Расположение — молекула — вода

Расположение — молекула — вода

Cтраница 1

Расположение молекул воды и способ связи этих молекул в кристаллических веществах обусловливают их свойства-спайность, пластические деформации, термические, электрические и прочие свойства.  [1]

Такое расположение молекул воды приводит к снижению плотности вблизи стенок и повышает подвижность молекул в тангенциальном направлении, что можно интерпретировать как снижение вязкости граничных слоев. Макроскопически этот эффект может проявляться как скольжение воды по гидрофобной подложке.  [3]

Такое расположение молекул воды должно, конечно, нарушать в прилегающих слоях ту взаимную ориентацию, которая характерна для структуры воды. Это должно сказаться и на повышении растворимости в воде иных солей, в частности солей жесткости, уменьшая их осаждение в накипь. Таким дезорганизующим действием должен, по-видимому, обладать всякий постоянно гидратированный ион независимо от того, какое количество молекул воды он вокруг себя удерживает. Переход ионов накипеобразователей из раствора в накипь объясняется тем, что число связанных молекул воды, входящих в гидратную оболочку сольватов, с увеличением концентрации рассола все более увеличивается. В граничном слое пределы насыщения возникают и вновь исчезают при образовании на поверхности нагрева паровых пузырьков. Периодически возникающий локальный дефицит свободных молекул воды приводит к разрушению близрасположенных сольватов. Гидратная оболочка разрушаемых сольватов идет на пополнение поверхностной пленки дистиллята ( расходующейся в процессе интенсивного испарения при контактном росте парового пузырька), а освобождающиеся от гидратной оболочки ионы солей соединяются в кристаллы, частично вновь растворяющиеся, а частично образующие накипь и шлам.  [4]

Такое расположение молекул воды приводит к снижению плотности вблизи стенок и повышает подвижность молекул в тангенциальном направлении, что можно интерпретировать как снижение вязкости граничных слоев. Макроскопически этот эффект может проявляться как скольжение воды по гидрофобной подложке.  [6]

Характер расположения молекул воды определяется не только координацией их вокруг того или иного обменного катиона, но и характером расположения поверхностных атомов кислорода.  [7]

Для большей наглядности расположение молекул воды показано только вокруг одного иона.  [9]

Структура льда обусловлена расположением молекул воды; в. До сих пор речь шла о пустотах, которые вызываются низким координационным числом молекул воды во льду. Но в нем создаются и другие пустоты, причина образования которых только косвенным образом связана со структурой построения льда. Эти пустоты образуются во время роста кристаллов. Действительно, при росте отдельных кристаллов навстречу друг другу возможны случаи замыкания по всей периферии отдельных участков остающихся в данный момент прослоек воздуха или химически чистой воды. Если в подобных прослойках остается химически чистая вода, она при замерзании вызывает появление участков льда, находящихся под повышенным давлением. Поэтому плотность такого льда существенно меняется при переходе от одного участка к другому.  [10]

Структура льда обусловлена расположением молекул воды; в связи с низким координационным числом молекул воды во льду структура его обладает большими пустотами; этим и объясняется малая плотность льда по сравнению с плотностью воды. До сих пор речь шла о пустотах, которые вызываются низким координационным числом молекул воды во льду. Но в нем создаются и другие пустоты, причина образования которых только косвенным образом связана со структурой построения льда. Эти пустоты образуются во время роста кристаллов. Действительно, при росте отдельных кристаллов навстречу друг другу возможны случаи замыкания по всей периферии отдельных участков остающихся в данный момент прослоек воздуха или химически чистой воды. В случае, если в подобных прослойках остается химически чистая вода, при замерзании она вызывает появление участков льда, находящихся под повышенным давлением. Поэтому плотность такого льда существенно меняется при переходе от одного участка к другому. Если вода не абсолютно чистая ( что всегда наблюдается на практике), имеющиеся в ней примеси сосредоточиваются в прослойках между отдельными кристаллами.  [11]

В частности, было выяснено расположение молекул воды, метанола, этанола и метилтетрагидрофурана вокруг избыточных электронов в этих стеклообразных матрицах.  [12]

Одновременное удаление кристаллизационной воды объясняется расположением молекул воды в фосфате цинка в одной координационной сфере и поэтому прочность связи у всех молекул одинакова.  [13]

Они с помощью рентгеноструктурного анализа исследовали

расположение молекул воды при различных температурах и установили, что наряду с тетраэдрячески координированными молекулами воды в ней существуют и мономеры, находящиеся в плотной упаковке, характерной для простых жидкостей.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Вода в природе

Статья с сайта компании «Укрмедполис». Без воды на Земле нет деятельной жизни. Однако вода — самая большая загадка природы. Исключением из исключений называл ее Л. Полинг. (Water.ru: Лайнус Карл Полинг (Linus Carl Pauling), 1901-1994 гг., выдающийся американский химик, физик, биолог. Дважды лауреат Нобелевской премии . Автор первых фундаментальных исследований по применению квантовой механики к изучению химической связей в молекулах и кристаллах. Труды по структуре белков, иммунохимии, молекулярной генетике. Широкой общественности известен своей теорией о пользе сверхбольших доз аскорбиновой кислоты (витамина С) и как автор популярного учебника «Общая химия»). Остановимся на физике воды подробнее. Молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О). Все многообразие свойств воды и необычность их проявления в конечном счете определяются физической природой этих атомов и способом их объединения в молекулу. В отдельной молекуле воды ядра водорода и кислорода расположены так относительно друг друга, что образуют как бы равнобедренный треугольник со сравнительно крупным ядром кислорода на вершине и двумя мелкими ядрами водорода у основания. В молекуле воды имеются четыре полюса зарядов: два отрицательных за счет избытка электронной плотности у кислородных пар электронов и два положительных — вследствие недостатка электронной плотности у ядер водорода — протонов. Такая ассиметричность распределения электрических зарядов воды обладает ярко выраженными полярными свойствами; она является диполем с высоким дипольным моментом -1,87 дебай. (W.ru: внесистемная единица электрического дипольного момента молекул. Названа по имени Петера Дебая (P. Debye), 1884-1966 гг., американского физика голландского происхождения, лауреата Нобелевской премии 1936 г. П. Дебай — автор фундаментального труда по квантовой теории твердых тел (модель твердого тела Дебая, температура Дебая, закон теплоемкости Дебая), автор дипольной теории диэлектриков. Разработал рентгеновский метод исследования поликристаллических материалов (метод Дебая — Шеррера)). Благодаря этому молекулы воды стремятся нейтрализовать электрическое поле. Под воздействием диполей воды на поверхности погруженных в нее веществ межатомные и межмолекулярные силы ослабевают в 80 раз. Столь высокая диэлектическая проницаемость из всех известных веществ присуща только воде. Этим объясняется ее способность быть универсальным растворителем. «Помогая» контактирующим с ней молекулам разлагаться на ионы (например, солям кислот), сама вода проявляет большую устойчивость. Из 1 млрд. молекул воды диссоциированными при обычной температуре оказываются лишь две, при этом протон не сохраняется в свободном состоянии, а вероятнее всего входит в состав иона гидроксония. (W.ru: Гидроксоний (Н3О+) — это гидратированный ион водорода; существует в водных растворах кислот). Вода химически не изменяется под действиям большинства тех соединений, которые она растворяет, и не изменяет их. Это характеризует ее инертным растворителем, что важно для живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно устойчивом виде. Как растворитель вода многократно используется, неся в своей структуре память о ранее растворенных в ней веществах. Молекулы в объеме воды сближаются противоположными зарядами, возникают межмолекулярные водородные связи между ядрами водорода и неподеленными электронами кислорода, насыщая электронную недостаточность водорода одной молекулы воды и фиксируя его по отношению к кислороду другой молекулы. Тетраэдрическая направленность водородного облака позволяет образовать четыре водородные связи для каждой водной молекулы, которая благодаря этому может ассоциировать с четырьмя соседними. Водородные связи в несколько раз слабее ковалентных связей, объединяющих атомы кислорода и водорода. Микромолекулярная структура воды с большим количеством полостей позволяет ей, разрывая водородные связи, присоединять молекулы или части молекул других веществ, способствуя их растворению… Сравнивая воду — гидрид кислорода с гидридами элементов, входящих в одну с кислородом подгруппу периодической системы Д.И. Менделеева, следовало бы ожидать, что вода должна кипеть при — 70 оС, а замерзать при — 90 оС. Но в обычных условиях вода замерзает при 0 оС и закипает при 100 оС . Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Ассоциированность ее сказывается и на очень высокой теплоте парообразования. Так, для того чтобы испарить 1 г воды, нагретой до 100 оС, требуется в шестеро больше тепла, чем для нагрева такого же количества воды от 0 до 80 оС. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. По сравнению с другими веществами, она способна воспринимать гораздо больше тепла, существенно не нагреваясь. Вода выступает как бы регулятором температуры, сглаживая благодаря своей большой теплоемкости резкие температурные колебания. В интервале от 0 до 37 оС теплоемкость ее падает и только после 37 оС начинает повышаться. Минимум теплоемкости воды соответствует температуре 36 — 39 оС — нормальной температуре человеческого тела. Благодаря этому возможна жизнь теплокровных животных, в том числе и человека. Биологическая целесообразность поддержания температуры тела вблизи минимального значения теплоемкости воды может быть связана с микрофазовыми превращениями в системе «жидкость-кристалл «, т. е. » вода-лед». При изменении температуры от 0 до 100 оС в нормальных условиях вода последовательно проходит пять фазовых состояний. Температурными границами существования фаз служат величины 0; 15; 30; 45; 60 и 100 оС, причем первая фаза характеризуется гексагональной кристаллической структурой, а остальные четыре — кубической. Границы третьей фазы (30-45 оС) очерчивают температурную область жизни теплокровных животных. Другие виды животных организмов приспособились к иным температурным интервалам. Среди необычных свойств воды следует отметить и ее исключительно высокое поверхностное натяжение — 72, 7 эрг/см2 (при 20 оС). В этом отношении среди жидкостей вода уступает только ртути. Поверхностное натяжение проявляется в смачивании. Все вещества, которые легко смачиваются водой, имеют в своем составе молекулы с атомами кислорода. Энергетически неуравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получают возможность образовывать дополнительные водородные связи с этими атомами кислорода, что и обуславливает эффект смачивания. Смачивание и поверхностное натяжение лежат в основе явления, названного капиллярностью. Оно состоит в том, что в узких каналах вода способна подниматься на высоту гораздо большую, чем та, которая допускается силой тяжести для столбика данного сечения. Капиллярность имеет огромное значение для эволюции жизни на нашей планете. Благодаря этому явлению вода смачивает толщу земли, лежащую значительно выше грунтовых вод, и доставляет корням растений растворы питательных солей с глубины в десятки метров. Капиллярностью во многом обусловлено движение крови и тканевых жидкостей. Вода при охлаждении в нормальных условиях ниже 0 оС кристаллизируется, образуя лед, плотность которого меньше, а объем почти на 10% больше объема исходной воды. Охлаждаясь, вода ведет себя как многие другие соединения: понемногу уплотняется-уменьшает свой удельный объем. Но при 4 оС ( точнее, при 3,98 оС) наступает кризисное состояние: при дальнейшем понижении температуры объем воды уже не уменьшается, а увеличивается. С этого момента начинается упорядочение взаимного расположения молекул, складывается характерная для льда гексагональная кристаллическая структура. Каждая молекула в структуре льда соединена водородными связями с четырьмя другими. Это приводит к тому, что в фазе льда образуется ажурная конструкция с » каналами» между фиксированными молекулами воды. В водных растворах некоторых органических веществ вокруг молекул примесей возникают упорядоченные группы водных молекул-своеобразные зоны «жидкого льда», имеющие кубическую структуру, которая отличается большой рыхлостью по сравнению с гексагональной. Появление такого льда вызывает значительное расширение всей замерзшей массы. При появлении льда разрушаются связи не только дальнего, но и ближнего порядка. Так, при 0 оС 9- 15% молекул Н2О утрачивают связи с соединениями, в результате увеличивается подвижность части молекул и они погружаются в те полости, которыми богата ажурная структура льда. Этим объясняется сжатие льда при таянии и большая по сравнению с ним плотность образующейся воды. При переходе » лед-вода» плотность возрастает примерно на 10%, и можно считать, что эта величина определенным образом характеризует количество молекул Н2О, попавших в полости. Выше 0 оС молекулы воды вследствие теплового возмущения утрачивают способность образовывать постоянную жесткую решетку, но тенденция к упорядочению сохраняется. Вода находится в состоянии, которое условно характеризуют как «квазикристаллическое». При той температуре, когда лед превращается в воду, сохраняются еще многие водородные связи, и в воде присутствуют ассоциаты молекул с открытой тетраэдрической структурой. Повышение температуры вызывает распад этих пространственных ассоциатов, что приводит к дальнейшему увеличению плотности воды-до температуры 4 оС. При дальнейшем росте температуры закономерное расширение воды, обуславливаемое усилением молекулярного движения, превосходит эффект структурной перестройки » лед-вода», и плотность воды плавно снижается. Благодаря особенностям переходов «лед-вода», осуществляющихся в интервале О-4 оС, при сезонных изменениях температуры реки и озера не промерзают до дна. Верхний слой, охладившись до 4 оС и достигнув максимальной плотности, опускается на дно водоема, принося кислород его обитателям и обеспечивая равномерное распределение питательных веществ. Поднявшиеся к поверхности более теплые слои воды уплотняются при соприкосновении с приповерхностным воздухом, охлаждаются до 4 оС и в свою очередь опускаются. Такое «перемешивание» происходит до тех пор, пока циркуляция естественно не прекращается и водоем не покроется плавающим слоем льда. Теплопроводность льда намного меньше, чем воды, поэтому он надежно предохраняет глубины водоема от сквозного промерзания. Из 36 стабильных и радиоактивных разновидностей молекул воды наиболее распространены 9 стабильных разновидностей (их называют изотопами). Изотопы водорода — дейтерий, тритий и протий. В норме в обычной воде находится 0,015 атомных процентов дейтерия, в талой воде немного ниже. Известны легкая, тяжелая и сверхтяжелая вода в зависимости от содержания в ней этих изотопов. Диаметр молекулы воды — около 2,8 ангстрем. Она похожа на шарик с двумя бугорками. Все необычные свойства воды определяются ее молекулярной структурой . Каждая молекула может соединиться с четырьмя другими. Но это происходит только в твердом состоянии — во льду. При температуре 37 оС время оседлости воды — 10-11сек., а во льду 10-5 сек. Чем меньше движется молекула воды, чем ближе ее свойства к свойствам воды в состоянии льда, тем выше с точки зрения биологии качество воды. Энтропия — мера хаоса любой системы. У воды в состоянии льда энтропия меньше всего. Многие биологические свойства воды определяются ее структурой, то есть соотношением мономерных и ассоциированных молекул воды в жидком состоянии. Согласно одной из моделей — кластерной — в жидкой воде, наряду с мономерными молекулами, имеются ассоциаты, кластеры молекулы воды. Рой молекул воды, объединенных водородными связями (их называют кластерами), со временем жизни 10-10 — 10 -11 сек. находятся в жидкой массе мономерных молекул. Они разрушаются и воссоздаются вновь, поэтому данная модель называется моделью «мерцающих скоплений». Объединение прочих кластеров является основой длительной структурной памяти воды, а быстро распадающихся — кратковременной. Содержащиеся в воде токсические соединения после удаления так изменяют ее структуру, что она оказывает повреждающее воздействие. Серьезным доказательством существования памяти воды является гомеопатия. Лечебное воздействие гомеопатических лекарств основывается на том следе, который они оставляют в структурной памяти воды. На главную страницу сайта ООО «Укрмедполис».

Газовые гидраты — Что такое Газовые гидраты?

Cуществование природных газовых гидратов было впервые признано в 1965 г., когда советские буровики обнаружили в Сибири резервуар гидратов метана

ИА Neftegaz.RU. Газовые гидраты — твердые кристаллические вещества — классические представители клатратных соединений, внешним видом напоминающие снег или рыхлый лед.
Способностью образовывать гидраты обладают все гидрофобные газы и легколетучие органические жидкости, молекулы которых имеют размеры в пределах 3,8-9,2 (Ar, N₂, O₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₈, изо-С₄Н₁₀, C_l2, CS₂, галогенопроизводные углеводородов С₁-С₄ и т.д.), а также некоторые гидрофильные соединения (СО₂, SO₂, окись этилена, тетрагидрофуран (ТГФ), ацетон), взаимодействие которых с водой достаточно слабое и не может препятствовать клатратообразованию.
Встречается в донных отложениях морей и океанов, в Арктике в районах распространения многолетнемерзлых пород и в пределах суши, в толщах мерзлых пород и подмерзлотных горизонтах, а также с глубин 300 м (в северных морях) и 600 м (в южных морях).
Газогидратные образования очень чувствительны к  изменению внешних условий (температуры, давления, засоленности и т.д.), что способно вызывать их разложение и освобождение огромных количеств газа.
Такой необратимый процесс может вызвать катастрофические последствия, такие как, подводные оползни,  выбросы метана при бурении, пожары, аварии, а также способствовать усилению парникового эффекта. 

Газовые гидраты (или газовые клатраты) представляют собой нестехиометрические кристаллические твердые вещества, состоящие из углеводородных газов, захваченных в полостях жесткой «клетчатой» решетки молекул воды.
Эти соединения содержат кластеры (2 или более) газозахватывающих многогранников, образованных 5-угольными и 6-гранно расположенными водородно-связанными молекулами воды.
Ван-дер-ваальсовы взаимодействия между захваченной (инкапсулированной) молекулой-гостем и окружающими стенками водной клетки стабилизируют и поддерживают отдельные многогранники, образующие гидратную решетку, и ограничивают поступательное движение молекулы-гостя.

Структуры гидратов подразделяются на 3 категории в зависимости от геометрии составляющих их водных клеток: кубические структуры I и II и гексагональной структуры H.

Каждая кристаллическая структура содержит геометрически различные водяные клетки с полостями разного размера, которые обычно вмещают только 1 гостевую молекулу в диаметре от 0,40 — 0,90 нм.
Гидраты структуры I (sI) представляют собой наиболее часто встречающиеся в природе гидратные структуры, которые заключают в себе молекулы малого диаметра (0,40-0,55 нм), такие как метан или газообразный этан.
Структуры II (sII) и H (sH) гидраты содержат большие гостевые молекулы, обычно пропан или изобутан для sII или комбинации метана и нексогексана или циклогептана для sH, но менее распространены в природе.

Для sI гидратов элементарная ячейка состоит из 46 молекул воды, расположенных в 2 небольших додекаэдрических клетках (каждая с двенадцатью 5-угольными гранями) и 6 больших тетрадекаэдрических клетках (каждая с 2 шестиугольными и 12 пятиугольными гранями)
При условии полной занятости идеальное молярное отношение гостя к воде для гидрата sI составляет 1: 5,75.

Газовые гидраты образуются в условиях высокого давления и низких температур, где присутствует достаточное количество газа и воды.
Требования по образованию гидратов ограничивают распространение гидратов природного газа 2 типами геологических мест:
— в условиях вечной мерзлоты на полярных континентальных шельфах

— в отложениях под дном океана.
Несмотря на то, что было разработано несколько различных моделей для описания механизмов, участвующих в образовании гидратов газа, существует общее мнение, что происхождение метана, сконцентрированного в природных гидратах, является либо микробным (генерируется анаэробным разложением органического вещества) или термогенный (образуется при термическом разложении органических веществ).

Отражательная сейсмология и отобранные образцы керна в основном используются для оценки запасов гидрата метана. Хотя образцы керна являются прямым доказательством наличия гидратов, их часто трудно получить в регионах с благоприятными условиями для гидратов.
И наоборот, отражательная сейсмология обычно используется в качестве косвенного метода для обнаружения отложений гидратов в недрах Земли.
Этот метод исследования отслеживает изменения в скоростях отраженных сейсмических волн, чтобы показать переходы между материалами с различной плотностью.
Расположение отложений гидрата метана определяется путем определения отражающих донных отражателей (BSR) на сейсмических профилях.
BSR интерпретируются как граница между областями гидратов и свободных газов в недрах.
В целом, оценки, основанные строго на BSR, считаются спекулятивными, так как гидратсодержащий осадок был извлечен из регионов без BSR и наоборот.
Таким образом, оценки глобальных скоплений гидратов метана варьируются в пределах 3 порядков (0,15 x 1015 — 3,05 x 1018 м3 метана на STP).
Тем не менее, даже консервативные оценки показывают, что значительное количество метанового газа сосредоточено в мелководной геосфере.

Несмотря на относительную величину и глобальное распространение месторождений газовых гидратов, существование природных газовых гидратов было впервые признано в 1965 г., когда буровики обнаружили резервуар гидратов метана во время бурения в Сибири тогда в СССР.
До этого открытия газовые гидраты были известны только в лабораторных условиях и в термодинамически благоприятных условиях, обнаруженных в нефтепроводах.
С момента этого открытия газовые гидраты привлекают интерес как потенциальный энергетический ресурс. 

Различие в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов

Различия в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов

«Свойства тел не случайны,

они зависят от свойств с

оставляющих их корпускул»

М.В. Ломоносов

В данной теме будет продолжен разговор об агрегатных состояниях вещества. Ранее речь шла о трёх агрегатных состояниях вещества – это твердое состояние, жидкое, и газообразное. Было выяснено, что твердые тела сохраняют и объём и форму. Жидкости легко меняют форму, но при этом сохраняют объём. Газы не имеют собственной формы и занимают весь предоставленный им объём. Например, вода на планете Земля встречается во всех трех состояниях. При этом и лёд, и вода, и водяной пар состоят из абсолютно одинаковых молекул. Изменение агрегатного состояния не влечет за собой изменение самих молекул.

Агрегатные состояния характеризуются расположением молекул, движением молекул и взаимодействием молекул. Твёрдые тела сохраняют свою форму и объём. Поэтому, молекулы в твердых телах расположены в строгом порядке и жестко связаны друг с другом. Из-за значительного взаимного притяжения и отталкивания, взаимное расположение молекул твердого тела достаточно сложно изменить. Тем не менее, беспорядочное движение все равно присутствует в твердых телах. Молекулы в твердых телах совершают небольшие колебания, т.е. молекулы двигаются из стороны в сторону, но тут же встречают отталкивание со стороны соседних молекул и возвращаются на свои места.

В жидкостях нет никакого определенного порядка расположения. Тем не менее, молекулы жидкости находятся очень близко (практически вплотную) друг к другу, поэтому, жидкости практически несжимаемы. Молекулы жидкости так же, как и молекулы твердых тел, колеблются. Но, помимо этого, они могут совершать перескоки, меняться местами, что, легко может привести к изменению формы. Именно этим и объясняется текучесть жидкостей.

В газах, молекулы находятся друг от друга на расстояниях во много раз превышающих размеры самих молекул. Поэтому, взаимное притяжение и взаимное отталкивание между молекулами газов очень незначительны. Это и приводит к тому, что газы не имеют формы и достаточно легко сжимаются. Поскольку молекулы практически не испытывают ни притяжения, ни отталкивания, они могут перемещаться с очень большими скоростями (по несколько сотен километров в час). Таким образом, в газах нет никакого порядка в расположении молекул.

Для наглядности можно провести некоторые аналогии. В твердых телах молекулы расположены в соответствии со строгим порядком и только колеблются. Это можно сравнить с тем, как ученики сидят на уроке. Ученики расположены в строгом порядке относительно друг друга (то есть сидят на определенных местах по рядам). При этом сидя на своём месте, ученик может совершать некоторые движения.

Аналогией жидкости может послужить метро в час-пик. Люди находятся очень близко друг к другу, но, тем не менее, каждый человек может переместиться из одного места в другое (точно так же, как молекула жидкости может перескочить из одного положения равновесия в другое).

Движение газа можно сравнить с движением футболистов. Они бегают по всему футбольному полю с большими скоростями и находятся на большом расстоянии друг от друга.

Известно, если нагревать лед, то он со временем, превратится в воду. Если продолжить нагревать воду, то она закипит и превратится в водяной пар. При каждом изменении агрегатного состояния будет изменяться характер движения и взаимодействия молекул. Рассмотрим данные процессы. Во льду молекулы жестко связаны и только колеблются. Когда лед понемногу начинает плавиться, происходит нарушение порядка. Некоторые молекулы уже способны перескакивать со своих мест на другие. В конце концов, порядок совсем нарушится, и молекулы то и дело будут перескакивать с места на место, но все еще находится вплотную друг к другу. По мере нагревания воды, скорости молекул будут увеличиваться. Некоторые молекулы наберут такую скорость, что смогут оторваться от поверхности воды, таким образом, покинув её. Такие молекулы уже будут находиться в газообразном состоянии. В итоге, вся вода выкипит, превратившись в пар. Молекулы теперь уже будут двигаться совершенно беспорядочно, очень слабо взаимодействуя друг с другом.

Данный процесс можно сравнить со школьным процессом. Ученики стоят на линейке. Все ученики стоят в определенном порядке, но никуда не перемещаются (это напоминает поведение молекул льда). Когда линейка заканчивается, ученики начинают расходится. Происходит нарушение порядка, и ученики уже не стоят ровными рядами, а образуют толпу, в которой они могут меняться местами (это уже похоже на поведение молекул жидкости). Далее ученики выбегают в коридор или на улицу, уже находясь на существенном расстоянии друг от друга, и перестают толкаться (то есть, не взаимодействуете с другими, а двигаетесь сами по себе). Это напоминает поведение молекул газа.

Основные выводы:

Глава 1

В предыдущем параграфе вы изучали свойства твёрдых тел, жидкостей и газов.

Объяснить свойства веществ можно, если знать их молекулярное строение.

Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях.

Так, например, вода, замерзая, становится твёрдым телом (лёд), а при кипении обращается в газообразное состояние (пар). Это три состояния одного и того же вещества (воды) — жидкое, твёрдое и газообразное. А если все три состояния воды — это состояния одного и того же вещества, значит, и молекулы его не отличаются друг от друга. Отсюда можно сделать вывод, что различные свойства вещества во всех состояниях определяются тем, что его молекулы расположены иначе и движутся по-разному.

Если газ сжимается и объём его уменьшается, следовательно, в газах расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул. Поскольку в среднем расстояния между молекулами в десятки раз больше размера молекул, то они слабо притягиваются друг к другу.

Молекулы газа, двигаясь во всех направлениях, почти не притягиваются друг к другу и заполняют весь сосуд. Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма.

Молекулы жидкости расположены близко друг к другу. Расстояния между каждыми двумя молекулами меньше размеров молекул, поэтому притяжение между ними становится значительным.

Молекулы жидкости не расходятся на большие расстояния, и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объём, но не сохраняет форму.

Рис. 31. Расположение молекул воды: а — во льду; б — в воде; в — в водяном паре

Поскольку притяжение между молекулами жидкости не так велико, то они могут скачками менять своё положение. Жидкости не сохраняют свою форму и принимают форму сосуда. Они текучи, их легко перелить из одного сосуда в другой.

Жидкость трудно сжимается, так как при этом молекулы сближаются на расстояние, когда заметно проявляется отталкивание.

Модель кристаллической решётки железа

В твёрдых телах притяжение между молекулами (атомами) ещё больше, чем у жидкостей. Поэтому в обычных условиях твёрдые тела сохраняют свою форму и объём.

В твёрдых телах молекулы (атомы) расположены в определённом порядке. Это лёд, соль, металлы и др. Такие тела называются кристаллами.

Молекулы или атомы твёрдых тел колеблются около определённой точки и не могут далеко переместиться от неё. Твёрдое тело поэтому сохраняет не только объём, но и форму.

Расположение молекул воды в трёх разных состояниях показано на рисунке 31: газообразном — водяной пар (рис. 31, в), жидком — вода (рис. 31, б) и твёрдом — лёд (рис. 31, а).

1. Каково расположение молекул газа? 2. Чем объясняется способность жидкостей сохранять свой объём? 3. Как расположены частицы в твёрдых телах?

1.Налейте в пластиковую бутылку воды доверху и закройте крышкой. Попытайтесь сжать в ней воду. Затем вылейте воду, снова закройте бутылку. Теперь попробуйте сжать воздух. Объясните результаты опыта.

2.На блюдце с холодной водой поставьте перевёрнутый очень тёплый стакан. Через 15—20 мин проследите за уровнем воды в стакане и блюдце. Объясните результат опыта.

• Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.
• Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении.
• Молекулы одного вещества при соприкосновении могут проникать в межмолекулярные промежутки другого вещества, т. е. происходит диффузия.
• Между молекулами вещества существует взаимодействие — взаимное притяжение и отталкивание.
• В природе вещество может находиться в любом из трёх агрегатных состояний: твёрдом, жидком, газообразном.

1.Мельчайшей частицей вещества, сохраняющей его свойства, является

А. атомВ. броуновская частица

Б. молекулаГ. кислород

2.Броуновское движение — это

А.хаотическое движение очень мелких твёрдых частиц, находящихся в жидкости

Б.хаотическое проникновение частиц одного вещества между частицами другого

В.упорядоченное движение твёрдых частиц, находящихся в жидкости

Г.упорядоченное движение молекул жидкости

3.Диффузия может проходить

А.только в газах

Б.только в жидкостях и газах

В.только в жидкостях

Г.в жидкостях, газах и твёрдых телах

4.Не имеют собственной формы и постоянного объёма

А.жидкости

Б.газы

В.твёрдые тела

Г.жидкости и газы

5.Между молекулами

А.существует только взаимное притяжение

Б.существует только взаимное отталкивание

В.существует взаимное притяжение и отталкивание

Г.не существует взаимодействия

6.Диффузия протекает быстрее

А.в твёрдых телах

Б.в жидкостях

В.в газах

Г.во всех телах одинаково

Выполните задания, предложенные в электронном приложении.

Глава 16. Свойства газов, жидкостей и твердых тел.Фазовые переходы. Влажность

Задачи и вопросы, в которых рассматриваются свойства газов, жидкостей и твердых тел, а также переходы между ними (фазовые переходы), входят в программу школьного курса физики и часто включаются в ЕГЭ.

Начнем со свойств трех агрегатных состояний вещества. Плотности жидкостей и твердых тел близки друг к другу, но сильно отличаются от плотности газа. Отсюда следует, что расстояния между молекулами в жидкости и твердом теле не сильно отличаются друг от друга, но гораздо меньше расстояния между молекулами в газе. Различие же молекулярного строения жидкостей и твердых тел заключается в том, что большинство твердых тел имеют кристаллическую структуру: их молекулы располагаются в определенном порядке, повторяя определенную структурную единицу, которая называется элементарной ячейкой. Различают моно- и поликристаллы. Монокристаллом называется такое кристаллическое тело, порядок в расположении молекул которого имеет место вдоль всего тела. Очень часто монокристаллическое тело обладает правильной геометрической формой. Поликристалл представляет собой совокупность связанных друг с другом, хаотически ориентированных по отношению друг к другу маленьких монокристаллов.

Из-за того, что разные направления в элементарной ячейке кристалла неэквивалентны, ряд его физических свойств, таких как прочность, электро- или теплопроводность неодинаковы в различных направлениях. Это свойство кристалла называется анизотропией. Конечно, это касается только монокристалла. Поликристаллы из-за различных ориентаций монокристаллических частей являются изотропными. Также изотропными являются жидкости, молекулы которых расположены беспорядочно.

Существуют, однако, такие тела, которые являются твердыми, но в расположении молекул которых нет кристаллического порядка. Такие тела называются аморфными. Аморфными являются биополимеры, стекло и ряд других веществ. Отсутствие порядка в расположении молекул проявляется в отсутствие у аморфных тел строго определенной температуры плавления (см. ниже).

Как показывает опыт, при изменении температуры и внешнего давления возможны переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое. Переход кристаллического твердого тела в жидкое называется плавлением, обратный процесс — кристаллизацией. Переход жидкости в пар называется испарением (или кипением, если этот процесс сопровождается образованием пузырьков пара в жидкости), обратный процесс — конденсацией. Плавление и кристаллизация твердых (кристаллических) тел происходит при строго определенной для каждого вещества (при фиксированном давлении) температуре. При плавлении необходимо сообщить твердому телу энергию, которая расходуется не на нагревание тела, а на разрыв кристаллических связей между его молекулами. При кристаллизации эта дополнительная энергия выделяется. Плавление аморфных тел происходит по-другому: при увеличении температуры они плавятся постепенно (т.е. становятся более мягкими и пластичными), и невозможно указать такую температуру, ниже которой тело твердое, выше — жидкое.

При испарении жидкостей молекулы вылетают с их поверхности и переходят в газовую фазу. При этом из жидкости могут вылететь только самые быстрые молекулы, поэтому температура жидкости в процессе испарения понижается. Испарение может происходить при любой температуре (за исключением абсолютного нуля), однако с ростом температуры интенсивность испарения возрастает.

Благодаря хаотическому тепловому движению наряду с процессом испарения идет и обратный процесс — конденсация пара, — в результате которого молекулы пара могут вернуться в жидкость. Поскольку скорость процесса конденсации зависит от плотности пара над поверхностью жидкости, при определенной концентрации пара скорости процессов испарения и конденсации совпадают. В этом состоянии не происходит изменения количества жидкости и пара, и устанавливается динамическое равновесие между жидкостью и паром. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным. Насыщенный пар — это пар максимально возможной плотности (при фиксированной температуре). Действительно, если плотность пара станет больше плотности насыщенного пара, то скорость процесса конденсации станет больше скорости испарения — излишек пара сконденсируется, а оставшийся пар станет насыщенным. Пар, имеющий плотность, меньшую плотности насыщенного пара при данной температуре, называется ненасыщенным.

Поскольку скорость процесса испарения зависит от температуры жидкости, динамическое равновесие между жидкостью и ее паром при большей температуре установится при бóльших концентрациях пара. Это значит, что концентрация насыщенного пара возрастает с температурой, и, следовательно, его давление растет с ростом температуры быстрее, чем по линейному закону.

Характеристикой воздуха, в котором находятся водяные пары, является его относительная влажность , которая показывает какую долю парциальное давление данного пара (или его концентрация) составляет от давления (или концентрации) насыщенного пара при данной температуре :

(16.1)

Если, например, парциальное давление водяного пара в воздухе при некоторой температуре равно , а давление насыщенного пара при этой температуре равно , то относительная влажность этого воздуха составляет 50 %. Очевидно, изменяя температуру и объем воздуха можно менять его относительную влажность. Поскольку концентрация насыщенного пара зависит от температуры, при нагревании воздуха, в котором находится неизменное количество водяных паров, будет убывать его относительная влажность, при охлаждении — возрастать. Если в последнем процессе относительная влажность достигает 100 %, излишек пара конденсируется и при дальнейшем охлаждении относительная влажность не изменяется. Процесс конденсации излишка пара при охлаждении можно наблюдать прохладными ночами летом, когда выпадает роса и образуется туман (маленькие капельки воды). Температура, при которой пар становится насыщенным и образуется конденсат, называется точкой росы этого пара. Также можно изменять относительную влажность воздуха, уменьшая или увеличивая его объем при неизменной температуре. В первом процессе растет концентрация пара (и, следовательно, его относительная влажность), во втором убывает. Конечно, в этих рассуждениях предполагается, что масса водяного пара не изменяется (т.е. не происходит дополнительного испарения воды или конденсации пара).

Процесс испарения жидкости с образованием пузырьков внутри нее называется кипением. Причина кипения заключается в следующем. Благодаря хаотическому тепловому движению в жидкости всегда образуются микроскопические пузырьки пара. Поскольку они очень малы, пар в них мгновенно становится насыщенным. Дальнейшая «судьба» этих пузырьков зависит от соотношения давлений: внутреннего, которое равно давлению насыщенного пара при данной температуре, и внешнего, которое равно давлению атмосферного воздуха (в пренебрежении гидростатическим давлением жидкости). Если внутреннее давление меньше внутреннего, пузырек пара пропадет, а пар из него перейдет в жидкость, если наоборот — пузырек будет расширяться, при этом за счет интенсивного испарения жидкости с поверхности пузырька, пар в нем будет оставаться насыщенным. Затем такие пузырьки всплывают, и пар из них уходит из жидкости. Таким образом, кипение жидкости происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара этой жидкости равно атмосферному давлению.

В задаче 16.1.1 жидкому состоянию отвечает рисунок 2. На рисунке 1 представлена схема расположения молекул кристаллического тела (есть порядок в расположении молекул), на рисунке 3 — газ (малая по сравнению с двумя другими состояниями концентрация молекул). Поэтому в процессе перехода вещества из жидкого состояния в кристаллическое (кристаллизации) существенно возрастает упорядоченность в расположении молекул (задача 16.1.2 — ответ 4).

Горизонтальный участок графика в задаче 16.1.3 отвечает плавлению. Действительно, в течение процесса, которому отвечает горизонтальный участок графика, энергия телу сообщалась, а его температура не изменялась. Единственная возможность объяснить эту «потерю» энергии, это допустить, что сообщаемая энергия расходовалась на разрыв кристаллических связей между молекулами. Поэтому температура плавления вещества — 50 (ответ 3), при этом в начале горизонтального участка имеется только твердое вещество, в конце — только жидкость, в промежуточных состояниях — смесь твердого тела и жидкости. Таким образом, из этого опыта следует, что для превращения любого твердого тела при температуре плавления (например, льда при температуре ) в жидкость нужно затратить некоторую энергию (правильный ответ в задаче 16.1.4 — 2). Поэтому внутренняя энергия жидкости при температуре плавления больше внутренней энергии твердого тела при той же температуре (задача 16.1.5 – ответ 1).

По этой же причине в процессе кристаллизации, который является обратным плавлению, энергия выделяется. Например при превращении воды, имеющей температуру , в лед, имеющий ту же температуру, выделяется определенная энергия (задача 16.1.6 — ответ 1).

Металлы проводят электрический ток, причем проводимость металла осуществляется электронами, оторвавшимися от атомов металла (свободные электроны). А поскольку электроны заряжены отрицательно, в узлах кристаллической решетки металла находятся положительно заряженные ионы (задача 16.1.7 — ответ 3).

Как это описано во введении к настоящей главе, аморфное тело является твердым, но отличается от кристаллического тела отсутствием кристаллической структуры (задача 16.1.8 — ответ 1). Среди веществ, перечисленных в задаче 16.1.9, аморфным является только стекло (ответ 1). Аморфное тело отличается от монокристаллического отсутствием определенной температуры плавления и изотропией (задача 16.1.10 — ответ 2).

В задаче 16.2.1 на первый взгляд кажется, что влажный воздух тяжелее сухого, поскольку во влажном воздухе содержатся дополнительное количество воды. Это, однако, не так, ведь требуется сравнить массы сухого и влажного воздуха при одинаковых давлениях, а если добавить в сухой воздух молекулы воды, не убирая молекулы собственно воздуха, то давление смеси увеличится. По закону Дальтона (см. гл. 13) давление смеси определяется полным числом молекул газа независимо от их природы. Поэтому чтобы давление сухого и влажного воздуха было одинаковым, число молекул в сухом и влажном воздухе должно быть одинаковым. А поскольку молярная масса воздуха 29 г/моль больше молярной массы воды 18 г/моль, то каждая («усредненная») молекула воздуха тяжелее молекулы воды. Поэтому сухой воздух тяжелее влажного при одинаковых давлении и температуре (ответ 1).

Как отмечалось во введении, жидкости могут испаряться при любой температуре (задача 16.2.2 — ответ 4).

Диффузией называется процесс взаимного проникновения молекул двух разных газов или жидкостей благодаря хаотическому тепловому движению. Поэтому при повышении температуры из-за увеличения скорости теплового движения молекул процесс диффузии ускоряется (задача 16.2.3 — ответ 1).

При испарении из жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, т.е. молекулы, кинетическая энергия которых превышает среднюю кинетическую энергию молекул жидкости (задача 16.2.4 — ответ 2).

По определению насыщенный пар — это такой пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью (задача 16.2.5 — ответ 3).

При двукратном увеличении объема сосуда в задаче 16.2.6 при условии, что воды в сосуде нет, и дополнительного испарения не происходит, концентрация водяного пара уменьшается в два раза и, следовательно, составляет половину от концентрации насыщенного пара, каковым пар в сосуде был в начале процесса. Поэтому пар в сосуде перестанет быть насыщенным, его относительная влажность станет равна 50 % (ответ 3).

Наоборот, пар можно сделать насыщенным, либо увеличивая его концентрацию, либо уменьшая температуру при неизменной концентрации (поскольку при этом уменьшается давление насыщенного пара). В свою очередь концентрацию пара можно увеличить, испаряя в воздух дополнительное количество воды, либо уменьшая его объем. Поэтому из данных в задаче 16.2.7 ответов подходит только ответ 2.

Относительная влажность воздуха показывает, какую долю от давления насыщенного пара при данной температуре представляют собой давление паров воды в этом воздухе. Поэтому давление насыщенного пара в задаче 16.2.8 равно (ответ 1).

Давление водяного пара в воздухе в задаче 16.2.9 составляет одну двадцатую от давления насыщенного пара при данной температуре. Поэтому относительная влажность этого воздуха равна 5 % (ответ 2).

Кипение возникает, если давление насыщенного водяного пара совпадает с внешним давлением. Поэтому при увеличении внешнего давления кипение будет происходить при такой температуре, при которой возрастет давление насыщенного водяного пара. А поскольку давление насыщенного пара увеличивается при повышении температуры, то при увеличении внешнего воздействия температура кипения жидкости будет возрастать (задача 16.2.10 — ответ 2).

Строение твердых, жидких и газообразных тел

Опыты и примеры показали нам, какие свойства имеют твердые, жидкие и газообразные тела.

Знания о строении вещества помогут объяснить эти свойства.

Лед, вода и водяной пар — три агрегатных состояния одного и того же вещества — воды. Значит, молекулы льда, воды и водяного пара не отличаются друг от друга. А раз так, то эти три состояния различаются не молекулами, а тем, как эти молекулы расположены и как движутся.

Как же расположены и как движутся молекулы газа, жидкости и твердого тела?

Газ можно сжать так, что его объем уменьшится в несколько раз. Значит, в газах расстояние между молекулами много больше размеров самих молекул. В среднем расстояния между молекулами газов в десятки раз больше размеров самих молекул. На таких расстояниях молекулы очень слабо притягиваются друг к другу. По этой причине газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Нельзя заполнить газом, например, половину бутылки или стакана, так как, двигаясь во всех направлениях и почти не притягиваясь друг к другу, молекулы газа быстро заполнят весь сосуд.

Свойства жидкостей объясняются тем, что промежутки между их молекулами малы: молекулы в жидкостях упакованы так плотно, что расстояние между каждыми двумя молекулами меньше размеров молекул. На таких расстояниях притяжение молекул друг к другу уже значительно. Поэтому молекулы жидкости не расходятся на большие расстояния и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объем. Однако притяжение молекул жидкости еще не настолько велико, чтобы жидкость сохраняла свою форму. Этим объясняется то, что жидкости в условиях действия силы тяжести принимают форму сосуда, в котором находятся, и то, что их легко разбрызгать и перелить в другой сосуд.

Сжимая жидкость, мы сближаем ее молекулы настолько, что они начинают отталкиваться друг от друга. Вот почему жидкость так трудно сжать.

Твердые тела в обычных условиях сохраняют и объем, и форму. Это объясняется тем, что притяжение между их частицами еще больше, чем у жидкостей.

Частицы (молекулы или атомы) большинства твердых тел, таких, как лед, соль, алмаз, металлы, расположены в определенном порядке.

Такие твердые тела называют кристаллическими. Хотя частицы этих тел и находятся в движении, но движение это представляет собой колебания около определенных точек (положений равновесия). Частицы не могут уйти далеко от этих точек, поэтому твердое тело сохраняет свою форму и объем.

На рисунке 80 показано расположение молекул одного и того же вещества — воды в трех разных состояниях: твердом (а), жидком (б) и газообразном (в). Различие в расположении и движении молекул в этих состояниях объясняет различие в свойствах льда, воды и водяного пара.Подведем итоги. Изучение строения вещества показывает, что:

1) все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул и атомов;

2) частицы вещества непрерывно и беспорядочно движутся;

3) частицы вещества взаимодействуют друг с другом.

Эти три положения называют основными положениями молекулярно-кинетической теории (от греческого слова «кинема» – движение) строения вещества.

1. Имеется ли отличие между молекулами льда, воды и водяного пара? 2. Почему газы заполняют весь предоставленный им сосуд? 3. Чем объясняется очень малая сжимаемость жидкостей? 4. Почему кристаллические тела сохраняют свою форму и объем? 5. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетической теории.

Структура льда | Химия для неосновных

Цели обучения

• Опишите структуру льда.
• Объясните, почему лед менее плотен, чем жидкая вода.

Вы когда-нибудь катались на коньках?

Лед — интересный и полезный материал. Его можно использовать для охлаждения продуктов и сохранения их свежести. Он может обеспечить отдых, например, катание на коньках. При замерзании лед может нанести большой ущерб — дороги могут прогнуться, дома могут быть повреждены, водопроводные трубы могут лопнуть.Все это происходит из-за уникального свойства воды и льда. Когда вода замерзает, она увеличивается в объеме за счет образования льда.

Структура льда

Жидкая вода — это жидкость. Водородные связи в жидкой воде постоянно разрываются и восстанавливаются, когда молекулы воды проносятся мимо друг друга. По мере охлаждения воды ее молекулярное движение замедляется, и молекулы постепенно приближаются друг к другу. Плотность любой жидкости увеличивается с понижением ее температуры.Для большинства жидкостей это продолжается, когда жидкость замерзает, и твердое состояние становится более плотным, чем жидкое состояние. Однако вода ведет себя иначе. На самом деле максимальная плотность достигается при температуре около 4 ° C.

Плотность воды и льда

Температура (° C)	Плотность (г / см 3 )
100 (жидкость)	0.9584
50	0,9881
25	0,9971
10	0,9997
4	1.000
0 (жидкость)	0,9998
0 (сплошной)	0.9168

Между 4 ° C и 0 ° C плотность постепенно уменьшается, поскольку водородные связи начинают образовывать сеть, характеризующуюся обычно гексагональной структурой с открытыми пространствами в середине шестиугольников.

Рис. 1. Структура жидкой воды (слева) состоит из молекул, соединенных короткоживущими водородными связями, потому что вода — это жидкость. Во льду (справа) водородные связи становятся постоянными, в результате чего образуется взаимосвязанный гексагональный каркас молекул.

Лед менее плотный, чем жидкая вода, поэтому он плавает. Пруды или озера начинают замерзать на поверхности, ближе к холодному воздуху. Слой льда образуется, но не тонет, как если бы вода не имела этой уникальной структуры, обусловленной ее формой, полярностью и водородными связями. Если бы лед затонул при замерзании, замерзли бы целые озера. Поскольку лед не тонет, жидкая вода остается подо льдом всю зиму. Это важно, поскольку рыбы и другие организмы способны пережить зиму.Лед — одно из очень немногих твердых тел, которое менее плотно, чем его жидкая форма.

Сводка

• Лед менее плотный, чем жидкая вода.
• В межмолекулярной структуре льда есть пространства, которых нет в жидкой воде.

Практика

Воспользуйтесь ссылкой ниже, чтобы ответить на следующие вопросы:

1. Что делают водородные связи в жидкой воде?
2. Какова структура льда?
3. Сколько молекул воды взаимодействуют в воде? Во льду?

Обзор

1. Что происходит с плотностью большинства жидкостей при понижении температуры?
2. Как меняется плотность воды при температуре выше 4 ° C?
3. Как изменяется плотность воды ниже 4 ° C?

Глоссарий

• плотность: Концентрация вещества.Увеличивается при понижении температуры.
• шестиугольник: Имеет форму шестиугольника.

Изменяющееся состояние — Плавление | Глава 2: Состояния материи

Попросите учащихся посмотреть, как тает небольшой кусок льда.

Покажите студентам видеосюжет «Лед тает на разных поверхностях».

На этом видео лед помещен на две похожие на вид черные поверхности — алюминиевая и пластиковая.Лед тает на алюминии быстрее, потому что он лучше проводит теплоту, чем пластик.

Обсудите наблюдения студентов.

Спросите студентов:

Как вы думаете, откуда взялась энергия, чтобы растопить лед?

Энергия исходит от воздуха и поверхности, на которую кладется лед, оба имеют комнатную температуру. Поскольку комнатная температура теплее, чем температура льда, энергия передается от поверхности и воздуха ко льду.

Как вы думаете, что произошло со скоростью молекул льда, когда он нагрелся?

Молекулы воды двигались быстрее.

Раздайте каждому учащемуся лист с упражнениями.

Студенты будут записывать свои наблюдения и отвечать на вопросы о деятельности в листе действий. «Объясни это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это». Дальнейшие разделы рабочего листа будут заполнены либо в классе, либо в группах, либо индивидуально, в зависимости от ваших инструкций.Посмотрите на версию листа с заданиями для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

Дайте студентам время ответить на первые два вопроса в листе задания.

Попросите учащихся узнать, как заставить лед таять быстрее.

Задайте вопрос для исследования:

• Как сделать так, чтобы лед таял быстрее?

Помогите учащимся спланировать и провести эксперимент, спросив:

Как вы могли бы поставить эксперимент для проверки вашего метода?

Учащиеся могут предложить подышать льдом, держа его в руке, или поместить лед в воду комнатной температуры или в теплую воду.Любой из этих методов подойдет, но постарайтесь, чтобы учащиеся подумали о включении элемента управления в эксперимент. В каждом случае им понадобятся два куска льда одинакового размера — один, который они каким-то образом нагревают, а другой — нет.

Вот один метод, который студенты могут попробовать:

Вопрос для расследования

Будет ли лед, помещенный в воду, таять быстрее?

Материалы

• 2 маленьких кусочка льда
• 2 маленьких прозрачных пластиковых стакана
• Вода

Процедура

1. Добавьте в чашку воды комнатной температуры, пока она не наполнится примерно на ½.

2. Положите небольшой кусочек льда в воду, а другой — в чашку без воды.

Ожидаемые результаты

Лед, помещенный в воду, тает быстрее, чем лед в воздухе. Поскольку вода и воздух имеют комнатную температуру, может быть неочевидно, почему лед в воде тает быстрее. В воде так много молекул, которые могут контактировать со льдом, что передача тепла льду в воде намного эффективнее и быстрее, чем в воздухе.

Дайте студентам время написать свою процедуру и ответить на вопрос в листе деятельности.

Показать анимацию таяния льда.

Показать анимацию «Тающий лед».

Укажите, что молекулы воды во льду вибрируют, но не движутся друг мимо друга. С повышением температуры они начинают больше вибрировать. В конце концов, их движение преодолевает их привлекательность, и они больше не могут оставаться в своей упорядоченной кристаллической структуре.По мере таяния льда упорядоченная структура разрушается, и молекулы воды движутся мимо друг друга и фактически сближаются, превращаясь в жидкую воду.

Спроецировать изображение Лед и вода

Спросите студентов

Как изменилось движение и расположение молекул воды по мере таяния льда?

Когда энергия передается молекулам воды во льду, движение молекул увеличивается. Движение молекул увеличивается настолько, что преодолевает притяжение молекул воды друг к другу, в результате чего лед тает.

Сравните движение и расположение молекул вещества (не воды) для каждого состояния вещества.

Спроецировать изображение состояний материи.

Объясните, что диаграмма иллюстрирует движение и расположение атомов или молекул в одном веществе (не в воде), когда оно изменяется между твердым телом, жидкостью и газом.

Попросите учащихся сравнить изменения состояния большинства веществ с изменениями состояния воды.

Спроецируйте изображение «Состояния воды».

Сообщите студентам, что движение молекул воды в каждом состоянии вещества аналогично тому, что происходит с большинством веществ. Добавление энергии увеличивает движение молекул и заставляет их расходиться дальше друг от друга. Удаление энергии уменьшает движение молекул и заставляет их сближаться. Но вода делает что-то очень необычное, когда замерзает, превращаясь в лед. Молекулы, которые двигались все ближе и ближе друг к другу, отдаляются друг от друга, организуясь в образ разомкнутого кольца, показанный ниже для льда.Вот почему при замерзании лед расширяется.

Спросите студентов:

Подробнее об изменениях энергии и состояния читайте в разделе «Биография учителя».

Чем изменения состояния воды похожи и отличаются от изменений состояния большинства других веществ?

Для воды или любого другого вещества движение молекул увеличивается при добавлении энергии и уменьшается при ее удалении. Основное отличие воды от других веществ — это расположение молекул твердого вещества и жидкости.В воде молекулы льда дальше друг от друга, чем в жидкой воде. Это необычно, потому что молекулы твердых тел в большинстве других веществ расположены ближе друг к другу, чем в жидком состоянии.

Предложите группам использовать свои молекулы воды для моделирования замерзания, таяния, испарения и конденсации.

Процедура

Спроецировать изображение Лед.

Пусть каждая группа расположит свои молекулы воды в шестигранное кольцо льда.Попросите учащихся осторожно обращаться с моделями, потому что они понадобятся им на других уроках.

Тает льда

Попросите учащихся использовать свои модели, чтобы показать, что происходит при таянии льда. Обратите внимание на то, что молекулы воды ближе друг к другу, чем они были, как лед. Студенты могли показать молекулы воды, движущиеся друг мимо друга.

Испарение воды

Попросите учащихся использовать свои молекулы, чтобы смоделировать, что произошло бы, если бы вода нагрелась, а молекулы испарились.Студенты должны показать, как молекулы воды движутся быстрее, отделяются от других молекул и попадают в воздух.

Конденсация водяного пара

Попросите учащихся использовать свои молекулы, чтобы смоделировать, что произошло бы, если бы водяной пар был достаточно охлажден, чтобы вызвать его конденсацию. Учащиеся должны показать, как молекулы воды в воздухе замедляются и соединяются вместе, но при этом движутся мимо друг друга как жидкая вода.

Соберите молекулы воды.Эти модели будут снова использованы в главе 5, урок 1.

Проведите демонстрацию для сравнения таяния обычного льда и сухого льда.

Сообщите учащимся, что сухой лед — это замороженный углекислый газ. Углекислый газ должен быть очень холодным, чтобы стать твердым (около -78 ° C или -109 ° F).

Препарат

Для этой демонстрации вам понадобится немного сухого льда.Если у вас нет сухого льда, покажите видео «Сухой лед».

Вопрос для расследования

Тает ли сухой лед так же, как и обычный лед?

Материалы

• Лед
• Сухой лед
• Бумажное полотенце коричневое
• Холодная вода
• Горячая вода (около 50 ° C)

Процедура

1. Положите кусок сухого льда и кусок обычного льда на коричневое бумажное полотенце.

Ожидаемые результаты

Через некоторое время лед начнет таять, и бумажное полотенце вокруг льда станет влажным и темнее. Бумажное полотенце вокруг сухого льда останется сухим и не потемнеет. Если вы заметили небольшое темное пятно на бумажном полотенце рядом с сухим льдом, возможно, водяной пар из воздуха сконденсировался на сухом льду и растаял на бумажном полотенце.

Если ученики видят туманный белый туман, исходящий от сухого льда, сообщите им, что это не сам углекислый газ.Двуокись углерода не имеет цвета, запаха и невидима. Туманный дым или туман — это на самом деле водяной пар в воздухе, который становится достаточно холодным, чтобы конденсироваться. Водяной пар охлаждается сухим льдом и холодным углекислым газом. Туман имеет тенденцию дрейфовать вниз, потому что он переносится углекислым газом, который более плотен, чем окружающий его воздух.

Обсудите наблюдения студентов и представьте идею о том, что некоторые вещества могут непосредственно превращаться из твердого тела в газ.

Спросите студентов:

Тает ли обычный лед и сухой лед одинаково?

Нет. Обычный лед превращается в жидкость, которую вы видите на коричневом бумажном полотенце. Сухой лед не превращается в жидкость.

Объясните студентам: причина того, что сухой лед не делает бумажное полотенце влажным, заключается в том, что оно не тает. Когда энергия передается на сухой лед, твердая двуокись углерода не плавится до жидкой двуокиси углерода.Вместо этого твердое вещество превращается непосредственно в газ. Этот процесс называется сублимацией. Сублимация происходит, когда молекулы твердого тела движутся достаточно быстро, чтобы преодолеть притяжение других молекул и стать газом. Поскольку замороженный углекислый газ никогда не переходит в жидкость при нормальном давлении, его называют сухим льдом.

Покажите студентам, что происходит, когда сухой лед помещается в воду.

Поместите кусок сухого льда в воду, а затем добавьте немного средства для мытья посуды или посмотрите видео «Сухой лед в воде».

Ожидаемые результаты

Сформируются пузыри и образуется туманный белый туман. Поскольку вода намного теплее, чем сухой лед, энергия передается от воды к сухому льду, в результате чего он превращается из твердого вещества в газ и пузырится через воду. После добавления моющего средства образуется холмик из пузырьков.

Студентам будет интересно узнать, какой туман выходит из чашки. Скажите им, что некоторая вода превращается в водяной пар в пузырьках углекислого газа, а затем конденсируется.Это вызывает туман внутри пузырьков, который улетучивается, когда пузырь лопается.

Спросите студентов:

Вы видели, что сухой лед очень быстро сублимируется в воде. Что можно сделать, чтобы сухой лед сублимировался еще быстрее?

Есть несколько способов ускорить возгонку сухого льда. Один из вариантов — положить сухой лед в горячую воду.

Поместите кусок сухого льда в стакана холодной воды, а другой кусок — в стакана горячей воды.Или покажите видео «Сухой лед в горячей и холодной воде».

Ожидаемые результаты:

Гораздо больше тумана будет образовывать чаша с горячей водой.

Сообщите учащимся, что при помещении сухого льда в горячую воду образуется больше тумана, поскольку передача энергии и сублимация происходят быстрее. Это приводит к более быстрому образованию тумана.

8.12: Лед и вода — Chemistry LibreTexts

Следующим простейшим и, безусловно, самым важным примером водородной связи является та, которая возникает в H ₂ O.Опять же, есть явные доказательства наличия водородных связей в структуре твердого тела. На рис. 1 показаны две компьютерные схемы кристаллической решетки льда. В модели ясно видно, что каждый атом O окружен четырьмя атомами H, расположенными тетраэдрически. Два из них находятся на расстоянии 99 пм и явно ковалентно связаны с атомом O. Два других находятся на расстоянии 177 часов вечера.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) . Два компьютерных изображения структуры льда. Молекулы воды расположены так, что каждый атом кислорода окружен четырьмя атомами водорода в тетраэдрической геометрии.Два из этих атомов ковалентно связаны с кислородом, а два других — водородными связями с кислородом.

Они ковалентно связаны с другими атомами O, но связаны водородными связями с атомом, о котором идет речь. Ситуация такова:

Как и в случае с HF, расстояние между молекулами аномально короткое. Сумма ван-дер-ваальсовых радиусов H и O составляет 260 пм, что значительно больше наблюдаемых 177 пм.

Тетраэдрическая ориентация атомов H вокруг атомов O, возникающая в результате образования водородных связей, оказывает сильное влияние на свойства льда и жидкой воды.На диаграмме заполнения пространства льда большая часть электронной плотности каждого атома H и O заключена в граничной поверхности. Как видите, водородная связь заставляет молекулы H ₂ O принимать довольно открытую структуру с гексагональными каналами, проходящими через нее. Эти каналы содержат почти идеальный вакуум — в них есть небольшая электронная плотность от окружающих атомов, но ничего больше.

Когда лед тает, некоторые водородные связи разрываются, и жесткая кристаллическая решетка несколько разрушается.Гексагональные каналы частично заполняются, и объем заданного количества H ₂ O уменьшается. Это причина того, что лед менее плотный, чем вода, и будет плавать по нему. Когда температура поднимается выше 0 ° C, разрывается больше водородных связей, заполняется больше пустого пространства, а объем продолжает уменьшаться. К моменту достижения 4 ° C увеличенные скорости молекул позволяют каждой молекуле H ₂ O отталкивать своих соседей дальше. Это противодействует эффекту разрыва водородных связей, и объем заданного количества H ₂ O начинает увеличиваться с температурой.

Большинство твердых тел расширяются при плавлении, а соответствующие жидкости непрерывно расширяются с повышением температуры, поэтому поведение воды довольно необычно. Это также чрезвычайно важно для окружающей среды. Когда вода замерзает в небольших трещинах в камне, больший объем льда может разбить камень на более мелкие части. В конечном итоге они становятся способными поддерживать жизнь растений, и поэтому вода способствует образованию плодородной почвы. То же самое происходит с дорогами и является причиной новых трещин и выбоин на дорогах после холодной зимы.Эксперимент с ледяной бомбой, показанный ниже, является, пожалуй, наиболее ярким примером расширения воды в замороженном состоянии.

На видео вода наливается в чугунную емкость, которая плотно закрыта. Затем контейнер помещают в ил ацетон / сухой лед, имеющий температуру -77 ° C. По прошествии короткого периода времени лед замерзает, расширяется и вызывает взрыв чугунного контейнера, срывая крышку ванны с ацетоном / сухим льдом и распыляя саму ванну повсюду. Несмотря на то, что чугунный контейнер имел стенки толщиной в дюйма, давление расширяющегося льда все же могло разорвать его на части.

Поскольку максимальная плотность воды составляет 4 ° C, вода с такой температурой опускается на дно глубокого озера, обеспечивая относительно однородную среду круглый год. Если бы лед опустился на дно, как это произошло бы с большинством замерзающих жидкостей, поверхность озера не была бы изолирована от холодного зимнего воздуха. Оставшаяся вода кристаллизовалась бы намного быстрее, чем это происходит на самом деле. В мире, где лед был плотнее воды, рыбам и другим водным организмам пришлось бы выдерживать замораживание в течение длительного времени.

Водородные связи также вносят вклад в аномально большое количество тепла, которое требуется для плавления, кипения или повышения температуры данного количества воды. Тепловая энергия требуется для разрыва водородных связей, а также для ускорения движения молекул воды, поэтому данное количество тепла повышает температуру грамма воды меньше, чем почти любой другой жидкости. Даже при 100 ° C остается очень много неразрывных водородных связей, и для испарения моля воды требуется почти в 4 раза больше тепла, чем можно было бы ожидать, если бы водородных связей не было.Эта сверхбольшая потребность в энергии является причиной того, что вода имеет более высокую температуру кипения, чем любые другие гидриды.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) Температуры кипения гидридов неметаллов в зависимости от периода, в котором они встречаются в периодической таблице. Обратите внимание на аномально высокие температуры кипения H ₂ O, HF и NH ₃ во втором периоде.

Тот факт, что для плавления, кипения или повышения температуры воды требуется много тепла, делает эту жидкость идеальной для передачи тепла из одного места в другое.Вода используется инженерами в автомобильных радиаторах, системах водяного отопления и коллекторах солнечной энергии. Более того, циркуляция (в кровотоке) и испарение (из кожи) воды регулируют температуру человеческого тела. (У вас от 55 до 65 процентов воды для женщин и от 65 до 75 процентов для мужчин.) По этой (а также по многим другим причинам) вода является важным компонентом живых систем. Способность воды накапливать тепловую энергию также является важным фактором, влияющим на мировой климат.Люди, живущие вблизи больших озер или океанов, испытывают меньшие колебания температуры между зимой и летом, чем те, кто населяет такие места, как Сибирь, в тысячах километров от значительного водоема. Океанские течения, такие как Гольфстрим, переносят тепло из тропиков в районы, которые в противном случае были бы довольно холодными. Интересно, например, спросить, могла ли европейская цивилизация развиваться без помощи тепла, переносимого обычной, но весьма необычной жидкостью — водой.

Почему во льду и воде расположение молекул воды отличается?

Вода . как и все жидкости, имеет частицы, которые движутся свободно, но расположены близко друг к другу. Между молекулами существуют обширные водородные связи. В ice частицы воды находятся в фиксированной решетке , где они перемещаются только за счет вибрации, и они также связаны водородными связями.

Нажмите, чтобы увидеть полный ответ

Вот в чем разница между структурой льда и воды?

Молекула воды образуется, когда два атома водорода и один атом кислорода ковалентно связаны друг с другом. Вода , в своем естественном состоянии , существует в виде жидкости. В отличие от , лед — это твердая форма воды . Ice имеет жесткую решетчатую структуру , в тетраэдрической кристаллической форме , которая напоминает гигантские молекулярные элементы.

Аналогично, почему молекула воды полярна? Молекула воды из-за своей формы является полярной молекулой . То есть у него одна сторона заряжена положительно, а другая — отрицательно.Молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Связи между атомами называются ковалентными связями, потому что атомы разделяют электроны.

Кроме того, какова связь между водой и льдом?

Когда температура воды достигает около 0 ° C, молекулы слипаются и образуют твердое тело — лед . Даже в этой твердой стадии молекулы все еще движутся — мы просто этого не видим. Молекулы постоянно движутся, потому что у них есть энергия.

Отличаются ли водородные связи во льду и жидкой воде?

В жидкой воде каждая молекула на связана водородными связями примерно с 3,4 другими молекулами воды . В льду каждая молекула на связана водородными связями с 4 другими молекулами. В льду Ih каждая вода образует четыре водородных связи с расстояниями O — O 2,76 ангстрем до ближайшего кислородного соседа.

Молекулярные «кубики льда» раскрывают секреты свойств воды

Молекулярные «кубики льда» раскрывают секреты свойств воды июнь 1997

Молекулярные «кубики льда» раскрывают секреты свойств воды

ЗАПАД-ЛАФАЙЕТ, штат Индиана.- Мельчайшие кубики льда в природе предоставляют новую информацию о уникальные свойства воды. Исследование Университета Пердью показывает, что при охлаждении молекул воды в газовой фазе до очень низких температур, крошечные кластеры, содержащие восемь молекул воды, естественно образуют небольшие кубические конструкции.

Кроме того, эти мельчайшие кубики были двух видов, которые имели одинаковую массу и структуру: но отличался расположением водородных связей внутри кубов.

Исследование, опубликованное в номере журнала Science от 13 июня, было проведено химиком Тимоти Цвиером, докторантом Калебом Аррингтоном и аспирантами Кристофер Грюнло и Джоэл Карни.

«Эти результаты подтверждают то, что теоретики предсказывали годами, а именно, что восемь Молекулы воды предпочтительно образуют кубическую структуру, — говорит Цвиер. — Это также обеспечивает первое свидетельство того, что даже в очень маленьких кластерах воды вода обладает способностью расположить свои водородные связи в нескольких различных ориентациях, как это происходит в образуя множество различных твердых фаз льда ».

Исследование дает первое представление о мельчайших кубиках льда в природе и дает новую информацию. об уникальной способности воды связывать себя водородом, образуя большие сети.Эта способность наделяет воду многими ее уникальными свойствами, включая необычную способность твердого льда плавать в жидкой воде.

Вода, известная как «универсальный растворитель», также обладает необычной способностью растворять разнообразные вещества. «Наше понимание воды так важно, потому что все биологические процессы, в том числе происходящие в организме человека, происходят в раствор на водной основе «, — говорит Цвиер.

Что делает воду уникальной, так это водородные связи, которые образуются между молекулами воды и другие молекулы.Каждая V-образная молекула воды содержит один атом кислорода с центром в между двумя атомами водорода. Молекула удерживается химическими связями, которые создают слегка отрицательный заряд на атоме кислорода и небольшой положительный заряд на каждом атомов водорода.

Такое неравномерное распределение заряда делает молекулу воды чрезвычайно «общительной», энергичной. связывать с другими молекулами воды и придает воде непревзойденную способность растворять соединения.

Чтобы проанализировать, как эти водородные связи образуются в небольших кластерах воды, Цвиер с соавторами использовали расширение газа под высоким давлением для охлаждения молекул воды в газовой фазе до температур всего 1 градус Кельвина, что эквивалентно -457 градусам Фаренгейта.

Поскольку вода охлаждалась и конденсировалась в твердые кластеры, некоторые из кластеров включали единственная молекула бензола на их поверхности. Молекула бензола допускала различные кластеры должны быть идентифицированы по размеру с использованием лазеров для «взвешивания» кластеров.

Определив кубические кластеры из восьми, Цвиер и его коллеги применили инфракрасный лазер для возбуждения кластеров, вызывая водородные связи в крошечных кубиках растягиваться и сокращаться. Анализируя длины волн этого спектра, он смог для определения молекулярного расположения водородных связей внутри кубов.

Он обнаружил, что кубики были идентичны по массе и структуре, причем каждый куб был сделан четыре молекулы воды, расположенные поверх остальных четырех молекул. Хотя водородные связи в верхнем слое каждого куба были ориентированы одинаково, водородные связи в нижних слоях кубов имели одно из двух возможных расположений, со связями, обращенными либо в том же направлении, либо в противоположном направлении, что и облигации в верхнем слое куба.

«Поскольку две структуры практически идентичны по энергии, ориентация конкретный кластер принимает, зависит от конкретных столкновений, которым кластер подвергается пока это делается », — говорит Цвиер.

«Интересно, что уже имея всего восемь молекул воды, вода составляет две разные «фазы», ​​которые различаются только ориентацией водородных связей », он говорит. «Это начало того, что, как мы знаем, верно в твердой фазе. Вода имеет больше твердых фаз — всего девять — чем любое другое известное чистое вещество, потому что оно может образуют фазы, которые различаются только ориентацией водородных связей ».

КОНТАКТ: Цвиер, (765) 494-5278; электронная почта, [email protected]
Автор: Сьюзан Гайдос, (765) 494-2081; электронная почта: [email protected]
Служба новостей Purdue: (765) 494-2096; электронная почта, [email protected]

Подпись к фото Эти крошечные «кубики льда» показывают две разные твердые фазы воды. Два куба различаются только в расположении водородных связей в нижнем слое кубиков. В Структура D2 вверху показывает водородные связи в верхнем и нижнем слоях, ориентированных в противоположных направлениях. Структура S4 показывает связи в верхнем и нижнем слоях. ориентированы в одном направлении.(Изображение Purdue от Тимоти Цвира)

Доступна цветная фотография, электронная передача, загрузка через Интернет и ftp. Регистрационный номер фото: Zwier / water
Скачать здесь.

---

На страницу новостей и фотографий Purdue

Фазы материи

Вся материя состоит из атомов. Каждое вещество (кислород, свинец, серебро, неон …) имеет уникальный номер протоны, нейтроны и электроны. Кислород, например, имеет 8 протонов, 8 нейтронов и 8 электронов.Водород имеет 1 протон и 1 электрон. Отдельные атомы могут соединяются с другими атомами с образованием молекул. Молекулы воды содержат два атома водорода H и один атом кислорода O и химически называется h3O . Кислород и азот — основные компоненты воздух и встречаются в природе как двухатомных (двухатомных) молекул. Независимо от типа молекулы обычно имеет значение существует в виде твердого тела , жидкости или газа .Мы называем это свойство материи фазой материи. Три нормальные фазы материи обладают уникальными характеристиками, которые перечислены на горка.

Цельный

В твердой фазе молекулы тесно связаны друг с другом. молекулярными силами. Твердое тело сохраняет свою форму, и объем твердого тела фиксируется формой твердого тела.

Жидкость

В жидкой фазе молекулярные силы слабее, чем в твердой.Жидкость примет форму своего контейнера со свободной поверхностью в гравитационном поле. В условиях микрогравитации жидкость образует шар внутри свободной поверхности. Несмотря на силы тяжести жидкость имеет фиксированный объем.

Газ

В газовой фазе молекулярная силы очень слабые. Газ наполняет свой контейнер, забирая оба форма и объем емкости.

Жидкости (жидкости и газы)

Жидкости и газы называются жидкостями , потому что их можно заставить течь или двигаться.В любой жидкости сами молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении, сталкиваясь с друг друга и со стенками любой емкости. Описано движение жидкостей и реакция на внешние силы. посредством Уравнения Навье-Стокса, которые выражают сохранение масса, импульс, и энергия. Движение твердых тел и реакция на внешние силы описываются формулами Законы движения Ньютона.

Любое вещество может находиться в любой фазе.Под стандартные атмосферные условия, вода существует в виде жидкости. Но если мы снизим температура ниже 0 градусов Цельсия или 32 градусов по Фаренгейту, вода меняет свой фаза в твердое тело, называемое льдом. Аналогично, если мы нагревать объем воды выше 100 градусов по Цельсию или 212 градусов по Фаренгейту, вода превращает свою фазу в газ, называемый водяным паром. Изменения в фазе материи — это физических изменений , а не химические изменения. Молекула водяного пара имеет такой же химический состав. состав, h3O , в виде молекулы жидкой воды или молекулы льда.

При обучении газы, мы можем исследовать движения и взаимодействия отдельных молекул, или мы можем исследовать крупномасштабное действие газа в целом. Ученые говорят о крупномасштабном движении газ как макроуровень и индивидуальный молекулярный движется как микромасштаб . Некоторое явление легче понимать и объяснять на основе макромасштаба, в то время как другие явления легче объяснить в микромасштабе.Макро шкала расследования основаны на вещах, которые мы можем легко наблюдать и измерить. Но исследования в микромасштабе основаны на довольно простые теории, потому что на самом деле мы не можем наблюдать за движением отдельной молекулы газа. Макро и микро Масштабные исследования — это всего лишь два взгляда на одно и то же.

Плазма — «четвертая фаза»

Три нормальные фазы материи, перечисленные на слайде, были известны. много лет учился на уроках физики и химии.В последнее время мы начали исследуют материалы при очень высоких температурах и давлениях, которые обычно происходят на Солнце или при возвращении из космоса. В этих условиях сами атомы начинают разрушаться; электроны оторваны от их орбита вокруг ядра, оставляя положительно заряженный ион позади. Полученная смесь нейтральных атомов, свободных электронов и заряженных ионов называется плазмой . Плазма обладает некоторыми уникальными качествами, которые заставляет ученых относить это к «четвертой фазе» материи.Плазма — это жидкость, такая как жидкость или газ, но из-за присутствующих заряженных частиц в плазме он реагирует на электромагнитные силы и генерирует их. Там уравнения гидродинамики, называемые уравнениями Больцмана, которые включают электромагнитные силы с нормальными жидкостными силами Навье-Стокса уравнения. НАСА в настоящее время занимается исследованием использования плазмы. для ионной двигательной установки.

---

Действия:

---

Экскурсии с гидом

---

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Теория частиц — физические и химические изменения

Теория частиц — физические и химические изменения

Вы научный центр / Я Ресурсы для изучения / Теория частиц — Введение

Охваченные темы

Физические изменения

Химические изменения

---

Физические изменения

Изменения состояния, такие как плавление или кипение, являются физическими изменениями и обычно легко перевернуть, хотя конечный продукт не всегда может выглядеть точно так же в качестве исходного материала.При физических изменениях не образуются новые материалы и частицы не изменяются, кроме получения или потери энергии. Расплавленный воск затвердевает при охлаждении, но если ему не придана форма или не отформован, он не будет такая же форма, как и в начале. На микроскопическом уровне, хотя те же частицы присутствуют, они могут находиться в разных местах твердого тела.
Лед состоит из частиц воды. Когда он тает воду, которая образуется состоит из тех же частиц воды, и когда он закипает, также образуется пар из тех же частиц воды.Частицы остаются такими же, если нет химического вещества. изменить, является ли вещество твердым, жидким или газообразным. Только их расположение, энергия и движение меняется.
Когда вещества меняют состояние, масса не меняется, поэтому если 100 г льда образуется 100 г талой воды, при этом образуется 100 г пара (это называется «сохранение массы»). Если бы этот пар можно было собрать, при охлаждении и конденсации получается 100 г воды, которую можно заморозить, чтобы получить 100г льда. Дети часто думают, что твердые тела становятся светлее, когда тают. жидкости легче твердых тел.
Растворение — обратимый процесс, представленный рассмотрением смешивания частиц близко друг к другу и перевернутым путем разделения частиц. Некоторая дальнейшая интерпретация необходимо дать, чтобы попытаться объяснить, почему некоторые материалы растворимы, а некоторые нет. Когда твердое вещество смешивается с растворителем, твердое вещество растворяется, если его частицы и частицы растворителя притягиваются друг к другу. Частицы в сахаре способны образовывать слабые связи с частицами воды. Следовательно, сахар растворим в воде.С другой стороны, песок нерастворим, так как частицы песка не могут образовывать слабые частицы. связи с частицами воды.

---

Вернуться к началу страницы

Химические изменения

Для некоторых материалов инициируются химические изменения, а не физические. теплом. При химических изменениях образуются новые вещества, и этот процесс часто трудно повернуть вспять. Во время химических изменений частицы меняются вместе с атомами или перегруппировка ионов. Связи (связи) между атомами разрываются, образуются новые и энергия либо отдается, либо принимается.Начинаются некоторые химические изменения путем смешивания.
Всего изменений может быть:

• Пробои, при которых в точке нестабильности составляющие частицы (молекулы) может часто выходить из строя в результате нагрева
• Комбинации частиц разных типов для образования новых или

Перегруппировка частиц путем перегруппировки внутри сложных частиц или в результате поломки и комбинации
Модель частицы может быть адаптирована для представления этих изменений, но только если другие частицы представлены по-разному, и если представлены сложные частицы как таковой.
Химические изменения, с которыми чаще всего сталкиваются дети младшего возраста, включая приготовление пищи и те, которые связаны с сжиганием (сжиганием). Изменения из-за приготовления часто бывают сложными, поскольку вещества, содержащиеся в пищевых продуктах, сложны, но они дают яркие примеры изменений, которые могут быть знакомы детям. Общий Примеры включают яйца и смеси для пирожных, которые затвердевают, когда они готовятся, или картофель. и другие овощи становятся мягкими. Обычно эти изменения необратимы.Дети могут быть знакомы с реакциями горения, такими как горящие свечи, дрова или другое топливо.
В химических изменениях часто есть признаки изменения, такие как

• изменение цвета
• изменение текстуры (необратимое)
• образование твердых, жидких или газовых пузырьков (вскипание)

Но не всегда легко увидеть, что именно произошло во время химического изменение.
Иногда реагенты (исходные материалы) и продукты (конечные материалы) могут трудно увидеть, особенно если это газы. Например, когда бензин ( жидкий углеводород, состоящий из углерода и водорода) горит, вступает в реакцию с кислородом газ (из воздуха) для производства воды (пар / жидкость) и диоксида углерода (газ).Итак, в этой реакции есть два реагента, два продукта и два из них. бесцветные газы (кислород и углекислый газ) и образующаяся в результате вода горения может образоваться в виде пара, и его будет трудно увидеть. как следствие все, что можно было бы наблюдать помимо пламени, — это исчезновение бензина.
Скорость химических изменений сильно отличается от очень медленных. (например, ржавчина) до тех, которые происходят мгновенно (например, взрыв фейерверка).
При химических изменениях количество отдельных веществ может измениться, но общее количество количество материалов нет. В химических изменениях, как в физических изменениях, имеет значение не может исчезнуть или появиться из ниоткуда. Он может реагировать только на формирование чего-то еще. Таким образом, если 16 г метана сгорает в кислороде (всего 80 г вес продукта составляет 80 г, то есть 44 г углекислого газа и 36 г воды).

---

Сопровождающий веб-сайт: Р. Джонс Обновлено: 13 ноября 2000 г.

.