Конспект «МКТ. Агрегатные состояния вещества»
МКТ. Агрегатные состояния вещества
Раздел ОГЭ по физике: 2.1. Молекула – мельчайшая частица вещества. Агрегатные состояния вещества. Модели строения газов, жидкостей, твердых тел.
Основы молекулярно-кинетической теории
Существует множество явлений природы, которые можно понять, лишь зная строение вещества. К таким явлениям относятся, например, процессы нагревания и охлаждения тел, превращения вещества из твёрдого состояния в жидкое и газообразное, образования тумана и др.
В основе молекулярно-кинетической теории строения вещества лежат три положения:
- Все вещества состоят из мельчайших частиц – молекул и атомов. Молекулы разделены промежутками.
- Молекулы находятся в беспрерывном хаотическом движении.
- Между молекулами существуют силы взаимодействия (притяжение и отталкивание).
Атом – наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся по законам квантовой механики. Размеры атома ~ 10
Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами и состоящая из одинаковых (простое вещество) или разных (сложное вещество) атомов, объединённых химическими связями. При уменьшении расстояния между молекулами сила притяжения увеличивается медленнее, чем сила отталкивания.
Доказательством положения 1 МКТ служат факты, установленные в ходе наблюдений и экспериментов. К таким фактам относятся сжимаемость тел, растворимость веществ в воде и др. Так, если растворить немного краски в воде, то вода окрасится. Если каплю этой воды поместить в другой стакан с чистой водой, то эта вода также окрасится, только цвет её будет менее насыщенным. Можно повторить эту операцию ещё несколько раз. В каждом случае раствор будет окрашен, только более слабо, чем в предыдущем. Это значит, что капля краски делится на частицы. Приведённые факты и описанный опыт позволяют сделать вывод о том, что тела не сплошные, они состоят из маленьких частиц.
О том, что тела не сплошные, а между частицами, из которых они состоят, существуют промежутки, свидетельствует то, что газ в цилиндре можно сжать поршнем, можно сжать воздух в воздушном шаре, ластик или кусок резины, тела сжимаются при охлаждении и расширяются при нагревании. Так, ненагретый шарик свободно проходит через кольцо, диаметр которого чуть больше диаметра шарика. Если шарик нагреть в пламени спиртовки, то он в кольцо не пройдет.
Из опытов, которые были рассмотрены выше, следует, что вещество можно разделить на отдельные частицы, сохраняющие его свойства. Однако существует определённый предел деления вещества, т.е. существует самая маленькая частица вещества, которая сохраняет его свойства. Меньшей частицы, которая сохраняет свойства данного вещества, просто не существует. Наименьшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства, называется
Слова «химические свойства» означают следующее. Поваренная соль — это вещество, представляющее собой соединение натрия и хлора (NaCl). Это соединение имеет определённые химические свойства, в частности, оно может вступать в реакцию с каким-либо другим веществом. При этом и кристалл соли, и молекула этого химического соединения будут вести себя в реакции одинаково. В этом смысле и говорят, что молекула сохраняет химические свойства данного вещества.
Опыты, которые были описаны, говорят о том, что молекулы имеют маленькие размеры. Увидеть их невооруженным глазом невозможно. Диаметр крупных молекул примерно 10–8 см. Поскольку молекулы так малы, то в телах их содержится очень много. Так, в 1 см3 воздуха содержится 27*1018 молекул.
Масса молекул, так же как и её размеры, очень мала. Например, масса одной молекулы водорода равна 3,3 * 10 –24 г или 3,3 * 10–27 кг. Масса молекул одного и того же вещества одинакова. В настоящее время масса и размеры молекул различных веществ определены достаточно точно.
Молекулы состоят из ещё более мелких частиц, которые называются атомами. Например, молекулу воды можно разделить на водород и кислород. Однако водород и кислород уже другие вещества, и они обладают свойствами, отличными от свойств воды. Разложить молекулу воды на такие вещества можно в процессе химической реакции.
Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода; молекула поваренной соли — из одного атома натрия и одного атома хлора. Молекула сахара более сложная: она состоит из б атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода, а молекула белков состоит из тысячи атомов.
Существуют вещества, молекулы которых содержат однородные атомы. Например, молекула водорода состоит из двух атомов водорода, молекула кислорода — из двух атомов кислорода.
В природе есть вещества, которые состоят не из молекул, а из атомов. Их называют простыми. Примерами таких веществ могут служить алюминий, железо, ртуть, олово и др.
Любое вещество, независимо от того, как оно получено, содержит одни и те же атомы. Например, молекула воды, полученная при таянии льда, или из сока ягод, или налитая из-под крана, содержит два атома водорода и один атом кислорода. Молекула кислорода, извлечённая из атмосферного воздуха или полученная в ходе какой-либо химической реакции, содержит два атома кислорода.
- Положение 2 МКТ. Молекулы находятся в непрерывном беспорядочном (хаотическом) движении. Поскольку молекулы малы, то непосредственно наблюдать и доказать их движение невозможно. Однако целый ряд экспериментальных фактов и наблюдаемых явлений является следствием движения молекул. К ним относятся прежде всего броуновское движение и диффузия.
- Положение 3 МКТ. Молекулы взаимодействуют между собой, между ними действуют силы и притяжения и отталкивания.
Наблюдения показывают, что тела не распадаются на отдельные молекулы. Твёрдые тела, например деревянную палку, металлический стержень, трудно растянуть или сломать. Их также трудно и сжать. Нелегко сжать и жидкость в сосуде. Газы сжать легче, но всё равно нужно приложить для этого некоторое усилие.
Если тела не распадаются на молекулы, то очевидно, что молекулы притягиваются друг к другу. Взаимное притяжение удерживает молекулы друг около друга.
Если взять два свинцовых цилиндра и прижать их друг к другу, а затем отпустить, то они разъединятся. Если поверхности цилиндров зачистить и вновь прижать их друг к другу, то цилиндры «слипнутся». Они не разъединятся даже в том случае, если к нижнему цилиндру подвесить груз массой несколько килограммов. Этот результат можно объяснить так: цилиндры удерживаются вместе, поскольку между молекулами действуют силы притяжения.
До того, как цилиндры зачистили, они разъединялись, поскольку поверхности цилиндров имели неровности, которые были устранены при зачистке. Поверхности стали гладкими, и это привело к уменьшению расстояний между молекулами, находящимися на поверхностях цилиндров, когда их прижали друг к другу. Следовательно, силы притяжения между молекулами действуют на малых расстояниях. Эти расстояния равны примерно размерам молекулы. Именно поэтому нельзя разбив чашку и соединив осколки, получить целую чашку. Нельзя, разломив палку на две части и соединив их, получить целую палку.
Наряду с силами притяжения, между молекулами действуют силы отталкивания, которые препятствуют сближению молекул. Это объясняет то, что тела трудно сжать, сжатая пружина принимает первоначальную форму после прекращения действия на неё внешней силы. Это происходит потому, что при сжатии молекулы сближаются и силы отталкивания, действующие между ними, возрастают. Они и приводят пружину в первоначальное состояние.
При растяжении тела сила отталкивания уменьшается в большей степени, чем сила притяжения. При сжатии тела сила отталкивания увеличивается в большей степени, чем сила притяжения.
Три агрегатных состояния
Вещества могут находиться в трёх агрегатных состояниях: в твёрдом, жидком и газообразном. Свойства тел в разных агрегатных состояниях различны.
Так, твёрдое тело имеет определённую форму и определённый объём. Его трудно сжать или растянуть; если его сжать, а потом отпустить, то оно, как правило, восстанавливает свою форму и объём. Исключение составляют некоторые вещества, твёрдое состояние которых близко по своим свойствам к жидкостям (пластилин, воск, вар).
Жидкость принимает форму сосуда, в который она налита. Это говорит о том, что жидкость в условиях Земли не имеет своей формы. Только очень маленькие капли жидкости имеют свою форму — форму шара.
Объём жидкости изменить чрезвычайно трудно. Так, если набрать воду в насос, закрыть отверстие внизу и попытаться сжать воду, вряд ли это удастся. Это означает, что жидкость имеет собственный объём.
В отличие от жидкости объём газа изменить довольно легко. Это можно сделать, сжав руками мяч или воздушный шарик. Газ не имеет собственного объёма, он занимает полностью объём сосуда, в котором находится. То же можно сказать и о форме газа.
Таким образом, твёрдые тела имеют собственные форму и объём, жидкости имеют собственный объём, но не имеют собственной формы, газы не имеют ни собственного объёма, ни собственной формы. Твёрдые тела и жидкости трудно сжать, газы легко сжимаемы.
Объяснить эти свойства тел можно, используя знания о строении вещества.
Поскольку газы занимают весь предоставленный им объём, то очевидно, что силы притяжения между молекулами газа малы. А это значит, что молекулы находятся на сравнительно больших расстояниях друг от друга. В среднем они в десятки раз больше расстояний между молекулами жидкости. Это подтверждается тем, что газы легко сжимаемы.
Малые силы притяжения влияют и на характер движения молекул газа. Молекула газа движется прямолинейно до столкновения с другой молекулой, в результате чего меняет направление своего движения и движется прямолинейно до следующего столкновения.
Твёрдые тела трудно сжать. Это связано с тем, что молекулы находятся близко друг от друга и при небольшом изменении расстояния между ними резко возрастают силы отталкивания. Сравнительно большое притяжение между молекулами твёрдых тел приводит к тому, что они сохраняют форму и объём.
Атомы или молекулы большинства твёрдых тел расположены в определённом порядке и образуют кристаллическую решётку. На рисунке 63 изображена кристаллическая решётка поваренной соли. В узлах кристаллической решётки находятся атомы натрия (Na) и хлора (Сl). Частицы твёрдого тела (атомы или молекулы) совершают колебательное движение относительно узла кристаллической решётки.
В жидкостях молекулы расположены также довольно близко друг к другу. Поэтому их трудно сжать, и они имеют свой объём. Однако силы притяжения между молекулами жидкости не настолько велики, чтобы жидкость сохраняла свою форму.
Модели строения газа, жидкости и твёрдого тела
Конспект урока «Агрегатные состояния вещества».
Следующая тема: «».
Агрегатные состояния веществ — параграф 6 ГДЗ химия 7 (Габриелян)
1. Назовите три агрегатных состояния вещества.
Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.
2. Как агрегатное состояние воды связано с ее круговоротом?
Вода подвержена испарению — переходу в газообразное агрегатное состояние. В таком состоянии вода способна перемещаться на огромные состояния по всей нашей планете. Водяной пар в нашей атмосфере мы можем наблюдать в виде облаков.
3. Чем отличается строение газообразного вещества от жидкого? Что общего между ними?
В газообразных веществах расстояние между молекулами в десятки раз превышает размер самих молекул, из-за чего взаимодействие между ними очень слабое. Вследствие этого для газов характерны упругость и сжимаемость.
В жидких веществах молекулы находятся достаточно близко друг к другу для взаимодействия между молекулами (межмолекулярное взаимодействие). Благодаря этому жидкости имеют собственный объем. Но, из-за слабости взаимодействия между молекулами, жидкости текучи.
Общим для газов и жидкостей является отсутствие собственной формы.
4. Что характеризует твердое состояние вещества?
В твердых веществах частицы выстроены в строгом порядке (если в структуре есть хаос, то это аморфное вещество) и силы взаимодействия между частицами велики. Именно поэтому они находятся в твердом агрегатном состоянии.
5. Какие явления называют физическими?
Физическими называются явления, при которых изменяются агрегатное состояние вещества, форма или размеры тел, построенных из этого вещества, но сохраняется его химический состав.
6. Приведите примеры физических явлений, известных вам из повседневной жизни или наблюдений за природными явлениями.
- Вода при замерзании образует лед (твердое состояние), а при нагревании испаряется (переходит в газообразное состояние).
- Свинец при нагревании переходит в жидкое состояние.
- Бензин, ацетон на открытом воздухе быстро испаряются — переходят в газообразное состояние.
7. Чем отличаются твердые кристаллические вещества от твердых аморфных? Приведите примеры тех и других, известные вам из повседневной жизни.
В кристаллических веществах частицы расположены в строгом порядке, образуя кристаллы. В аморфных веществах расположение частиц не упорядочено, хаотично.
Примеры кристаллических веществ: металлы (железо, сталь, никель, цинк, алюминий и др.), лед, кристаллический йод.
Примеры аморфных веществ: янтарь, стекло, воск, пластмассы.
8. Пустую пластиковую бутылку плотно закройте пробкой и поставьте в холодильник. Буквально через минуту вы увидите, что стенки бутылки втянулись внутрь, будто кто-то откачал из нее часть воздуха. Почему так произошло? Примет ли бутылка прежнюю форму, если ее вынуть из холодильника?
Внутри «пустой» бутылки на самом деле находится воздух — газ. Давление газа напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем больше давление и, наоборот, чем ниже температура, тем меньше давление.
В холодильнике воздух охлаждается, давление падает и бутылка сжимается (под действием атмосферного давления). Если вынуть бутылку из холодильника, воздух внутри постепенно нагреется до температуры окружающей среды, давление выравняется и бутылка примет прежнюю форму.
Агрегатные состояния вещества
Агрегатные состояния вещества
Радость видеть и понимать –
есть величайший дар природы
Альберт Эйнштейн
Данная тема посвящена изучению различных состояний вещества. Известно, что вода может находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. То есть, при достаточно низких температурах вода становится льдом или снегом. И, наоборот, при достаточно высоких температурах, вода превращается в пар. Это, конечно, присуще не только воде, но и другим веществам. Итак, любое тело может быть твердым, жидким или газообразным. В зависимости от состояния, тела обладают различными свойствами. Известно, что твердые тела имеют собственную форму и сохраняет объём. Например, стол или стул – это твердые тела, поскольку они имеют определенную форму, которую сохраняют и занимают определенный объём. Для того чтобы изменить форму твердого тела, нужно приложить большое усилие. Например, практически невозможно согнуть или расплющить монету руками. Однако если по ней ударить молотком, то можно её расплющить. Другой пример: стеклянный стакан тоже сохраняет свой объем и форму. Конечно, стакан довольно легко разбить: чаще всего, достаточно просто уронить его на пол. Жидкости, напротив, легко меняют свою форму. Разумеется, это легко доказать, если переливать воду в емкости различной формы: вода будет принимать форму того сосуда, в который она помещена. Тем не менее, жидкости сохраняют свой объём. Это тоже легко проверить: если наполнить бутылку до краев водой и попробовать перелить эту воду в стакан, который явно поменьше. Можно убедиться, что вода туда не поместится: либо в бутылке останется немного воды, либо вода польётся через край стакана.
Газы не сохраняют ни форму, ни объём. Большинство газов прозрачны и бесцветны, а потому невидимы. Достаточно известен один пример газа – это воздух. Конечно, можно перемещаться по комнате, не испытывая никаких затруднений с дыханием. Значит, воздух заполняет всю комнату.
Если попробовать поднять стакан вверх дном и опустить его в воду, то вода его не заполнит. Почему? Потому что там воздух. Ранее был рассмотрен пример с воздушным шариком: можно без труда изменить объём и форму шарика, несмотря на то, что количество газа внутри шарика не меняется. Итак, газы не сохраняют ни свою форму, ни свой объём. Они принимают форму сосуда и заполняют весь предоставленный объём.
Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях в зависимости от внешних условий (в основном, это температура).
Например, водород закипает уже при температуре минус 252 градуса Цельсия (°С). Конечно, такую температуру на Земле можно получить только в лабораторных условиях и то, это довольно не просто. Газ азот (который является основной составляющей воздуха) становится жидким только при температуре минус 137°С, а кислород – при температуре минус 157°С. Поэтому, данные вещества практически всегда находятся в газообразном состоянии на нашей планете. Металлы – наоборот, почти всегда находятся в твердом состоянии. Дело в том, что для того, чтобы перевести их в жидкое состояние, нужны высокие температуры. Например, чтобы расплавить железо, нужно более полутора тысяч градусов Цельсия. Чтобы расплавить медь нужно нагреть её до температуры около тысячи ста градусов Цельсия. Такие температуры достигаются на различных заводах и фабриках, которые производят изделия из металлов.
Люди используют свойство жидкости – легко менять свою форму. После того, как металлы переходят в жидкое состояние, их заливают в нужную форму, а потом остужают, чтобы они снова стали твердыми.
Изменение агрегатных состояний вещества постоянно происходит на нашей планете. Это отлично демонстрируется таким явлением, как круговорот воды в природе. Вода испаряется из водоемов, и водяные пары уносятся в атмосферу. Там они остывают, образуя облака и тучи. В конце концов, вода снова переходит в жидкое состояние и возвращается на Землю в виде осадков. Важно понимать, что изменение агрегатных состояний вещества не влечет за собой изменение молекул. Молекулы льда, воды и водяного пара абсолютно одинаковы: они состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Поэтому, ни в коем случае нельзя путать изменение самого вещества с изменением его состояния. Различные агрегатные состояния вещества определяются расположением молекул, их движением и характером взаимодействия. Но об этом будет подробно рассказано в следующей теме.
Основные выводы:
– Все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.
– Твердые тела имеют собственный объём и сохраняют форму.
– Жидкости легко меняют форму, но при этом сохраняют объём.
– Газы не имеют своей формы и занимают весь предоставленный объём (то есть, не сохраняют ни объём, ни форму).
– Вещество переходит в то или иное агрегатное состояние в зависимости от внешних условий.
Агрегатные состояния вещества
Молекулярное строение и свойства газообразных, жидких и твердых тел
Структура вещества и его физические свойства очень сильно зависят от характера межмолекулярного взаимодействия и теплового движения молекул. В зависимости от условий тела могут находиться в жидком, твердом или газообразном состоянии. Эти состояния называются агрегатными состояниями вещества.
Рис.1. Молекулярная структура вещества в газообразном (а), жидком (б) и твердом (в) состояниях.
Силы сцепления между частицами ничтожно малы, расстояние между молекулами газа во много раз больше размеров молекул. Малые силы притяжения не могут удержать молекулы друг около друга, поэтому газ равномерно заполняет любой доступный объём. Газы характеризуются полной беспорядочностью расположения и движения молекул (рис.1,а), молекулы газа практически не взаимодействуют. Газы легко сжимаются под действием внешнего давления, т.к. расстояния между молекулами велики, а силы взаимодействия пренебрежимо малы.
Расстояния между частицами очень близкие и равны приблизительно диаметру молекулы. При уменьшении расстояния между молекулами (сжимании жидкости) резко увеличиваются силы отталкивания, поэтому жидкости несжимаемы. В жидкостях молекулы достаточно прочно связаны друг с другом силами притяжения, что объясняет неизменность объема жидкости. Тепловое движение молекул в жидкости выражено колебаниями около положения устойчивого равновесия внутри объема, предоставленного молекуле ее соседями. Молекулы не могут свободно перемещаться по всему объему вещества, но возможны переходы молекул на соседние места. Этим объясняется текучесть жидкости, способность менять свою форму. В жидкостях наблюдается ближний порядок, т.е. наличие закономерности в расположении соседних атомов или молекул (рис.1,б). Жидкое состояние является промежуточным между газообразным и твёрдым состояниями. Современная наука имеет гораздо менее отчетливое представление о строении жидкости, чем о строении газов и твердых тел, что объясняется большой сложностью явлений, характеризующих жидкость. По сути дела, полная и строгая теория жидкого состояния еще не создана. Сложность решения этой задачи во многом определяется особенностями строения жидкости.
Силы сцепления между молекулами достаточно сильны; расстояния между частицами очень маленькие. Из-за больших сил притяжения молекулы практически не могут менять свое положение в веществе, этим и объясняется неизменность объема и формы твердых тел. В твёрдом состоянии во взаимном расположении атомов и молекул наблюдается упорядоченность на неограниченно больших расстояниях (так называемый дальний порядок) (рис.1,в). Тепловое движение молекул в твердом теле выражается только лишь колебаниями частиц (атомов, молекул) около положения устойчивого равновесия.
Среди твердых тел существует особый класс тел -аморфные тела, занимающие промежуточное положение между кристаллическими телами и жидкостями. Для них характерно долговременное сохранение формы, но при этом их атомы не образуют упорядоченную кристаллическую решетку.
Среди жидкостей так же выделяется особый класс -жидкие кристаллы, механические свойства которых близки к свойствам жидкости, но при этом для них, так же как и для твердых кристаллических тел, характерно наличие анизотропии свойств. Такое состояние возможно у веществ с большими протяжёнными молекулами, например у органических соединений. Молекулы жидких кристаллов могут достаточно легко совершать поступательные перемещения, сохраняя при этом свою ориентацию в пространстве. Анизотропия жидких кристаллов особенно проявляется в их оптических свойствах, что позволяет использовать их в устройствах формирования изображения.
Примеры решения задач
Предложения со словосочетанием АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
Ведь чем разрежённее агрегатное состояние вещества, тем меньше его плотность. Системы в зависимости от агрегатного состояния вещества, из которого они состоят, подраз — деляют на гомогенные и гетерогенные. Первоэлементы — это фундаментальные принципы, а также агрегатные состояния вещества. Поскольку газ — следующее агрегатное состояние вещества, то у этих форм вещества существует свойство, общее для обоих агрегатных состояний. На заре рождения нашей планеты ключевую роль сыграло взаимодействие трёх агрегатных состояний вещества: жидкости, газа и твёрдого вещества.
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать
Карту слов. Я отлично
умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.
Вопрос: оперирование — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?
Положительное
Отрицательное
Науке известно четыре вида агрегатных состояний вещества: твёрдое тело, жидкость, газ, плазма. Газ — агрегатное состояние вещества, в котором молекулы движутся хаотически, расположены на большом расстоянии друг от друга. Помните, как в физике — три агрегатных состояния вещества: жидкое, твёрдое, газообразное. На заре рождения нашей планеты ключевую роль сыграло взаимодействие трёх агрегатных состояния вещества: жидкости, газа и твёрдого вещества. Это фундаментальные принципы, а также агрегатные состояния вещества. Исходя из свойств текучести, рассмотрев жидкое и газообразное агрегатное состояние вещества, увидим, что жидкость — то состояние вещества, в котором его уже невозможно сжимать (или можно сжать бесконечно мало). Фактически можно с определённой степенью допущения говорить о получении и исследовании (дополнительно к твёрдому телу, жидкости, газу и плазме) пятого агрегатного состояния вещества. Нередко дети путают понятия «твёрдое» (в смысле крепкое) и «твёрдое» как агрегатное состояние вещества (в отличие от жидкого и газообразного). Из этого можно сделать логический вывод, что есть не только различные агрегатные состояния вещества, но и различные уровни существования, а возможно, сосуществования с живыми существами, отличающимися от нас, людей. Если сравнить материализацию с агрегатными состояниями веществ, то можно понять, как информация идёт сверху вниз, уплотняясь до тех пор, пока не превратится в твёрдое вещество. Именно этот мир нам наиболее ясен и понятен, так как это мир кластеров видимой и более концентрированной макроматерии создан из очень большого количества органических и неорганических стабильных атомов и молекул в форме четырёх основных агрегатных состояний вещества. Кластеры различных регулярно повторяющихся атомов или молекул, образуют одно из четырёх агрегатных состояний вещества — твёрдое, жидкое, газообразное или состояние плазмы. Термин, как вы понимаете, из физики, в буквальном смысле его можно проиллюстрировать на примере образования инея, узоров на морозных окнах, то есть, осаживания влаги в особых условиях, переход жидкости в такое агрегатное состояние вещества, которое, на первый взгляд, кажется неестественным, перескок через целое агрегатное состояние. Оно разрешается путём изменения агрегатного состояния вещества: вода будет в решете в изменённом виде (лёд) и её не будет (лёд — это не совсем вода как жидкость, с присущими ей свойствами текучести и т.