Лекция 4 Агрегатное состояние вещества Наш

Лекция № 4 Агрегатное состояние вещества

Наш телефон (8 -812)-714 -39 -44

• Агрегатное состояние характеризует расположение в пространстве мельчайших частиц, образующих данное вещество (атомы, ионы, молекулы); • В зависимости от расстояния между частицами и характера их взаимодействия вещество может находится в одном из трех состояний: газообразном, жидком и твердом.

Газообразное состояние • Молекулы газа (а также атомы инертных газов) при столкновениях друг с другом не взаимодействуют; • Вследствие хаотичности движения молекулы или атомы газа равномерно распределяются в определенной области пространства; • При нормальном давлении среднее расстояние между молекулами приблизительно в 10 раз больше их диаметра; • Молекулы или атомы занимают лишь около 1/1000 (0, 1 %) пространства, в котором находится газ; • Для газа характерна очень высокая доля свободного объема или пустоты (999/1000 или 99, 9 %);

• Для газа характерно беспорядочное расположение его частиц в пространстве, и поэтому у газа отсутствует определенная пространственная форма; • За счет хаотичного движения с большой скоростью и амплитудой молекулы газа преодолевают силу гравитации и заполняют весь объем сосуда; • Содержание газа в определенной части пространства оценивается давлением; • Единицы давления: атмосфера (атм. ), мм ртутного столба (мм рт. ст. ) или торр, паскаль (Па); • 1 атмосфера – давление газа на уровне моря; 1 атм. = 760 мм рт. ст. или 760 торров = 101325 Па;

• Для определенной порции газа давление и объем взаимосвязаны: Р · V = const • Из этого уравнения следует, что увеличение давления вызывает уменьшение объема, а снижение давления приводит к увеличению объема; • Увеличение объема сопровождается снижением давления, а уменьшение объема дает рост давления:

P 1 V 1 P 1· V 1 P 2 = P 3 V 2 P 2 · V 2 = V 3 P 3 · V 3

Влияние температуры на давление газов • При постоянном объеме при повышении температуры давление возрастает, а при снижении температуры давление падает; • При повышении температуры увеличивается скорость и амплитуда движения частиц газа и они оказывают бόльшее воздействие на стенку сосуда.

Парциальное давление • Парциальное давление – часть общего давления смеси газов, которая приходится на долю одного из них; • В атмосферном воздухе содержится около 20 % кислорода и 80 % азота; • При давлении в 750 мм. рт. ст. парциальное давление кислорода - 150 мм рт. ст. , а парциальное давление азота составит 600 мм рт. ст.

Молярный объем газа • Моль – количества вещества в граммах, численно равное его молекулярной массе (в случае инертных газов – атомной массе); • Моль любого вещества содержит 6· 1023 молекул или ионов (в случае инертных газов – атомов); • 6· 1023 – число Авогадро • Молекулярная масса кислорода (О 2) равна 32 Да. Моль кислорода весит 32 г. • Моль любого газа при нормальном давлении (1 атм. , или 760 мм рт. ст. ) занимает объем 22, 4 л

Жидкое состояние • Для жидкого состояния характерно наличие межмолекулярных связей, представляющих собой различные виды электростатического притяжения; • Поэтому молекулы жидкости компактно располагаются в пространстве и при нормальном давлении доля свободного объема (пустоты) только около 3 %;

• Благодаря наличию даже 3 % свободного объема, молекулы жидкости могут незначительно перемещаться в пространстве; • Поэтому жидкость обладает текучестью, у нее отсутствует своя собственная пространственная форма и жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится; • Вследствие наличия большого количества межмолекулярных связей и практически отсутствия свободного объема молекулы жидкости не могут преодолеть силу гравитации, и жидкость находится на дне сосуда.

Твердое состояние • Все частицы твердого тела связаны друг с другом, очень компактно располагаются в пространстве; • Поэтому у твердого тела отсутствует свободный объем, частицы твердого тела не могут менять положение в пространстве, и твердое тело имеет собственную пространственную форму;

• • • Твердые тела делятся на аморфные и кристаллические; В аморфных твердых телах их частицы располагаются в неупорядоченной форме; В кристаллическом твердом теле частицы располагаются строго упорядоченно; Порядок расположения в пространстве частиц твердого тела отражает кристаллическая решетка; Пространственные точки, в которых находятся частицы кристалла, называются узлами кристаллической решетки или элементарными ячейками;

• В зависимости от природы частиц, входящих в состав кристалла, выделяют четыре типа кристаллической решетки: v Атомная кристаллическая решетка v Молекулярная кристаллическая решетка v Ионная кристаллическая решетка v Металлическая кристаллическая решетка

Атомная кристаллическая (ковалентная) решетка • В узлах атомной кристаллической решетки располагаются атомы; • Атомы соединяются ковалентными связями; • В узлах атомной кристаллической решетки алмаза располагаются атомы углерода; • Каждый атом углерода соединяется с четырьмя соседними углеродными атомами прочными ковалентными связями, расположенными по отношению друг к другу под углом 109° и равноценными:

Строение алмаза

Молекулярная кристаллическая решетка • В узлах молекулярной кристаллической решетки располагаются молекулы; • Молекулы объединяются в кристалл за счет электростатического притяжения; • Примером кристаллов с молекулярной решеткой являются: лед или снег (в узлах решетки располагаются молекулы воды, соединенные водородными связями), пищевой сахар, состоящий из молекул сахарозы, песчинки (в узлах решетки располагаются молекулы кварца (двуокиси кремния –Si. O 2)

Ионная кристаллическая решетка • В узлах ионной кристаллической решетки поочередно располагаются противоположно заряженные ионы, соединенные ионными связями; • Примером кристалла с ионной решеткой является хлористый натрий (поваренная соль); • В узлах решетки хлористого натрия поочередно располагаются ионы Na+ и Cl- :

Cтроение кристалла поваренной соли Na

Металлическая кристаллическая решетка В узлах кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы металлов (катионы); • Электроны, отщепившиеся от атомов металла, заполняют все пространство между ионами и образуют общее электронное облако, участвующее в формировании металлической связи. •

Фазовые превращения • • Вещество может менять агрегатное состояние. Это обычно происходит при изменении температуры или давления; Переход жидкости в газообразное состояние называется испарением (например, при кипении воды); • Превращение вещества из газообразного состояние в жидкое называется конденсацией (например, запотевание холодного стекла);

• Переход вещества из твердого состояние в жидкое называется плавлением (например, таяние снега); • Переход вещества из жидкого состояние в твердое называется отвердеванием (например, замерзание воды); • Превращение вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое, называется возгонкой или сублимацией (например, переход твердого сухого льда в газообразный углекислый газ)

Поверхностные явления • В отличие от газа у жидкости и твердого тела имеется поверхность; • Молекулы, находящиеся внутри объема жидкости окружены со всех сторон соседними молекулами и на каждую такую молекулу одинаково действуют силы межмолекулярных взаимодействий; • Поэтому внутренние молекулы сохраняют свое положение в пространстве;

• Поверхностные молекулы взаимодействуют не только с подобными им молекулам жидкости , но и с молекулами газа, находящегося над жидкостью; • Однако в газовой фазе имеется несравненно меньше молекул, чем в жидкости; • Следствием этого является втягивание поверхностных молекул внутрь жидкости и уменьшение поверхности;

• Например, капля жидкости, взвешенная в пространстве, приобретает шаровидную форму, имеющую минимальную поверхность; • Свойство жидкости уменьшать свой объем за счет уменьшения поверхности называется поверхностным натяжением; • Вещества, уменьшающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными или детергентами; • Под действием детергентов крупные капли жидкости превращаются в мелкие; • Вещества, повышающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-неактивными. В их присутствии мелкие капли жидкости объединяются в более крупные.

Сорбция • Частицы, расположенные на поверхности твердого тела, находятся иных условиях, чем частицы, лежащие внутри; • Внутри вещества все действующие между частицами связи взаимно уравновешены; • На поверхности уравновешены только силы, направленные внутрь вещества; • Поэтому поверхностный слой может присоединять к себе частицы из окружающей его жидкости или газа; • Такое явление называется сорбцией;

• Твердое вещество, на котором протекает сорбция, называется сорбентом; • Сорбент имеет большую поверхность за счет пористости. Особенно большую поверхность имеет активированный уголь: 1 г активированного угля может иметь суммарную поверхность до 1000 м 2; • Таким же эффективным сорбентом является силикагель, получаемый из кремниевой кислоты.

• Вещества, подвергающиеся сорбции, называются сорбатом; • Сорбция является обратимой, так как связи между сорбентом и сорбатом очень слабые: молекулы сорбата могут отщепляться от сорбента; • Отщепление сорбата от сорбента называется десорбцией; • Сорбция и десорбция протекают одновременно, и поэтому устанавливается сорбционное равновесие;

Практическое использование сорбции • Очистка воздуха и жидкостей от примесей и ядовитых веществ (противогаз, фильтры для очистки воды); • Разделение химических соединений, близких по строению, но обладающих различной сорбционной способностью (хроматография); • Очистка крови от ядовитых веществ (гемосорбция и плазмосорбция); • Очищение содержимого желудочнокишечного тракта от ядовитых соединений (энтеросорбция).

Тест 1 Вещество сохраняет свою пространственную форму, если находится: а) б) в) г) в газообразном состоянии в жидком состоянии в плазменном состоянии в твердом состоянии

Тест 2 Наибольшая доля пустоты имеется у вещества, находящегося: а) в газообразном состоянии в) в твердом состоянии б) в жидком состоянии

Тест 3 Текучестью обладает вещество, находясь: а) б) в) г) в газообразном состоянии в жидком состоянии в плазменном состоянии в твердом состоянии

Тест 4 Атомную кристаллическую решетку имеет: а) б) в) г) графит натрий сахароза хлористый натрий

Тест 5 Молекулярную кристаллическую решетку имеет: а) алмаз б) магний в) сахароза г) фтористый калий

Тест 6 Ионную кристаллическую решетку имеет: а) б) в) г) графит хлористый натрий сахароза натрий

Тест 7 Алмаз имеет кристаллическую решетку: а) атомную б) молекулярную в) ионную г) металлическую

Тест 8 Хлористый натрий имеет кристаллическую решетку: а) б) в) г) атомную ионную металлическую молекулярную

Тест 9 Металлическую кристаллическую решетку имеет: а) графит б) хлористый натрий в) сахароза г) натрий

Тест 10 Атомы углерода в алмазе соединяются связями: а) б) в) г) водородными ионными ковалентными металлическими

Тест 11 Вещество, на котором осуществляется сорбция, называется: а) активатор б) катализатор в) сорбат г) сорбент

Тест 12 Очистка крови от ядовитых веществ с использованием активированного угля называется: а) биопсия б) гемосорбция в) диализ г) трансфузия