Vedeliku muutmine tahkeks. Aine agregeeritud olekud. Aurustumine – pinnalt toimuv aurustumine

Tahkes olekus
Vedel olek
Gaasiline olek
Aine oleku muutus

Keemia uurib asja. Mis on "aine"? Aine on kõik, millel on mass ja maht. Aine võib olla ühes kolmest agregatsiooni olekust: tahke, vedel, gaasiline.

1. Tahkis olek

Tahkis olevad osakesed (molekulid) ühendatakse jäigaks korduvaks struktuuriks - kristallvõre. Kristallvõres olevad osakesed läbivad tasakaalukeskmete ümber väikeseid vibratsioone. Tahkel on vormi Ja maht.

2. Vedel olek

Erinevalt tahketest ainetest ei ole vedelikel kindlat kuju, kuid neil on maht. See on seletatav asjaoluga, et vedelikes on osakesed üksteisest suuremal kaugusel kui tahkestes ja liiguvad aktiivsemalt.

Kuna vedelikes paiknevad osakesed vähem tihedalt kui tahkes, ei saa nad moodustada kristallvõrest, mistõttu ei ole vedelikel kindlat kuju.

3. Gaasiline olek

Gaasides paiknevad osakesed veelgi kaugemal kui vedelikes. Pealegi on osakesed pidevalt kaootilises (korrapärases) liikumises. Seetõttu kipuvad gaasid ühtlaselt täitma neile antud ruumala (sellest tuleneb ka asjaolu, et gaasidel ei ole kindlat kuju).

4. Aine oleku muutumine

Võtame triviaalse näite ja jälgime vee oleku muutumise protsessi.

Tahkes olekus on vesi jää. Jää temperatuur on alla 0 o C. Kuumutamisel hakkab jää sulama ja muutub veeks. Seda seletatakse sellega, et kristallvõres paiknevad jääosakesed hakkavad kuumutamisel liikuma, mille tagajärjel võre hävib. Temperatuuri, mille juures aine sulab, nimetatakse "sulamispunkt" ained. Vee sulamistemperatuur on 0 o C.

Tuleb märkida, et kuni jää täieliku sulamiseni on jää temperatuur 0 o C.

Aine faasimuutuste ajal jääb temperatuur konstantseks

Kui jää on täielikult veeks muutunud, jätkame kütmist. Vee temperatuur tõuseb ja osakeste liikumine kuumuse mõjul kiireneb üha enam. See juhtub seni, kuni vesi jõuab järgmise vahetuspunktini - keemine.

See hetk tekib siis, kui veeosakeste sidemed on täielikult katkenud ja nende liikumine muutub vabaks: vesi muutub auruks.

Aine muutumist vedelast olekust gaasiliseks nimetatakse protsessiks keemine

Temperatuuri, mille juures vedelik keeb, nimetatakse "keemispunkt".

Pange tähele, et keemistemperatuur sõltub rõhust. Normaalrõhul (760 mm Hg) on vee keemistemperatuur 100 o C.

Analoogiliselt sulatamisega: kuni vesi muutub täielikult auruks, püsib temperatuur konstantsena.

Tehke kokkuvõte. Kuumutamise tulemusena saime vee erinevad faasiolekud:

Jää → vesi → aur või N 2 0 (t) → N 2 0 (g) → N 2 0 (g)

Mis juhtub, kui hakkame veeauru jahutama? Sa ei pea olema “parim õpilane”, et arvata, et vees toimuvad faasimuutuste vastupidised protsessid:

Aur → vesi → jää

Mõned ained lähevad tahkest olekust otse gaasilisse olekusse, möödudes vedelast faasist. Seda protsessi nimetatakse sublimatsioon või sublimatsioon. Nii käitub näiteks “kuiv jää” (lämmastikdioksiid CO 2). Kuumutamisel ei näe te tilkagi vett - "kuiv jää" näib aurustuvat teie silme all.

Sublimatsiooni pöördprotsessi (aine üleminekut gaasilisest tahkesse olekusse) nimetatakse desublimatsioon.

Sõltuvalt tingimustest võivad kehad olla vedelas, tahkes või gaasilises olekus. Neid olekuid nimetatakse aine agregeeritud olekud .

Gaasides on molekulide vaheline kaugus palju suurem kui molekulide suurus. Kui anuma seinad gaasi ei sega, lendavad selle molekulid laiali.

Vedelates ja tahketes ainetes paiknevad molekulid üksteisele lähemal ja seetõttu ei saa nad üksteisest kaugele liikuda.

Üleminekut ühest agregatsiooniseisundist teise nimetatakse faasisiire .

Aine üleminekut tahkest olekust vedelaks nimetatakse sulamine , ja temperatuur, mille juures see toimub, on sulamispunkt . Aine üleminekut vedelast olekusse tahkeks nimetatakse kristalliseerumine , ja üleminekutemperatuur on kristallisatsiooni temperatuur .

Soojushulka, mis eraldub keha kristalliseerumisel või neelab keha sulamisel, keha massiühiku kohta nimetatakse nn. eriline sulamissoojus (kristallisatsioon) λ:

Kristalliseerumisel eraldub sama palju soojust, kui neeldub sulamisel.

Aine üleminekut vedelikust gaasilisse olekusse nimetatakse aurustamine . Aine üleminekut gaasilisest olekust vedelasse nimetatakse kondensatsioon . Aurustamiseks vajalik soojushulk (eraldub kondenseerumisel):

Q = Lm,

kus L- eriline aurustumissoojus (kondensatsioon).

Vedeliku pinnalt toimuvat aurustumist nimetatakse aurustumine . Aurustumine võib toimuda mis tahes temperatuuril. Vedeliku üleminekut auruks, mis toimub kogu keha mahus, nimetatakse keemine , ja temperatuur, mille juures vedelik keeb, on keemispunkt .

Lõpuks sublimatsioon on aine üleminek tahkest olekust otse gaasilisse olekusse, möödudes vedelast faasist.

Kui muud väliskeskkonna parameetrid (eriti rõhk) jäävad konstantseks, siis kehatemperatuur sulamise (kristalliseerumise) ja keemisprotsessi ajal ei muutu.

Kui vedelikust väljuvate molekulide arv on võrdne vedelikku tagasi pöörduvate molekulide arvuga, siis me ütleme, et vedeliku ja selle auru vahel on tekkinud dünaamiline tasakaal. Auru, mis on vedelikuga dünaamilises tasakaalus, nimetatakse

Me elame tahke keha pinnal- maakera tahketest ainetest ehitatud struktuurides,- majad. Kuigi meie keha sisaldab umbes 65% vett (aju on 80%), on see ka tahke. Tahketest ainetest valmistatakse ka tööriistu ja masinaid. Tahkete ainete omaduste tundmine on ülioluline.

IN§ 2.6 kirjeldati lühidalt kristalsete tahkete ainete molekulaarset struktuuri. Nüüd vaatame lähemalt nende omadusi ja struktuuri.

Kristallid

Kui uurite suurendusklaasi või mikroskoobiga suhkru-, soola-, vasksulfaadi-, naftaleeni- jne terakesi, märkate, et need on piiratud tasaste, justkui poleeritud servadega. Selliste looduslike nägude olemasolu on märk sellest, et aine on kristallilises olekus. Kristall* on teatud geomeetrilise kujuga keha, mida piiravad looduslikud lamedad servad.

* Kreeka sõnast krystallos – otsetõlkes: jää.

Üksikud kristallid ja polükristallilised kehad

Keha, mis on üks kristall, nimetatakse monokristalliks.

Joonisel 8.1 on kujutatud suur kvartsi monokristall (mäekristall). Väike granuleeritud suhkru tera on samuti monokristall. Ettevaatusabinõusid rakendades on võimalik kasvatada suure suurusega metallist monokristalli.

Enamik kristallkehasid koosneb paljudest juhuslikult paiknevatest ja kokku sulanud väikestest kristallidest. Selliseid kehasid nimetatakse polükristallilisteks. Kõik metallid ja mineraalid on polükristallilised. Tükk suhkrut on ka polükristalliline keha.

Kristallide kuju ja suurus

Erinevate ainete kristallid on erineva kujuga. Joonisel 8.2 on kujutatud kristalle: kivisool 1, berüll 2, teemant 3, granaat 4, kvarts 5, turmaliin 6, smaragd 7 ja kaltsiit 8. Üks jääkristallide tüüpe, mis moodustavad lumehelveste veidra kuju (joonis 8.3), on korrapärane kuusnurkne prisma (joonis 8.4).

Ka kristallide suurused on erinevad. Mõned kristallid on suured ja palja silmaga kergesti nähtavad, teised aga nii väikesed, et neid saab vaadata vaid läbi mikroskoobi.

Polükristalliliste kristallide suurus võib aja jooksul muutuda. Seega muutuvad väikesed raua ja terase kristallid suurteks. Seda üleminekut kiirendavad löögid ja põrutused. Seda esineb pidevalt raudteerööbastes, vankritelgedes ja terassildades, mistõttu nende konstruktsioonide tugevus aja jooksul väheneb.

Polümorfism

Paljud kristalses olekus sama keemilise koostisega kehad võivad olenevalt tingimustest eksisteerida kahes või enamas variandis (modifikatsioonis). Seda omadust nimetatakse polümorfismiks (multiformsus). Jääl on näiteks kuni kümme erinevat modifikatsiooni, mis saadakse laborites. Looduses leidub ainult ühte liiki (vt joon. 8.4).

Süsiniku polümorfism on tehnoloogia jaoks eriti oluline – süsinik kristalliseerub kahes modifikatsioonis: grafiidis ja teemandis. Grafiit on pehme mattmusta värvi materjal. Näiteks tehakse sellest pliiatsi juhtmeid. Teemant on täiesti erinev grafiidist. See on läbipaistev ja väga kõva kristall. Temperatuuril umbes 150 °C (vaakumis kuumutamisel) muutub teemant grafiidiks. Grafiiti teemandiks muutmiseks tuleb seda kuumutada 2000 °C-ni rõhul 1010 Pa. Praegu on kunstlike teemantide tööstuslik tootmine omandatud. Keemseid teemante kasutatakse laialdaselt erinevates lõikeriistades.

Iga keha võib teatud temperatuuril ja rõhul olla erinevates agregatsiooniseisundites – tahkes, vedelas, gaasilises ja plasma olekus.

Üleminek ühest agregatsiooniseisundist teise toimub tingimusel, et keha kuumenemine väljastpoolt toimub kiiremini kui selle jahtumine. Ja vastupidi, kui keha jahutamine väljastpoolt toimub selle sisemise energia tõttu kiiremini kui keha kuumenemine.

Üleminekul teise agregatsiooniseisundisse jääb aine samaks, jäävad samad molekulid, muutub ainult nende suhteline paigutus, liikumiskiirus ja vastastikuse mõju jõud.

Need. kehaosakeste siseenergia muutus kannab selle ühest olekufaasist teise. Pealegi saab seda olekut säilitada väliskeskkonna laias temperatuurivahemikus.

Agregatsiooni oleku muutmisel on vaja teatud kogust energiat. Ja üleminekuprotsessi käigus kulutatakse energiat mitte kehatemperatuuri muutmisele, vaid keha siseenergia muutmisele.

Näitame graafikul kehatemperatuuri T (konstantsel rõhul) sõltuvust kehale antud soojushulgast Q üleminekul ühest agregatsiooniseisundist teise.

Mõelge massilisele kehale m, mis on temperatuuril tahkes olekus T 1.

Keha ei lähe kohe üle ühest olekust teise. Esiteks on sisemise energia muutmiseks vaja energiat ja see võtab aega. Ülemineku kiirus sõltub keha massist ja selle soojusmahtuvusest.

Hakkame keha soojendama. Valemite abil saate selle kirjutada järgmiselt:

Q = c⋅m⋅(T 2 -T 1)

Keha peab neelama nii palju soojust, et kuumeneda temperatuurilt T1 kuni T2.

Üleminek tahkest olekust vedelaks

Edasi, kriitilisel temperatuuril T2, mis on iga keha puhul erinev, hakkavad molekulidevahelised sidemed lagunema ja keha läheb üle teise agregatsiooni olekusse – vedelasse, s.t. molekulidevahelised sidemed nõrgenevad, molekulid hakkavad liikuma suurema amplituudiga, suurema kiirusega ja suurema kineetilise energiaga. Seetõttu on sama keha temperatuur vedelas olekus kõrgem kui tahkes olekus.

Selleks, et kogu keha läheks tahkest olekust vedelasse, kulub siseenergia kogunemiseks aega. Sel ajal ei lähe kogu energia mitte keha soojendamiseks, vaid vanade molekulidevaheliste sidemete hävitamiseks ja uute loomiseks. Vajalik energia hulk:

λ - aine erisulamis- ja kristalliseerumissoojus J/kg, iga aine puhul erinev.

Kui kogu keha on läinud vedelasse olekusse, hakkab see vedelik uuesti soojenema vastavalt valemile: Q = c⋅m⋅(T-T 2); [J].

Keha üleminek vedelast olekusse gaasilisse olekusse

Kui saavutatakse uus kriitiline temperatuur T 3, algab uus protsess vedelikult aurule üleminekul. Vedelalt aurule liikumiseks peate kulutama energiat:

r on aine gaasi moodustumise ja kondenseerumise erisoojus J/kg, iga aine puhul erinev.

Pange tähele, et vedelast faasist mööda minnes on võimalik üleminek tahkest olekust gaasilisse olekusse. Seda protsessi nimetatakse sublimatsioon, ja selle pöördprotsess on desublimatsioon.

Keha üleminek gaasilisest olekust plasmaolekusse

Plasma- osaliselt või täielikult ioniseeritud gaas, milles positiivsete ja negatiivsete laengute tihedus on peaaegu võrdne.

Plasma tekib tavaliselt kõrgetel temperatuuridel, alates mitmest tuhandest °C ja kõrgemal. Moodustamismeetodi alusel eristatakse kahte tüüpi plasmat: termiline, mis tekib gaasi kuumutamisel kõrge temperatuurini, ja gaasiline, mis tekib gaasilises keskkonnas elektrilahenduste käigus.

See protsess on väga keeruline ja lihtsa kirjeldusega ning see pole meie jaoks igapäevastes tingimustes saavutatav. Seetõttu me sellel teemal üksikasjalikult ei peatu.

Tagasi ette

Tähelepanu! Slaidide eelvaated on ainult informatiivsel eesmärgil ja ei pruugi esindada kõiki esitluse funktsioone. Kui olete sellest tööst huvitatud, laadige alla täisversioon.

Eesmärgid: kehade sulamise ja kristalliseerumise, sulamistemperatuuri ja kristalliseerumise mõiste kujunemine; arendada oskust rakendada omandatud teadmisi lihtsate probleemide lahendamisel, arendada õpilaste silmaringi, kasvatada huvi aine vastu, kasvatada igakülgselt arenenud isiksust.

Vajalik varustus:Õpetaja tööjaam, füüsikatunnid Cyrililt ja Methodioselt 8. klassile, jäätükid, küünal, tikud.

Selgitused:Õpilaste vastused on tekstis kaldkirjas.

Tunniplaan:

Aja organiseerimine.
Uue materjali õppimine.
Konsolideerimine.
Kodutöö.
Tunni kokkuvõte.

TUNNIDE AJAL

1. Organisatsioonimoment

– Tänases tunnis räägime aine erinevatest olekutest, saame teada, millistel tingimustel võib aine ühes või teises olekus olla ja mida tuleb teha, et aine ühest olekust teise viia.

2. Uue materjali õppimine

– Vaatame pilte (slaid 2). Mis sa arvad, mis neil ühist on?

– Piltidel on vesi kolmes erinevas olekus: tahke, vedel ja gaasiline.

- Õige. Mitte ainult veel, vaid ka igal teisel ainel on kolm olekut. Kuidas neid riike nimetatakse?

–

– Kas aine võib muutuda ühest olekust teise? Näiteks, kas jääd on võimalik muuta veeks?

– Jah.

- Kuidas seda teha?

– Peate selle soojendama.

- Sul on peaaegu õigus. Õigem oleks öelda, et me anname jääle teatud koguse soojust. Mis on siis soojushulk?

– Soojushulk on energia, mille keha soojusülekande käigus vastu võtab või välja annab.

- Mis on siseenergia?

– Siseenergia on keha moodustavate osakeste liikumise ja vastasmõju energia.

- Teeme katse. Jätame ühe jäätüki taldrikule ja vaatame, mis sellest saab, ning anname küünalt teisele teatud koguse soojust. Milline jäätükk muutub kiiremini veeks ja miks?

– Teisel juhul toimub jää üleminek vette kiiremini, kuna teine jäätükk saab küünalt rohkem soojust kui esimene tükk keskkonnast.

- Õige. See tähendab, et jäätükk, millele on rohkem energiat antud, muutub kiiremini veeks.

– Otsi õpikust (lk 31) üles, kuidas nimetatakse aine tahkest olekust vedelasse ülemineku protsessi?

Protsess aine üleminekut tahkest olekust vedelaks nimetatakse sulamiseks (slaid 3)

- See on meie tunni teema. Kirjutame selle vihikusse - Sulavad kehad.

– Vaatame sulamisprotsessi fragmendi abil (füüsikatunnid Cyrililt ja Methodioselt 8. klassile). Teie ülesanne on jälgida, kas temperatuur selle protsessi käigus muutub.

– Temperatuur sulamisprotsessi ajal ei muutu.

- Õige. Leidke nüüd õpikust (lk 32), kuidas nimetatakse aine vedelikust tahkesse olekusse ülemineku protsessi?

Aine üleminekut vedelast olekusse tahkeks nimetatakse tahkumiseks ehk kristalliseerumiseks (slaid 4)

– Vaatleme seda protsessi fragmendi abil (Cyrili ja Methodiuse elektroonikafüüsika tunnid 8. klassile). Kas temperatuur muutus kogu kõvenemisprotsessi jooksul?

– Temperatuur kõvenemise ajal ei muutunud.

– Meenutagem, et sulamise ja tahkumise käigus aine temperatuur ei muutu. Miks see juhtub, vaatame järgmises õppetükis.

– Sulamisprotsessi alguseks peab kehal olema teatud temperatuur. Mis tema nimi on?

Temperatuuri, mille juures aine sulab, nimetatakse selle sulamistemperatuuriks.

- Õige! See tähendab, et sulamistemperatuur on temperatuur, millest kõrgemal ei saa aine tahkes olekus eksisteerida. Leia sulamistemperatuuri tabelist jää sulamistemperatuur.

– See on võrdne 0-ga O KOOS.

– Mis temperatuuril vesi kõvastub?

– Vesi kõveneb ka 0 juures O KOOS.

- Õige. See tähendab, et ained tahkuvad samal temperatuuril, mil nad sulavad.
Graafikut kasutades (slaid 5) vaatleme jää ülemineku protsessi tahkest olekust vedelasse (Peryshkin A.V., lk 33).
Protsessi jälgimine algas hetkest, mil jää temperatuur oli –20 o C. Edasisel kuumutamisel tõusis jää temperatuur kuni 0 o C. Sel hetkel hakkas jää sulama ja selle temperatuur suurenemine peatus. Kogu sulamisaja jooksul jää temperatuur ei muutunud, kuigi sellele jätkus energiaga varustamine.
Kui see jõudis temperatuurini 20 o C, ei antud ainele enam energiat: vesi hakkas jahtuma ja 0 o C juures algas vee kristalliseerumisprotsess. Kogu kõvenemisaja jooksul aine temperatuur uuesti ei muutunud. Samuti on graafikult selgelt näha, et sulamistemperatuur on võrdne kristalliseerumistemperatuuriga.

3. Konsolideerimine

1. Graafik (slaid 6) näitab, kuidas temperatuur aja jooksul muutub plii kuumutamisel ja jahutamisel. Millisele olekule vastab graafiku iga osa?

AB, BC – tahkis, CD – sulamine,
DE, EF – vedel olek, FG – kristallisatsioon, GH – tahke olek.

2. Katses kuumutati 1000 o C-ni eraldi alumiinium, raud, vask, tsink, teras, hõbe ja kuld (slaid 7, 8). Millises olekus – vedelas või tahkes – olid need metallid näidatud temperatuuril?

3. Piltidel (slaid 2) on vesi kolmes erinevas olekus: tahke, vedel ja gaasiline.

– Kuidas neid riike nimetatakse?

– Neid nimetatakse agregatsiooni olekuteks.

– Kas aine võib muutuda ühest olekust teise?
Jah. Energia ülekandmisel tahke aine molekulidele on võimalik ainet tahkest olekust vedelasse, vedelikust gaasilisse. Gaasi molekulidelt energiat ära võttes saate vedeliku ja sellest tahke aine.

4. – Hakkame soojendama jääd, mis on võetud temperatuuril –10 o C. Mis juhtub temperatuuriga?

– Jää temperatuur tõuseb.

– Jää temperatuur on jõudnud 0 o C-ni. Jää hakkab sulama. Mis tema temperatuuriga toimub?

– Temperatuuri muutumine peatub kuni kogu sulamisprotsessi lõpuni.

– Jää on täielikult veeks muutunud. Kütteprotsess jätkub. Kas temperatuur muutub? Kuidas?

– Kas vee temperatuur juba tõuseb?

5. Kas aine temperatuur muutub kristalliseerumisel?