В каких агрегатных состояниях может находиться вещество?

9 ответов на вопрос “В каких агрегатных состояниях может находиться вещество?”

  1. z3x_box Ответить

    1. В каких агрегатных состояниях может находиться одно и то же вещество?
    Вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии.
    2. Какое практическое значение имеют явления перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое?
    В металлургии: плавят металлы, чтобы получить из них сплавы: чугун, сталь, бронзу, латунь и др. Пар, полученный из воды при ее нагревании, используют на электростанциях в паровых турбинах.
    Сжиженными газами пользуются в холодильных установках.
    3. Чем определяется то или иное агрегатное состояние вещества?
    Агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул.
    4. Каковы особенности молекулярного строения газов, жидкостей и твёрдых тел?
    В газах при атмосферном давлении расстояние между молекулами много больше размера самых молекул. В связи с этим притяжение молекул газа мало. Средняя кинетическая энергия молекул газа вполне достоточна, чтобы совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения. Поэтому, если газу не мешают стенки сосуда, его молекулы разлетаются.
    В жидкостях и твердых телах, плотность которых во много раз больше плотности газа, молекулы расположены ближе друг к другу. Средняя кинетическая энергия их уже недостаточна для того, чтобы совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения.
    Поэтому молекулы в жидкостях и особенно в твердых телах не могут далеко удаляться друг от друга.

  2. starshark_ua Ответить

    1. Одно и  то же вещество может находиться в зависимости от условий в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
    2. Явление перехода из одного агрегатного состояния в другое имеет огромное практическое значение. Например в металлургии плавят металлы, чтобы получить сплавы или выплавляют из руды металлы, газы охлаждают до жидкого состояния, чтобы хранить и использовать в компактном виде, пример – жидкий азот в медицине, <> из углекислого газа – для хранения продуктов и пр.
    3. Агрегатное состояние любого вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул.
    4. Молекулы газа, если их ничто не ограничивает, разлетаются, поскольку расстояние между молекулами газа гораздо больше, чем размеры самих молекул и притяжение молекул газа мало, средняя кинетическая энергия молекул газа достаточна, чтобы совершить работу по преодоле­нию сил молекулярного притяжения. В жидкостях и твердых телах молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах. Средняя кинетическая энергия молекул в них недостаточна для совершения работы по преодолению сил молекулярного притяжения, поэтому молекулы в жидкостях и твердых телах не удаляются далеко друг от друга.

  3. yurasika Ответить

    Вопросы:
    1. В каких агрегатных состояниях может находиться одно и то же вещество?
    2. Какое практическое значение имеют явления перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое?
    3 Чем определяется то или иное агрегатное состояние вещества?
    4. Каковы особенности молекулярного строения газов, жидкостей и твёрдых тел?
    Ответы:
    1. Одно и и то же вещество может находиться в зависимости от условий в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
    2. Явление перехода из одного агрегатного состояния в другое имеет огромное практическое значение, например в металлургии плавят металлы, чтобы получить сплавы или выплавляют из руды металлы, газы охлаждают до жидкого состояния, чтобы хранить и использовать в компактном виде, пример — жидкий азот в медицине, «сухой лед» из углекислого газа — для хранения продуктов и пр.
    3. Агрегатное состояние любого вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул.
    4. Молекулы газа, если их ничто не ограничивает, разлетаются, поскольку расстояние между молекулами газа гораздо больше, чем размеры самих молекул и притяжение молекул газа мало, средняя кинетическая энергия молекул газа достаточна, чтобы совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения. В жидкостях и твердых телах молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах. Средняя кинетическая энергия молекул в них недостаточна для совершения работы по преодолению сил молекулярного притяжения, поэтому молекулы в жидкостях и твердых телах не удаляются далеко друг от Друга.

  4. Eddy_spb Ответить

    В теплоизолированном сосуде находятся вода и лед с температурой ti=0°C. Масса воды mυ и льда mi соответственно равняется 0,5 кг и 60 г. В воду впускают водяной пар массой mp=10 г при температуре tp=100°C. Какой будет температура воды в сосуде после того, как установится тепловое равновесие? При этом теплоемкость сосуда учитывать не нужно.

    Рисунок 1
    Решение
    Определим, какие процессы осуществляются в системе, какие агрегатные состояния вещества мы наблюдали и какие получили.
    Водяной пар конденсируется, отдавая при этом тепло.
    Тепловая энергия идет на плавление льда и, может быть, нагревание имеющейся и полученной изо льда воды.
    Прежде всего, проверим, сколько теплоты выделяется при конденсации имеющейся массы пара:
    Qp=-rmp;Qp=2,26·106·10-2=2,26·104 (Дж),
    здесь из справочных материалов у нас есть r=2,26·106 Джкг – удельная теплота парообразования (применяется и для конденсации).
    Для плавления льда понадобится следующее количество тепла:
    Qi=λmiQi=6·10-2·3,3·105≈2·104 (Дж),
    здесь из справочных материалов у нас есть λ=3,3·105 Джкг – удельная теплота плавления льда.
    Выходит, что пар отдает тепла больше, чем необходимо, только для расплавления имеющегося льда, значит, уравнение теплового баланса запишем следующим образом:
    rmp+cmp(Tp-T)=λmi+c(mυ+mi)(T-Ti).
    Теплота выделяется при конденсации пара массой mp и остывании воды, образуемой из пара от температуры Tp до искомой T. Теплота поглощается при плавлении льда массой mi и нагревании воды массой mυ+mi от температуры Ti до T. Обозначим T-Ti=∆T для разности Tp-T получаем:
    Tp-T=Tp-Ti-∆T=100-∆T.
    Уравнение теплового баланса будет иметь вид:
    rmp+cmp(100-∆T)=λmi+c(mυ+mi)∆T;c(mυ+mi+mp)∆T=rmp+cmp100-λmi;∆T=rmp+cmp100-λmicmυ+mi+mp.
    Сделаем вычисления с учетом того, что теплоемкость воды табличная
    c=4,2·103 ДжкгК, Tp=tp+273=373 К, Ti=ti+273=273 К:∆T=2,26·106·10-2+4,2·103·10-2·102-6·10-2·3,3·1054,2·103·5,7·10-1≈3 (К),
    тогда T=273+3=276 К
    Ответ: Температура воды в сосуде после установления теплового равновесия будет равняться 276 К.

  5. Evqenn Ответить

    1. Назовите три агрегатных состояния вещества.
    Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.
    2. Как агрегатное состояние воды связано с ее круговоротом?
    Вода подвержена испарению — переходу в газообразное агрегатное состояние. В таком состоянии вода способна перемещаться на огромные состояния по всей нашей планете. Водяной пар в нашей атмосфере мы можем наблюдать в виде облаков.
    3. Чем отличается строение газообразного вещества от жидкого? Что общего между ними?
    В газообразных веществах расстояние между молекулами в десятки раз превышает размер самих молекул, из-за чего взаимодействие между ними очень слабое. Вследствие этого для газов характерны упругость и сжимаемость.
    В жидких веществах молекулы находятся достаточно близко друг к другу для взаимодействия между молекулами (межмолекулярное взаимодействие). Благодаря этому жидкости имеют собственный объем. Но, из-за слабости взаимодействия между молекулами, жидкости текучи.
    Общим для газов и жидкостей является отсутствие собственной формы.
    4. Что характеризует твердое состояние вещества?
    В твердых веществах частицы выстроены в строгом порядке (если в структуре есть хаос, то это аморфное вещество) и силы взаимодействия между частицами велики. Именно поэтому они находятся в твердом агрегатном состоянии.
    5. Какие явления называют физическими?
    Физическими называются явления, при которых изменяются агрегатное состояние вещества, форма или размеры тел, построенных из этого вещества, но сохраняется его химический состав.
    6. Приведите примеры физических явлений, известных вам из повседневной жизни или наблюдений за природными явлениями.
    Вода при замерзании образует лед (твердое состояние), а при нагревании испаряется (переходит в газообразное состояние).
    Свинец при нагревании переходит в жидкое состояние.
    Бензин, ацетон на открытом воздухе быстро испаряются — переходят в газообразное состояние.
    7. Чем отличаются твердые кристаллические вещества от твердых аморфных? Приведите примеры тех и других, известные вам из повседневной жизни.
    В кристаллических веществах частицы расположены в строгом порядке, образуя кристаллы. В аморфных веществах расположение частиц не упорядочено, хаотично.
    Примеры кристаллических веществ: металлы (железо, сталь, никель, цинк, алюминий и др.), лед, кристаллический йод.
    Примеры аморфных веществ: янтарь, стекло, воск, пластмассы.
    8. Пустую пластиковую бутылку плотно закройте пробкой и поставьте в холодильник. Буквально через минуту вы увидите, что стенки бутылки втянулись внутрь, будто кто-то откачал из нее часть воздуха. Почему так произошло? Примет ли бутылка прежнюю форму, если ее вынуть из холодильника?
    Внутри «пустой» бутылки на самом деле находится воздух — газ. Давление газа напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем больше давление и, наоборот, чем ниже температура, тем меньше давление.
    В холодильнике воздух охлаждается, давление падает и бутылка сжимается (под действием атмосферного давления). Если вынуть бутылку из холодильника, воздух внутри постепенно нагреется до температуры окружающей среды, давление выравняется и бутылка примет прежнюю форму.

  6. Dima1792 Ответить

    85. Какие из перечисленных ниже веществ могут находиться в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном): железо, поваренная соль, пластмасса, вода, стекло, ртуть, дерево?
    Железо, поваренная соль, вода, ртуть.
    86. Может ли соль находиться в жидком состоянии?
    Может.
    87. Может ли углекислый газ быть в твердом состоянии?
    Может.
    88. Перечислите известные вам вещества, которые при температуре 20 °С находятся в твердом состоянии.
    Железо, поваренная соль, графит.
    89. Какие вы знаете вещества, находящиеся в жидком состоянии при 20 °С?
    Вода, ртуть, спирт.
    90. Назовите вещества, находящиеся при температуре 20 °С в газообразном состоянии.
    Азот, кислород, аммиак.
    91. Объем эфира в неплотно закрытом флаконе уменьшается. Объясните наблюдаемое явление на основе молекулярного строения вещества.
    Эфир будет испаряться.
    92. В каких состояниях может находиться нафталин? Почему в комнате, где находится нафталин, всегда чувствуется его запах?
    В твердом, жидком и газообразном.
    93. В каком агрегатном состоянии вещества притяжение между молекулами (атомами) наибольшее?
    В твердом.
    94. В каком агрегатном состоянии вещества притяжение между молекулами (атомами) наименьшее?
    В газообразном.

  7. fil67 Ответить

    В аморфных структурах с неупорядоченным распределением атомов свойства вещества в разных направлениях одинаковы, т. е стеклообразные (аморфные) вещества изотропны.
    Для всех кристаллов характерна анизотропия. В кристаллах расстояния между атомами упорядочены, но в разных направлениях степень упорядоченности может быть неодинаковой, что приводит к различию свойств вещества кристалла в разных направлениях. Зависимость свойств вещества кристалла от направления в его решетке называют анизотропией свойств. Анизотропия проявляется при измерении как физических, так и механических и других характеристик. Существуют свойства (плотность, теплоемкость), не зависящие от направления в кристалле. Большинство же характеристик зависит от выбора направления.
    Измерить свойства возможно у объектов, имеющих определенный материальный объем: размеры – от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Эти объекты со строением, идентичным кристаллической ячейке, называются монокристаллами.
    Анизотропия свойств проявляется в монокристаллах и практически отсутствует в поликристаллическом веществе, состоящем из множества мелких хаотично ориентированных кристаллов. Поэтому поликристаллические вещества называют квазиизотропными.
    Кристаллизация полимеров, молекулы которых могут располагаться упорядоченно с образованием надмолекулярных структур в виде пачек, клубков (глобул), фибрилл и пр., происходит в определенном интервале температур. Сложное строение молекул и их агрегатов определяет специфику поведения полимеров при нагреве. Они не могут перейти в жидкое состояние с низкой вязкостью, не имеют газообразного состояния. В твердом виде полимеры могут находиться в стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем состояниях. Полимеры с линейными или разветвленными молекулами при изменении температуры могут переходить из одного состояния в другое, что проявляется в процессе деформации полимера. На рис. 9 приведена зависимость деформации от температуры.

    Рис. 9 Термомеханическая кривая аморфного полимера: tc, tт, tр – температуры стеклования, текучести и начала химического разложения соответственно; I – III – зоны стеклообразного, высокоэластического и вязкотекучего состояния соответственно; Δl – деформация.
    Пространственная структура расположения молекул определяет только стеклообразное состояние полимера. При низких температурах все полимеры деформируются упруго (рис. 9, зона I). Выше температуры стеклования tc аморфный полимер с линейной структурой переходит в высокоэластическое состояние (зона II), и его деформация в стеклообразном и высокоэластическом состояниях обратима. Нагрев выше температуры текучести tт переводит полимер в вязкотекучее состояние (зона III). Деформация полимера в вязкотекучем состоянии необратима. Аморфный полимер с пространственной (сетчатой, сшитой) структурой не имеет вязкотекучего состояния, температурная область высокоэластического состояния расширяется до температуры разложения полимера tр. Такое поведение характерно для материалов типа резин.
    Температура вещества в любом агрегатном состоянии характеризует среднюю кинетическую энергию его частиц (атомов и молекул). Эти частицы в телах обладают в основном кинетической энергией колебательных движений относительно центра равновесия, где энергия минимальна. При достижении некоторой критической температуры твердый материал теряет свою прочность (устойчивость) и расплавляется, а жидкость превращается в пар: кипит и испаряется. Этими критическими температурами являются температуры плавления и кипения.
    При нагреве кристаллического материала при определенной температуре молекулы двигаются настолько энергично, что жесткие связи в полимере нарушаются и кристаллы разрушаются – переходят в жидкое состояние. Температура, при которой кристаллы и жидкость находятся в равновесии, называется точкой плавления кристалла, или точкой затвердевания жидкости. Для иода эта температура равна 114оС.
    Каждый химический элемент обладает индивидуальной температурой плавления tпл, разделяющей существование твердого тела и жидкости, и температурой кипения tкип, соответствующей переходу жидкости в газ. При этих температурах вещества находятся в термодинамическом равновесии. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других физических величин.
    Для описания различных состояний в физике используется более широкое понятие термодинамической фазы. Явления, описывающие переходы из одной фазы в другую, называют критическими.
    При нагревании вещества претерпевают фазовые превращения. Медь при плавлении (1083оС) превращается в жидкость, в которой атомы имеют только ближний порядок. При давлении 1 атм медь кипит при 2310оС и превращается в газообразную медь с беспорядочно расположенными атомами меди. В точке плавления давления насыщенного пара кристалла и жидкости равны.
    Материал в целом представляет собой систему.
    Система – группа веществ, объединенных физическими, химическими или механическими взаимодействиями. Фазой называют однородную часть системы, отделенную от других частей физическими границами раздела (в чугуне: графит + зерна железа; в воде со льдом: лед + вода). Составные части системы – это различные фазы, образующие данную систему. Компоненты системы – это вещества, образующие все фазы (составные части) данной системы.
    Материалы, состоящие из двух и более фаз, представляют собой дисперсные системы. Дисперсныесистемы разделяют на золи, поведение которых напоминает поведение жидкостей, и гели с характерными свойствами твердых тел. В золях дисперсионной средой, в которой распределено вещество, является жидкость, в гелях преобладает твердая фаза. Гелями являются полукристаллический металл, бетон, раствор желатина в воде при низкой температуре (при высокой температуре желатин переходит в золь). Гидрозолем называют дисперсию в воде, аэрозолем – дисперсию в воздухе.

    Диаграммы состояния.

    В термодинамической системе каждая фаза характеризуется такими параметрами, как температура Т, концентрация с и давление Р. Для описания фазовых превращений используется единая энергетическая характеристика – свободная энергия Гиббса ΔG (термодинамический потенциал).
    Термодинамика при описании превращений ограничивается рассмотрением состояния равновесия. Равновесное состояние термодинамической системы характеризуется неизменностью термодинамических параметров (температуры и концентрации, так как в технологических обработках Р = const) во времени и отсутствием в ней потоков энергии и вещества – при постоянстве внешних условий. Фазовое равновесие – равновесное состояние термодинамической системы, состоящей из двух или большего числа фаз.
    Для математического описания условий равновесия системы существует правило фаз, выведенное Гиббсом. Оно связывает число фаз (Ф) и компонентов (К) в равновесной системе с вариантностью системы, т. е. числом термодинамических степеней свободы (С).
    Число термодинамических степеней свободы (вариантность) системы – это число независимых переменных как внутренних (химический состав фаз), так и внешних (температура), которым можно придавать различные произвольные (в некотором интервале) значения так, чтобы не появились новые и не исчезли старые фазы.
    Уравнение правила фаз Гиббса:
    С = К – Ф + 1.
    В соответствии с этим правилом в системе из двух компонентов (К = 2) возможны следующие варианты степеней свободы:
    – для однофазного состояния (Ф = 1) С = 2, т. е. можно менять температуру и концентрацию;
    – для двухфазного состояния (Ф = 2) С = 1, т. е. можно менять только один внешний параметр (например, температуру);
    – для трехфазного состояния число степеней свободы равно нулю, т. е. нельзя менять температуру без нарушения равновесия в системе (система нонвариантна).
    Например, для чистого металла (К = 1) во время кристаллизации, когда имеются две фазы (Ф = 2), число степеней свободы равно нулю. Это означает, что температура кристаллизации не может быть изменена, пока не закончится процесс и не останется одна фаза – твердый кристалл. После окончания кристаллизации (Ф = 1) число степеней свободы равно 1, поэтому можно менять температуру, т. е. охлаждать твердое вещество, не нарушая равновесия.
    Поведение систем в зависимости от температуры и концентрации описывается диаграммой состояния. Диаграмма состояния воды — система с одним компонентом H2O, поэтому наибольшее число фаз, которые одновременно могут находиться в равновесии, равно трем (рис. 10). Эти три фазы — жидкость, лед, пар. Число степеней свободы в этом случае равно нулю, т.е. нельзя изменить ни давление, ни температуру, чтобы не исчезла ни одна из фаз. Обычный лед, жидкая вода и водяной пар могут существовать в равновесии одновременно только при давлении 0,61 кПа и температуре 0,0075°С. Точка сосуществования трех фаз называется тройной точкой (O).
    Кривая ОС разделяет области пара и жидкости и представляет собой зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Кривая ОС показывает те взаимосвязанные значения температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом, поэтому она называется кривой равновесия жидкость — пар или кривой кипения.

    Рис 10 Диаграмма состояния воды
    Кривая ОВ отделяет область жидкости от области льда. Она является кривой равновесия твердое состояние — жидкость и называется кривой плавления. Эта кривая показывает те взаимосвязанные пары значений температуры и давления, при которых лед и жидкая вода находятся в равновесии.
    Кривая OA называется кривой сублимации и показывает взаимосвязанные пары значений давления и температуры, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.
    Диаграмма состояния — наглядный способ представления областей существования различных фаз в зависимости от внешних условий, например от давления и температуры. Диаграммы состояния активно используются в материаловедении на разных технологических этапах получения изделия.
    Жидкость отличается от твердого кристаллического тела малыми значениями вязкости (внутреннего трения молекул) и высокими значениями текучести (величина, обратная вязкости). Жидкость состоит из множества агрегатов молекул, внутри которых частицы расположены в определенном порядке, подобно порядку в кристаллах. Природа структурных единиц и межчастичного взаимодействия определяет свойства жидкости. Различают жидкости: моноатомные (сжиженные благородные газы), молекулярные (вода), ионные (расплавленные соли), металлические (расплавленные металлы), жидкие полупроводники. В большинстве случаев жидкость является не только агрегатным состоянием, но и термодинамической (жидкой) фазой.
    Жидкие вещества чаще всего представляет собой растворы. Раствор однороден, но не является химически чистым веществом, состоит из растворенного вещества и растворителя (примеры растворителя – вода или органические растворители: дихлорэтан, спирт, четыреххлористый углерод и др.), поэтому представляет собой смесь веществ. Пример – раствор спирта в воде. Однако растворами также являются смеси газообразных (например, воздух) или твердых (сплавы металлов) веществ.
    При охлаждении в условиях малой скорости образования центров кристаллизации и сильного увеличения вязкости может возникнуть стеклообразное состояние. Стекла – это изотропные твердые материалы, получаемые переохлаждением расплавленных неорганических и органических соединений.
    Известно много веществ, переход которых из кристаллического состояния в изотропное жидкое осуществляется через промежуточное жидкокристаллическое состояние. Оно характерно для веществ, молекулы которых имеют форму длинных стержней (палочек) с асимметричным строением. Такие фазовые переходы, сопровождаемые тепловыми эффектами, вызывают скачкообразное изменение механических, оптических, диэлектрических и других свойств.
    Жидкие кристаллы, подобно жидкости, могут принимать форму удлиненной капли или форму сосуда, обладают высокой текучестью, способны к слиянию. Они получили широкое применение в разных областях науки и техники. Их оптические свойства сильно зависят от небольших изменений внешних условий. Эта особенность используется в электрооптических устройствах. В частности, жидкие кристаллы применяют при изготовлении электронных наручных часов, визуальной аппаратуры и др.
    К числу основных агрегатных состояний относится плазма – частично или полностью ионизированный газ. По способу образования различают два вида плазмы: термическую, возникающую при нагревании газа до высоких температур, и газообразную, образующуюся при электрических разрядах в газовой среде.
    Плазмохимические процессы заняли прочное место в ряде отраслей техники. Они применяются для резки и сварки тугоплавких металлов, синтеза разных веществ, широко используют плазменные источники света, перспективно применение плазмы в термоядерных энергетических установках и пр.

  8. canstructor Ответить

    Агрегатное состояние вещества зависит от физических условий, в которых оно находится, главным образом от температуры и от давления. Определяющей величиной является отношение средней потенциальной энергии взаимодействия молекул к их средней кинетической энергии. Так, для твёрдого тeла это отношение больше 1, для газов меньше 1, а для жидкостей приблизительно равно 1. Переходы из более упорядоченного по структуре агрегатного состояния в менее упорядоченное могут происходить не только при определённых температуре и давлении, но и непрерывно. Возможность непрерывных переходов указывает на некоторую условность выделения агрегатных состояний вещества.
    Это подтверждается существованием аморфных твёрдых тел, сохраняющих структуру жидкости, несколько видов кристаллического состояния у некоторых веществ, существование жидких кристаллов, существованием у полимеров особого высокоэластичного состояния.
    В отличие от других агрегатных состояний вещества плазма представляет собой газ заряженных частиц (ионов, электронов) , которые электрически взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях. Это определяет ряд своеобразных свойств плазмы.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *