaasa raske mürgistuse ja 30 ml või enama - surmani Ühehüdroksüülne alkohol - etanool Iseloomuliku lõhna ja kõrvetava maitsega värvitu vedelik, keemistemperatuur 78C. Kergem kui vesi. Seganeb temaga igas suhtes. Süttiv, põleb nõrgalt helendava sinaka leegiga. Sõprus liikluspolitseiga Kas vaimud on liikluspolitseiga sõbrad? Aga kuidas! Kas liikluspolitsei inspektor on teid kunagi peatanud? Kas sa hingasid torusse? Kui ei vedanud, siis toimus alkoholi oksüdatsioonireaktsioon, mille käigus muutus värvus ja tuli maksta trahvi Küsimus on huvitav. Alkohol kuulub ksenobiootikumide hulka – ained, mida ei sisalda Inimkeha kuid mõjutab tema elu. Kõik sõltub annusest. 1. Alkohol on toitaine, mis varustab keha energiaga. Keskajal sai organism umbes 25% energiast alkoholi tarbimisest; 2. Alkohol on ravim, millel on desinfitseeriv ja antibakteriaalne toime; 3. Alkohol on mürk, mis häirib looduslikku bioloogilised protsessid , hävitades siseorganeid ja psüühikat ning liigsel tarbimisel viib surma Etanooli kasutamine  Etüülalkoholi kasutatakse erinevate alkohoolsete jookide valmistamisel;  Meditsiinis ravimtaimede ekstraktide valmistamiseks, samuti desinfitseerimiseks;  Kosmeetikas ja parfümeerias on etanool parfüümide ja losjoonide lahusti Etanooli kahjulik toime  Mürgistuse alguses kannatavad ajukoore struktuurid; pärsitud on käitumist kontrollivate ajukeskuste aktiivsus: kaob mõistlik kontroll tegude üle, langeb kriitiline suhtumine endasse. IP Pavlov nimetas sellist seisundit "alamkoore vägivallaks"  Väga suure alkoholisisaldusega veres on aju motoorsete keskuste tegevus pärsitud, kannatab peamiselt väikeaju talitlus - inimene kaotab täielikult orientatsiooni Kahjulik etanooli mõjud  Aastatepikkuse alkoholimürgistuse tagajärjel tekkinud muutused aju struktuuris on pöördumatud ja püsivad ka pärast pikaajalist alkoholi tarvitamisest hoidumist. Kui inimene ei suuda peatuda, siis on tõusuteel orgaanilised ja sellest tulenevalt ka vaimsed kõrvalekalded normist Etanooli kahjulik mõju  Alkohol mõjub aju veresoontele äärmiselt ebasoodsalt. Mürgistuse alguses need laienevad, verevool neis aeglustub, mis toob kaasa aju ummikud. Siis, kui lisaks alkoholile hakkavad verre kogunema selle mittetäieliku lagunemise kahjulikud tooted, tekib terav spasm, tekib vasokonstriktsioon ja tekivad sellised ohtlikud tüsistused nagu ajuinsuldid, mis põhjustavad raske puude ja isegi surma. KÜSIMUSED KONSOLIDEERIMISEKS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Ühes märgita anumas on vesi, teises alkohol. Kas nende äratundmiseks on võimalik kasutada indikaatorit? Kellel on au saada puhast alkoholi? Kas alkohol võib olla tahke aine? Metanooli molekulmass on 32 ja süsinikdioksiidi molekulmass 44. Tehke järeldus alkoholi agregatsiooni oleku kohta. Segati liiter alkoholi ja liiter vett. Määrake segu maht. Kuidas liikluspolitsei inspektorit läbi viia? Kas veevaba absoluutne alkohol võib vett vabastada? Mis on ksenobiootikumid ja kuidas need on seotud alkoholidega? VASTUSED 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Sa ei saa. Indikaatorid ei mõjuta alkohole ja nende vesilahuseid. Muidugi alkeemikud. Võib-olla, kui see alkohol sisaldab 12 süsinikuaatomit või rohkem. Nende andmete põhjal ei saa järeldusi teha. Nende molekulide madala molekulmassiga alkoholimolekulide vahelised vesiniksidemed muudavad alkoholi keemistemperatuuri ebatavaliselt kõrgeks. Segu maht ei ole kaks liitrit, vaid palju vähem, umbes 1 liiter - 860 ml. Ärge jooge sõidu ajal. Võib-olla kui soojendate ja lisate konts. väävelhape. Ärge olge laisk ja pidage meeles kõike, mida olete alkoholide kohta kuulnud, otsustage üks kord ja igaveseks ise, milline annus on teie……. ja kas seda on üldse vaja? Mitmehüdroksüülne alkohol etüleenglükool  Etüleenglükool on piiritlevate kahehüdroksüülsete alkoholide - glükoolide - esindaja;  Glükoolid on saanud oma nime paljude sarja esindajate magusa maitse tõttu (kreeka keeles "glükos" - magus);  Etüleenglükool on siirupine magusa maitsega vedelik, lõhnatu, mürgine. Seguneb hästi vee ja alkoholiga, hügroskoopne Etüleenglükooli kasutamine  Etüleenglükooli oluline omadus on võime alandada vee külmumistemperatuuri, millest alates on aine leidnud laialdast rakendust autotööstuse antifriisi ja antifriisi vedelike komponendina;  Kasutatakse lavsani (väärtuslik sünteetiline kiud) saamiseks Etüleenglükool on mürk  Surmaga lõppevat etüleenglükoolimürgistust põhjustavad annused on väga erinevad - 100-600 ml. Mõnede autorite arvates on inimesele surmav annus 50-150 ml. Etüleenglükoolist tingitud suremus on väga kõrge ja moodustab enam kui 60% kõigist mürgistusjuhtudest;  Etüleenglükooli toksilise toime mehhanismi ei ole seni piisavalt uuritud. Etüleenglükool imendub kiiresti (ka läbi naha pooride) ja ringleb veres muutumatul kujul mitu tundi, saavutades maksimaalse kontsentratsiooni 2-5 tunni pärast. Seejärel väheneb selle sisaldus veres järk-järgult ja see fikseeritakse kudedes. Värvitu viskoosne, hügroskoopne, magusa maitsega vedelik. Seguneb veega igas vahekorras, hea lahusti. Reageerib lämmastikhappega, moodustades nitroglütseriini. Moodustab karboksüülhapetega rasvu ja õlisid CH2 – CH – CH2 OH OH OH Glütseriini kasutamine  Kasutatakse     nitroglütseriini lõhkeainete tootmisel; Naha töötlemisel; Mõnede liimide komponendina; Plastide tootmisel kasutatakse plastifikaatorina glütseriini; Maiustuste ja jookide valmistamisel (toidulisandina E422) Kvalitatiivne reaktsioon mitmehüdroksüülsetele alkoholidele Kvalitatiivne reaktsioon mitmehüdroksüülsetele alkoholidele  Reaktsioon mitmehüdroksüülsetele alkoholidele on nende koostoime värske vask(II)hüdroksiidi sademega, mis lahustub, moodustades helesinise värvi. -violetne lahendus Ülesanded Täida tunni töökaart;  Vasta testi küsimustele;  Lahenda ristsõna  Tunni “Alkoholid” töökaart  Alkoholide üldvalem  Nimeta ained:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH) aine aatomisus alkohol?  Loetle etanooli kasutusalad  Milliseid alkohole kasutatakse toiduainetööstuses?  Mis alkohol põhjustab surmava mürgistuse 30 ml allaneelamisel?  Millist ainet kasutatakse külmumisvastase vedelikuna?  Kuidas eristada mitmehüdroksüülset alkoholi ühehüdroksüülsest alkoholist? Tootmismeetodid Laboratoorium  Haloalkaanide hüdrolüüs: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Alkeenide hüdratsioon: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Karbonüülühendite hüdrogeenimine Tööstuslik  Metanooli süntees sünteesgaasist CO+2Hat (CH3-OHat kõrgendatud rõhk, kõrge temperatuur ja tsinkoksiidkatalüsaator)  Alkeenide hüdratsioon  Glükoosi kääritamine: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Keemilised omadused I. Reaktsioonid RO–H sideme katkemisega  Alkoholid reageerivad leelis- ja leelismuldmetallide sooladega. alkoholaadid 2СH CH CH OH + 2Na  2CH CH CH ONa + H  2CH CH OH + Ca  (CH CHO) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Koostoime orgaaniliste hapetega (esterdamisreaktsioon) ) viib estrite moodustumiseni. CH COOH + HOC H  CHCOOC H (äädikhappe etüüleeter (etüülatsetaat)) + HO 3 2 5 3 2 5 2 II. Reaktsioonid R–OH sideme lõhustamisega Vesinikhalogeniididega: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Oksüdatsioonireaktsioonid Alkoholid põlevad: 2C3H7OH + 9O2  6CO2 + 8H2O Oksüdeerivate ainete toimel:  primaarsed alkoholid muudetakse aldehüüdideks, sekundaarsed ketoonideks IV. Dehüdratsioon Tekib kuumutamisel vett eemaldavate reaktiividega (konts. H2SO4). 1. Intramolekulaarne dehüdratsioon viib alkeenide moodustumiseni CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. Molekulidevahelisel dehüdratsioonil tekivad eetrid R-OH + H-O–R  R–O–R(eeter) + H2O

Ettekanne teemal "Alkoholid" keemias powerpoint formaadis. Koolinoortele mõeldud esitlus sisaldab 12 slaidi, mis keemia seisukohalt räägivad alkoholidest, nende füüsikalistest omadustest, reaktsioonidest vesinikhalogeniididega.

Fragmendid esitlusest

Ajaloost

Kas tead, et isegi 4. saj. eKr e. kas inimesed teadsid, kuidas valmistada etüülalkoholi sisaldavaid jooke? Vein saadi puuvilja- ja marjamahlade kääritamise teel. Kuidas sellest joovastavat komponenti välja tõmmata, õppisid nad aga palju hiljem. XI sajandil. alkeemikud püüdsid kinni lenduva aine aurud, mis eraldusid veini kuumutamisel.

Füüsikalised omadused

• Madalamad alkoholid on vees hästi lahustuvad, värvitud ja lõhnatud vedelikud.
• Kõrgemad alkoholid on tahked ained, vees lahustumatud.

Füüsikaliste omaduste tunnus: agregatsiooni olek

• Metüülalkohol (alkoholide homoloogse seeria esimene esindaja) on vedelik. Võib-olla on sellel kõrge molekulmass? Ei. Palju vähem kui süsihappegaas. Mis see siis on?
• Selgub, et kõik on seotud vesiniksidemetega, mis tekivad alkoholimolekulide vahel ja ei lase üksikutel molekulidel minema lennata.

Füüsikaliste omaduste tunnus: vees lahustuvus

• Madalamad alkoholid lahustuvad vees, kõrgemad alkoholid on lahustumatud. Miks?
• Vesiniksidemed on liiga nõrgad, et hoida veemolekulide vahel alkoholimolekuli, millel on suur lahustumatu osa.

Füüsikaliste omaduste tunnus: kokkutõmbumine

• Miks ei kasuta nad arvutusülesannete lahendamisel kunagi mahtu, vaid ainult massi?
• Segage 500 ml alkoholi ja 500 ml vett. Saame 930 ml lahust. Vesiniksidemed alkoholi ja vee molekulide vahel on nii suured, et väheneb lahuse kogumaht, selle "kokkusurumine" (ladina keelest contraktio - kokkusurumine).

Kas alkoholid on happed?

• Alkoholid reageerivad leelismetallidega. Sel juhul asendatakse hüdroksüülrühma vesinikuaatom metalliga. See näeb välja nagu hape.
• Kuid alkoholide happelised omadused on liiga nõrgad, nii nõrgad, et alkoholid ei mõjuta indikaatoreid.

Sõprus liikluspolitseiga.

• Alkoholid on liikluspolitseiga sõbrad? Aga kuidas!
• Kas liikluspolitsei inspektor on teid kunagi peatanud? Kas sa hingasid torusse?
• Kui ei vedanud, siis toimus alkoholi oksüdatsioonireaktsioon, mille käigus muutus värvus ja tuli maksta trahvi.

Anname vett 1

Vee äravõtmine – dehüdratsioon võib olla molekulisisene, kui temperatuur on üle 140 kraadi. Sel juhul on vaja katalüsaatorit - kontsentreeritud väävelhapet.

Anname vett 2

Kui temperatuuri alandatakse ja katalüsaator jääb samaks, toimub molekulidevaheline dehüdratsioon.

Reaktsioon vesinikhalogeniididega.

See reaktsioon on pöörduv ja vajab katalüsaatorit – kontsentreeritud väävelhapet.

Kas olla sõber või mitte olla sõber alkoholiga.

Küsimus on huvitav. Alkohol viitab ksenobiootikumidele – ainetele, mis ei sisaldu inimkehas, kuid mõjutavad selle elutegevust. Kõik sõltub annusest.

1. Alkohol on toitaine, mis varustab keha energiaga. Keskajal sai organism umbes 25% energiast alkoholi tarbimisega.
2. Alkohol on ravim, millel on desinfitseeriv ja antibakteriaalne toime.
3. Alkohol on mürk, mis häirib looduslikke bioloogilisi protsesse, hävitab siseorganeid ja psüühikat ning liialdamisel põhjustab surma.

Loeng 4. Ainete agregaadid

1. Tahkes olekus ained.

2. Aine vedel olek.

3. Aine gaasiline olek.

Ained võivad olla kolmes agregatsiooni olekus: tahked, vedelad ja gaasilised. Väga kõrgel temperatuuril tekib mingi 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, naatriumnitraadil prismade kujul.

Aine kristalne vorm on kõige stabiilsem. Osakeste paigutust tahkes kehas on kujutatud võrena, mille sõlmedes on teatud osakesed ühendatud mõtteliste joontega. Kristallvõre on neli peamist tüüpi: aatom-, molekulaarne, ioonne ja metalliline.

Aatomikristallvõre koosneb neutraalsetest aatomitest, mis on omavahel seotud kovalentsed sidemed(teemant, grafiit, räni). Molekulaarkristallvõre sisaldavad naftaleeni, sahharoosi, glükoosi. Selle võre struktuurielemendid on polaarsed ja mittepolaarsed molekulid. Iooniline kristallvõre Selle moodustavad ruumis korrapäraselt vahelduvad positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid (naatriumkloriid, kaaliumkloriid). Kõikidel metallidel on metalliline kristallvõre. Selle sõlmedes on positiivselt laetud ioonid, mille vahel on vabas olekus elektronid.

Kristallilistel ainetel on mitmeid omadusi. Üks neist on anisotroopia – ϶ᴛᴏ 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 asub uuesti tasakaaluasendisse. See määrab selle voolavuse. Molekulidevahelise tõmbejõud ei lase molekulidel liikumise ajal üksteisest kaugele liikuda.

Vedelike omadused sõltuvad ka molekulide mahust ja nende pinna kujust. Kui vedelad molekulid on polaarsed, siis need kombineeritakse (seotakse) kompleksseks kompleksiks. Selliseid vedelikke nimetatakse assotsieerunud (vesi, atsetoon, alkohol). Οʜᴎ omavad kõrgemat t kip, neil on väiksem volatiilsus, kõrgem dielektriline konstant.

Nagu teate, on vedelikel pindpinevus. Pind pinevus- ϶ᴛᴏ pinnaenergia pinnaühiku kohta: ϭ = Е/S, kus ϭ on pindpinevus; E on pinnaenergia; S on 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 – ϶ᴛᴏ takistus, mis tekib siis, kui vedeliku ühed kihid liiguvad liikumisel teiste suhtes. Mõned vedelikud on kõrge viskoossusega (mesi, väikesed), teised aga madalad (vesi, etüülalkohol).

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

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