Агрегатні стани речовини

Будова та властивості речовин в різних агрегатних станах

Типи кристалічних граток

Вид хімічного зв’язку	Тип кристалічної гратки	Структурні частинки	Приклади речовин та властивості
Йонний	Йонна	Йони, сполучені електростатичними силами (сильніші за молекулярні, слабші ніж ковалентні)	Солі (KCl, NaI…), луги, оксиди металів. Тверді, тугоплавкі, нелеткі, при плавленні або розчиненні проводять електричний струм
Ковалентний	Молекулярна	Молекули, сполучені слабким міжмолекулярними силами	Оксиди неметалів (CO₂ у тв. стані), Прості речовини неметалів у тв. стані (О₂, І₂). Органічні речовини. Леткі, легкоплавкі, діелектрики
Ковалентний	Атомна	Атоми, сполучені ковалентними зв’язками	Алмаз (С), кремній, карборунд (SiC) Тверді, тугоплавкі, нерозчині у воді, Діелектрики, іноді напівпровідники
Металічний	Металічна	Йон-атоми, сполучені усуспільненими електронами	Метали у вільному стані, сплави металів. Високі тепло- та електропровідність, ковкість, пластичність, металевий блиск

Таким чином, молекулярну будову мають речовини з ковалентним типом хімічного зв’язку з молекулярною кристалічною граткою.

Всі речовини з іонним і металічним типом хімічного зв’язку та речовини з ковалентним зв’язком і атомною кристалічною граткою мають немолекулярну будову і утворюють тверді за звичайних умов речовини (надмолекулярний рівень будови речовини).

Залежно від зовнішніх умов речовини можуть перебувати в одному з чотирьох агрегатних станів: у стані плазми, газоподібному, рідкому або твердому. Агрегатні стани відрізняються один від одного характером взаємодії частинок і ступенем їх впорядкованості в системі.

Плазмаутворюється при надвисоких температурах (10⁵ – 10^{7 0}С), коли речовина за рахунок значної енергії зіткнення атомів та молекул перетворюється на суміш позитивних іонів, електронів і деяких елементарних частинок. Невпорядкованість руху частинок в плазмі максимальна. Характерною ознакою плазми, як і інших станів речовини, є її електронейтральність. Проте внаслідок невпорядкованості руху частинок у плазмі можуть утворюватись окремі заряджені мікрозони. Саме тому плазма є джерелом електромагнітного випромінювання. В стані плазми речовина існує на Сонці, зірках та деяких інших космічних об’єктах. Плазму можна добути і в лабораторних умовах, наприклад при дослідженні термоядерних процесів.

На плазмовий стан впливає магнітне поле, що дозволяє керувати плазмою, використовувати її для збудження й перебігу хімічних процесів. Виявилося, що плазму можна штовхати магнітним полем. Це дозволяє побудувати плазмові гармати, в яких швидкість плазми досягає 100 км/с. Такі гармати можна використати для створення плазмового реактивного двигуна.

Середні кінетичні енергії різних типів частинок, що складають плазму, можуть бути різними. Тому в загальному випадку плазму характеризують не одним значенням температури, а кількома - розрізняють електронну температуру Т _е, іонну температуру Т _i і температуру нейтральних атомів Т _а. Плазму з іонною температурою Т _i <10 ⁵ К називають низькотемпературної, а з Т _i> 10 ⁶ К - високотемпературної.

Високотемпературна плазма є основним об'єктом дослідження з керованого термоядерного синтезу. Низькотемпературна плазма знаходить застосування в газорозрядних джерелах світла, газових лазерах.

За сьогоднішніми уявленнями, фазовим станом більшої частини речовини (за масою близько 99,9%) у Всесвіті є плазма.^[Всі зорі складаються з плазми, і навіть простір між ними заповнений плазмою, хоча і дуже розрідженою. Дрібні частки пилу, що заповнюють космічний простір і несуть на собі певний електричний заряд, в сукупності можуть бути розглянуті як плазма, що складається з надважких заряджених іонів.

В земних умовах у стані плазми перебуває речовина іоносфери, завдяки плазмі спостерігається північне сяйво, плазма існує в блискавках, у вогнях святого Ельма. Полум'я теж здебільшого іонізує речовину, утворюючи плазму.

Плазма також створюється людиною штучно всюди, де використовується електричний розряд: в дугових і флюоресцентних лампах, в дугах при електрозварюванні, в іонних двигунах, плазмових телевізорах тощо.

Приклади штучно створеної плазми:

– плазмова панель (телевізор, монітор); речовина всередині люмінесцентних (у тому числі компактних) і неонових ламп;

– плазмові ракетні двигуни;

– газорозрядна корона озонового генератора;

– дослідження керованого термоядерного синтезу;

– електрична дуга у дуговій лампі і у дуговому зварюванні;

– плазмова лампа;

– дуговий розряд від трансформатора Тесли,

– вплив на речовину лазерним випромінюванням,

– яскрава сфера ядерного вибуху.

Відомі методи одержання низькотемпературної плазми (від 400 до 1000 К), яка використовується для процесів полімеризації, очищення поверхонь, азотування сталі тощо.

Рис. 5. а. Плазмова лампа; б. Блискавка є прикладом природної плазми. Зазвичай, блискавка досягає проходження заряду у 30000 ампер і потенціалу до 100 мільйонів вольт. Блискавки випромінюють світло, радіохвилі, рентгенівські та гама-промені. Температура плазми у блискавці може досягати ~ 28000 кельвінів і густина електронів може перевищувати 10²⁴ м⁻³.

Газоподібнийстан речовини характеризується наявністю у просторі молекул, що хаотично рухаються. Відстань між окремими молекулами порівняно з їхніми розмірами дуже велика, тому взаємодія між молекулами в газі відсутня або слабко виражена. Можна вважати, що газовий стан речовини – це форма існування вільних молекул. Газ, як і плазма, не має форми і займає весь об’єм замкнутої системи. Густина газів мала, а здатність до стиснення дуже велика. За нормальних умов газовий стан реалізується як для простих, так і для складних речовин. У газовому стані знаходяться прості речовини, молекули яких складаються з одного (He, Ar, Ne) або двох неважких атомів (H₂, N₂, O₂, F₂).

При зниженні температури кінетична енергія молекул зменшується, виникають сили міжмолекулярної взаємодії і за певних умов речовина з газоподібного стану переходить у рідкий. При подальшому охолодженні рідина може переходити у твердий стан, в якому відстань між частинками речовини зменшується ще більшою мірою і досягає мінімально можливих значень. Рідкий та твердий стани речовини об’єднують єдиним поняттям – конденсований стан, що характеризується наявністю значних сил взаємодії між частинками.

Речовина в рідкому станіможе складатися з молекул або іонів.Певної впорядкованості їх розміщення в просторі немає. Проте говорити про повну відсутність структури у рідкому стані речовини не можна. Біля кожної частинки її найближчі сусіди розміщуються на однакових відстанях і майже в тих самих напрямках. Тобто рідина має так званий ближній порядок. Незважаючи на те, що частинки речовини в рідкому стані взаємозв’язані між собою, вони можуть відносно вільно переміщуватись в об’ємі речовини. Тому рідина не має певної форми. Здатність до стиснення рідини мала. Це пов’язане з тим, що відстань між частинками невелика і майже не відрізняється від аналогічних відстаней в твердому стані речовини.

При охолодженні рідина може переходити в твердий стан з упорядкуванням або без упорядкування внутрішньої структури. В першому випадку речовина буде кристалічною, в другому – аморфною. Структура аморфного стану речовини близька до структури рідини.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Молекулярний рівень будови речовини	\|	Аморфний та кристалічний стан твердої речовини.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.02 сек.