Агрегатные состояния вещества | 7 класс
Содержание
Чтобы подробнее рассмотреть свойства веществ, нам необходимо разобраться в их молекулярном строении.
Рассмотрим пример. После дождя появилась лужа. Если ударит мороз, и лужа замерзнет, то по ней уже можно будет проехаться. В жару вода из лужи быстро испарится, превратившись в пар. Но разве в этих случаях лужа будет состоять из другого вещества?
Нет, она все так же состоит из одних и тех же молекул. Лед, пар и вода — это одно и то же вещество, но молекулы в нем могут по-разному располагаться и взаимодействовать.
В таких случаях говорят, что вещество способно пребывать в разных состояниях или переходить из одного в другое (рисунок 1).
Рисунок 1. Расположение молекул воды в трех разных состояниях: твердом — лед, жидком — вода и газообразном — водяной парАгрегатные состояние вещества
Агрегатные состояния — это состояния одного вещества, при которых его свойства значительно различаются.
Оно определяется расположением молекул вещества и характером их движения.
Оно определяется расположением молекул вещества и характером их движения.Какие три состояния вещества вам известны? Различают 3 основных агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.
Но у веществ существуют и другие состояния. При очень больших температурах молекулы склонны распадаться на составляющие их атомы, ионы и электроны, о которых пойдет речь позже. Из этих частиц состоит плазма — одно из состояний вещества.
Мы можем ее наблюдать в виде пламени костра или свечи. Вещества, из которых состоит Солнце, тоже пребывают в плазменном состоянии, плазма в атмосфере вызывает полярное сияние. На свойствах плазмы базируется принцип работы плазменных телевизоров.
Бывают неустойчивые состояния веществ: переохлажденные или перегретые жидкости. Они достигаются охлаждением жидкости ниже температуры кристаллизации либо нагревом ее выше температуры испарения при определенных условиях. При этом, незначительное внешнее воздействие на такую жидкость вызывает ее резкий переход в твердое либо газообразное состояние.
Но сейчас мы рассмотрим подробнее основные агрегатные состояния.
Твердое агрегатное состояние
Твердым можно назвать любой предмет, сохраняющий свою форму, если его специально не разрушать. Другими словами — это такое агрегатное состояние вещества, при котором оно сохраняет свой объем и форму.
Молекулы/атомы в таком веществе находятся на определенных позициях, они могут колебаться на своих местах, но их положение по отношению к другим молекулам/атомам практически не меняется (рисунок 2).
Рисунок 2. Молекулярное строение твердого вещества (лед)В твердых кристаллических веществах атомы образуют кристаллическую решетку (лед, соль, металлы и др.) — рисунок 3.
Рисунок 3. Молекулярное строение твердого кристаллического вещества (поваренная соль: атомы натрия – красного цвета, атомы хлора – синего)В твердых телах притяжение между молекулами (атомами) намного больше, чем у жидкостей. Поэтому в обычных условиях твердые тела сохраняют свою форму и объем.
В твердых аморфных веществах атомы расположены беспорядочно, не имеют кристаллической структуры, но и не находятся в постоянном движении (смола, янтарь). Обычно характеризуются невысокой температурой плавления, из-за чего могут легко переходить в другое агрегатное состояние и обладать текучестью.
{"questions":[{"content":"Выберите правильное определение <b>твердого аморфного вещества</b>.[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["Вещество, в котором атомы расположены беспорядочно, не имеют кристаллической структуры, но и не находятся в постоянном движении.","Вещество, в котором атомы расположены беспорядочно, не имеют кристаллической структуры и находятся в постоянном движении.","Вещество, в котором атомы образуют кристаллическую решетку."],"answer":[0]}}}]}Жидкое агрегатное состояние
К жидкостям относят тела, изменить форму которых очень легко, чего нельзя сказать про их объем.
Например, налив воду из графина в стакан, жидкость примет форму сосуда, но её объем останется прежним (рисунок 4).
Рисунок 4. Изменение формы жидкого веществаНаполним шприц водой, закроем пальцем отверстие и попробуем сжать воду. У нас ничего не получится. Жидкость практически несжимаема. Это такое агрегатное состояние, в котором тело способно сохранять свой объем, но не сохраняет форму.
Молекулы жидкости находятся довольно близко (расстояние между каждыми двумя молекулами меньше размеров молекул) и их взаимодействие ощутимое. Молекулярное строение жидкости представлено на рисунке 5.
Рисунок 5. Молекулярное строение жидкого вещества (воды)Также на свойстве жидкости легко изменять свою форму основано изготовление предметов из расплавленного стекла (рисунок 6).
Рисунок 6. Выдувание из расплавленного (жидкого) стеклаМолекулы жидкости не расходятся на большие расстояния и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объем, но не сохраняет форму.
В состоянии невесомости жидкость имеет форму шара, потому что внешние силы уравновешены и форма определяется только силами молекулярного взаимодействия. У последних нет единого направления, поэтому форма жидкости симметрична в любых направлениях.
{"questions":[{"content":"Какую форму принимает жидкость в <b>состоянии невесомости</b>?[[choice-26]]","widgets":{"choice-26":{"type":"choice","options":["Форму шара","Форма сосуда","Круглую форму","Газообразную форму"],"explanations":["Верно! В невесомости внешние силы уравновешены и форма определяется только силами молекулярного взаимодействия. У последних нет единого направления, поэтому форма жидкости симметрична в любых направлениях.","","",""],"answer":[0]}}}]}Газообразное агрегатное состояние
Большинство газов бесцветны и прозрачны, а потому невидимы. Его присутствие мы можем почувствовать при дуновении ветра, сквозняка в комнате или же на примере простых опытов (рисунок 7).
Рисунок 7.
Иллюстрация опыта, подтверждающего наличие воздуха в окружающем нас пространствеОпустим в воду воронку, предварительно соединив ее резиновой трубкой со стеклянной трубочкой. Из трубочки начнут выходить пузырьки воздуха, которые до этого были в воронке и во всей системе в целом. Подобные простые опыты подтверждают наличие воздуха вокруг нас.
Каково расположение молекул газа? Молекулы газа находятся на больших расстояниях друг от друга и в постоянном хаотичном движении. Поэтому часто взаимодействие между молекулами газа не учитывается, и большое пространство между частицами позволяет сильно сжимать газы. Молекулярное строение газа представлено на рисунке 8.
Рисунок 8. Молекулярное строение газа (паров воды)Газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объем.
{"questions":[{"content":"Сопоставьте свойства объема и формы в соответствии с <b>агрегатными состояниями</b>. [[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Твердое","Жидкое","Газообразное"],"items":["вещество сохраняет объем и форму","вещество сохраняет объем, но не сохраняет форму","вещество не имеет собственной формы и постоянного объема","вещество не сохраняет объем, но сохраняет форму"]}}}]}
[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Твердое","Жидкое","Газообразное"],"items":["вещество сохраняет объем и форму","вещество сохраняет объем, но не сохраняет форму","вещество не имеет собственной формы и постоянного объема","вещество не сохраняет объем, но сохраняет форму"]}}}]}Задания
Задание №1
Налейте в пластмассовую бутылку воды до верху и закройте крышкой. Попытайтесь сдать в ней воду. Затем вылейте воду, снова закройте бутылочку. Теперь попробуйте сжать воздух. Объясните результаты опыта.
Существенно сжать бутылку, наполненную водой, у нас не получится. Максимум, вы только помнете бутылку, но ее объем останется прежним. Связано это с тем, что в воде расстояние между молекулами небольшое, и она практически несжимаема.
Рисунок 9. Сжатие пустой бутылкиА вот когда мы выльем из бутылки воду, то сможем значительно деформировать бутылку и уменьшить ее объем. Почему? Теперь бутылку наполняет воздух. А его молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, поэтому нам было так легко сжать этот газ внутри бутылки.
Задание №2
На блюдце с холодной водой поставьте перевернутый очень теплый стакан. Через 15-20 минут проследите за уровнем воды в стакане и блюдце. Объясните результат опыта.
Через некоторое время вы увидите, что уровень воды в стакане поднялся. Он стал выше уровня воды в блюдце (рисунок 10).
Рисунок 10. Подъем уровня воды в стаканеПосле того, как мы поставили горячий стакан с таким же воздухом внутри на блюдце с холодной водой, между всеми этими телами начался теплообмен. Это означает, что вода начала нагреваться, а воздух в стакане, наоборот, начал охлаждаться.
А что происходит с телами при их охлаждении или нагревании? Они соответственно сжимаются или расширяются. Так, через 15 минут теплый воздух охладился и сжался, а вода, наоборот, расширилась и заняла место в стакане.
На самом деле, здесь большое значение имеет давление, которое оказывают те или иные тела, включая и воздух вокруг нас. Об этом понятии вы узнаете на следующих уроках.
49.Силы взаимодействия молекул. Особенности внутреннего строения газов, жидкостей и твердых тел
Если
бы между молекулами не существовало
сил притяжения, то все тела при любых
условиях находились бы только газообразном
состоянии. Но одни силы притяжения не
могут обеспечить существования
устойчивых образований из атомов и
молекул. На очень малых расстояниях
между молекулами обязательно действуют
силы отталкивания. Благодаря этому
молекулы не проникают друг в друга и
куски вещества никогда не сжимаются
до размеров одной молекулы. Молекула
— это сложная система, состоящая из
отдельных заряженных частиц: электронов
и атомных ядер. Хотя в целом молекулы
электрически нейтральны, тем не менее
между ними на малых расстояниях действуют
значительные электрические силы:
происходит взаимодействие электронов
и атомных ядер соседних молекул. Если
молекулы находятся на растояниях,
превышающих их размеры в несколько
раз, то силы взаимодействия практически
не сказываются.
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, тоэти 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.
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, жидком и
газообразном.
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-кинематической1 теории строения вещества.
состояний материи
состояние материиГазы, жидкости и твердые тела состоят из микроскопических частиц, но поведение этих частиц различается в трех фазах. На следующем рисунке показаны микроскопические различия.
Газ под микроскопом. | Микроскопический вид жидкости. | Твердое тело под микроскопом. |
Обратите внимание, что:
- Частиц в:
- газ хорошо разделены без регулярного расположения.
- жидкости расположены близко друг к другу без регулярного расположения.
- твердые тела плотно упакованы, обычно в правильном порядке.
- Частиц в:
- газ вибрирует и свободно перемещается на высоких скоростях.
- жидкости вибрируют, перемещаются и скользят друг мимо друга.
- твердые вибрируют (покачиваются), но обычно не перемещаются с места на место.
В следующей таблице приведены свойства газов, жидкостей и твердых тел.
и определяет микроскопическое поведение, ответственное за каждое свойство.
| Некоторые характеристики газов, жидкостей и твердых тел и микроскопическое объяснение поведения | ||
|---|---|---|
| газ | жидкость | твердый |
| принимает форму и объем контейнера частицы могут двигаться мимо друг друга | принимает форму той части емкости, которую он
занимает частицы могут двигаться/скользить друг мимо друга | сохраняет фиксированный объем и форму жесткий — частицы зафиксированы на месте |
| сжимаемый много свободного пространства между частицами | плохо сжимается небольшое свободное пространство между частицами | плохо сжимается небольшое свободное пространство между частицами |
| легко течет частицы могут двигаться мимо друг друга | течет легко частицы могут двигаться/скользить друг мимо друга | не течет легко жёсткий — частицы не могут двигаться/скользить мимо одного еще |
Определение состояний материи
ФОН: |
Это
очень хороший растворитель, а это означает, что в нем легко растворяются многие вещества.
Вода важна для нашей жизни, и без нее мы не смогли бы жить.
На самом деле нет живых существ, способных жить без воды.
Пусть они коснутся воды, выпьют ее, понюхают и послушают.
Делайте это очень медленно, подчеркивая особенности воды. 
