Что такое агрегатное состояние? Агрегатное состояние вещества. Понятие о спиртах Существуют ли межмолекулярные взаимодействия в газах

Лекция 4. Агрегатные состояния вещества

1. Твердое состояние вещества.

2. Жидкое состояние вещества.

3. Газообразное состояние вещества.

Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. При очень высоких температурах возникает разновидность газообразного состояния – плазма (плазменное состояние).

1. Твердое состояние вещества характеризуется тем, что энергия взаимодействия частиц между собой выше кинетической энергии их движения. Большинство веществ в твердом состоянии имеет кристаллическое строение. Каждое вещество образует кристаллы определенной формы. К примеру, хлорид натрия имеет кристаллы в форме кубов, квасцы в форме октаэдров, нитрат натрия в форме призм.

Кристаллическая форма вещества наиболее устойчива. Расположение частиц в твердом теле изображается в виде решетки, в узлах которой те или иные частицы, соединенные воображаемыми линиями. Различают четыре основные типа кристаллических решеток: атомные, молекулярные, ионные и металлические.

Атомная кристаллическая решетка образована нейтральными атомами, которые связаны ковалентными связями (алмаз, графит, кремний). Молекулярную кристаллическую решетку имеют нафталин, сахароза, глюкоза. Структурными элементами этой решетки являются полярные и неполярные молекулы. Ионная кристаллическая решетка образована правильно чередующимися в пространстве положительно и отрицательно заряженными ионами (хлорид натрия, хлорид калия). Металлическую кристаллическую решетку имеют все металлы. В ее узлах находятся положительно заряженные ионы, между которыми находятся электроны в свободном состоянии.

Кристаллические вещества обладают рядом особенностей. Одно из них анизотропия - ϶ᴛᴏ неодинаковость физических свойств кристалла в различных направлениях внутри кристалла.

2. В жидком состоянии вещества энергия межмолекулярного взаимодействия частиц соизмерима с кинетической энергией их движения. Это состояние является промежуточным между газообразным и кристаллическим. В отличии от газов между молекулами жидкости действуют большие силы взаимного притяжения, что и определяет характер молекулярного движения. Тепловое движение молекулы жидкости включает колебательное и поступательное. Каждая молекула в течение какого-то времени колеблется около определенной точки равновесия, а затем перемещается и снова занимает равновесное положение. Это определяет ее текучесть. Силы межмолекулярного притяжения не дают молекулам при их движении далеко отходить друг от друга.

Свойства жидкостей зависят также от объема молекул, формы их поверхности. В случае если молекулы жидкости полярны, то происходит их объединение (ассоциация) в сложный комплекс. Такие жидкости называют ассоциированными (вода, ацетон, спирт). Οʜᴎ имеют более высокие t кип, обладают меньшей летучестью, более высокой диэлектрической проницаемостью.

Как известно, жидкости обладают поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение - ϶ᴛᴏ поверхностная энергия, отнесенная к единице поверхности: ϭ = Е/S, где ϭ – поверхностное натяжение; Е – поверхностная энергия; S – площадь поверхности. Чем прочнее межмолекулярные связи в жидкости, тем больше ее поверхностное натяжение. Вещества снижающие поверхностное нятяжение называются поверхностно-активными веществами.

Другим свойством жидкостей является вязкость. Вязкость - ϶ᴛᴏ сопротивление, возникающее при движении одних слоев жидкости относительно других при ее перемещении. Одни жидкости обладают высокой вязкостью (мед, мала), а другие – малой (вода, этиловый спирт).

3. В газообразном состоянии вещества энергия межмолекулярного взаимодействия частиц меньше их кинетической энергии. По этой причине молекулы газа не удерживаются вместе, а свободно перемещаются в объеме. Для газов характерны свойства: 1) равномерное распределение по всему объему сосуда в котором они находятся; 2) малая плотность по сравнению с жидкостями и твердыми веществами; 3) легкая сжимаемость.

В газе молекулы находятся на очень большом расстоянии друг от друга, силы притяжения между ними малы. При больших расстояниях между молекулами эти силы практически отсутствуют. Газ в таком состоянии принято называть идеальным. Реальные газы при высоких давлениях и низких температурах не подчиняются уравнению состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона), так кА в этих условиях начинают проявляться силы взаимодействия между молекулами.

«Спирты» Из истории  Знаете ли вы, что еще в IV в. До н. э. люди умели изготавливать напитки, содержащие этиловый спирт? Вино получали сбраживанием фруктовых и ягодных соков. Однако выделять из него дурманящий компонент научились получать значительно позже. В XI в. алхимики уловили пары летучего вещества, которое выделялось при нагревании вина Определение Спирты́ (устаревшее алкого́ли) - органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп (гидроксил, OH), непосредственно связанных с атомом углерода в углеводородном радикале  Общая формула спиртов СxHy(OH)n Общая формула одноатомных предельных спиртов СnН2n+1ОН Классификация спиртов По числу гидроксильных групп CxHy(OH)n Одноатомные алкоголи CH3 - CH2 - CH2 OH Двухатомные гликоли CH3 - CH - CH2 OH OH Трёхатомные глицерины CH2 - CH - CH2 OH OH OH Классификация спиртов По Похарактеру характеру углеводородного углеводородного радикала радикала CxHy(OH)n CxHy(OH)n Предельные Предельные CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Непредельные Непредельные CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Ароматические Ароматические CH CH2 OH 2 --OH Номенклатура спиртов Просмотрите таблицу и сделайте вывод о номенклатуре спиртов НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРИЯ При образовании названий спиртов к названию углеводорода, соответствующего спирту, добавляют (родовой) суффикс – ОЛ. Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи: H | H- C – O H | H метанол H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H пропанол-1 H H H | 1 | 2 |3 H - C – C – C -H | | | H OH H пропанол -2 ВИДЫ ИЗОМЕРИИ 1. Изомерия положения функциональной группы (пропанол–1 и пропанол–2) 2. Изомерия углеродного скелета CH3-CH2-CH2-CH2-OH бутанол-1 CH3-CH-CH2-OH | CH3 2-метилпропанол-1 3. Изомерия межклассовая – спирты изомерны простым эфирам: СН3-СН2-ОН этанол СН3-О-СН3 диметиловый эфир Вывод  Названия одноатомных спиртов образуются из названия углеводорода с самой длинной углеродной цепью, содержащей гидроксильную группу, путём добавления суффикса -ол  Для многоатомных спиртов перед суффиксом -ол по-гречески (-ди-, -три-, ...) указывается количество гидроксильных групп  Например: CH3-CH2-OH этанол Виды изомерии спиртов Структурная 1. Углеродной цепи 2. Положения функциональной группы ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  Низшие спирты (С1-C11)-летучие жидкости с резким запахом  Высшие спирты (C12- и выше)твердые вещества с приятным запахом ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Название Формула Пл. г/см3 tпл.C tкип.C Метиловый CH3OH 0,792 -97 64 Этиловый C2H5OH 0,790 -114 78 Пропиловый CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Изопропиловый CH3-CH(OH)-CH3 0,786 -88 82 Бутиловый CH3CH2CH2CH2OH 0,810 -90 118 Особенность физических свойств: агрегатное состояние Метиловый спирт (первый представитель гомологического ряда спиртов)– жидкость. Может быть у него большая молекулярная масса? Нет. Гораздо меньше, чем у углекислого газа. Тогда в чем дело? R – O … H – O …H – O H R R Оказывается, все дело в водородных связях, которые образуются между молекулами спиртов, и не дают отдельным молекулам улететь Особенность физических свойств: растворимость в воде Низшие спирты растворимы в воде, высшие – не растворимы. Почему? СН3 – О …Н – О … Н – О Н Н СН3 А если радикал большой? СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – О … Н – О Н Н Водородные связи слишком слабы, чтобы удержать молекулу спирта, имеющую большую нерастворимую часть, между молекулами воды Особенность физических свойств: контракция Почему при решении расчетных задач никогда не пользуются объемом, а только массой? Смешаем 500 мл спирта и 500 мл воды. Получим 930 мл раствора. Водородные связи между молекулами спирта и воды настолько велики, что происходит уменьшение суммарного объема раствора, его “сжатие” (от латинского contraktio – сжимание). Отдельные представители спиртов Одноатомный спирт - метанол  Жидкость без цвета с температурой кипения 64С, характерным запахом Легче воды. Горит бесцветным пламенем.  Применяется в качестве растворителя и топлива в двигателях внутреннего сгорания Метанол - яд  Ядовитое действие метанола основано на поражении нервной и сосудистой системы. Приём внутрь 5-10 мл метанола приводит к тяжёлому отравлению, а 30 мл и более - к смерти Одноатомный спирт - этанол Бесцветная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом, температурой кипения78С. Легче воды. Смешивается с ней в любых отношениях. Легко воспламеняется, горит слабо светящимся голубоватым пламенем. Дружба с ГАИ Спирты дружат с ГАИ? Но каким образом! Вас когда - нибудь останавливал инспектор ГАИ? А в трубочку Вы дышали? Если вам не повезло, то прошла реакция окисления спирта, при которой цвет изменился, а вам пришлось платить штраф 3СН3 – СН2 – ОН + К2Сr2O7 + 4H2SO4  K2SO4 + 7H2O+ O Cr2(SO4)3 + 3CH3 – C H Дружить или не дружить со спиртом Вопрос интересный. Спирт относится к ксенобиотикам – веществам, не содержащимся в человеческом организме, но влияющим на его жизнедеятельность. Все зависит от дозы. 1. Спирт – это питательное вещество, которое обеспечивает организм энергией. В средние века за счет потребления алкоголя организм получал около 25% энергии; 2. Спирт – это лекарственное средство, имеющее дезинфицирующее и антибактериальное действие; 3. Спирт – это яд, нарушающий естественные биологические процессы, разрушающий внутренние органы и психику и при чрезмерном употреблении влекущий смерть Применение этанола  Этиловый спирт употребляется при приготовлении различных спиртных напитков;  В медицине для приготовления экстрактов из лекарственных растений, а также для дезинфекции;  В косметике и парфюмерии этанол - растворитель для духов и лосьонов Вредное воздействие этанола  В начале опьянения страдают структуры коры больших полушарий; активность центров мозга, управляющих поведением, подавляется: утрачивается разумный контроль над поступками, снижается критическое отношение к себе. И. П. Павлов называл такое состояние «буйством подкорки»  При очень большом содержании алкоголя в крови угнетается активность двигательных центров мозга, главным образом страдает функция мозжечка - человек полностью теряет ориентацию Вредное воздействие этанола  Изменения структуры мозга, вызванные многолетней алкогольной интоксикацией, почти необратимы, и даже после длительного воздержания от употребления спиртных напитков они сохраняются. Если же человек не может остановиться, то органические и, следовательно, психические отклонения от нормы идут по нарастающей Вредное воздействие этанола  Алкоголь крайне неблагоприятно влияет на сосуды головного мозга. В начале опьянения они расширяются, кровоток в них замедляется, что приводит к застойным явлениям в головном мозге. Затем, когда в крови помимо алкоголя начинают накапливаться вредные продукты его неполного распада, наступает резкий спазм, сужение сосудов, развиваются такие опасные осложнения, как мозговые инсульты, приводящие к тяжелой инвалидности и даже смерти. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. В одном сосуде без подписи находится вода, а в другом – спирт. Можно ли воспользоваться индикатором, чтобы их распознать? Кому принадлежит честь получения чистого спирта? Может ли спирт быть твердым веществом? Молекулярная масса метанола 32, а углекислого газа 44. Сде-лайте вывод об агрегатном состоянии спирта. Смешали литр спирта и литр воды. Определите объем смеси. Как провести инспектора ГАИ? Может ли безводный абсолютированный спирт отдавать воду? Что такое ксенобиотики и какое отношение они имеют к спиртам? ОТВЕТЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Нельзя. Индикаторы не действуют на спирты и их водные растворы. Конечно же алхимикам. Может, если этот спирт содержит 12 углеродных атомов и больше. По этим данным вывод сделать нельзя. Водородные связи между молекулами спирта при малой молекулярной массе этих молекул делают температуру кипения спирта аномально высокой. Объем смеси будет не два литра, а гораздо меньше, примерно 1л - 860 мл. Не пить, когда садишься за руль. Может, если его нагреть и добавить конц. серной кислоты. Не поленитесь и вспомните все, что Вы слышали с спиртах, решите для себя раз и навсегда, какая доза Ваша……. и нужна ли она вообще????? Многоатомный спирт этиленгликоль  Этиленгликоль - представитель предельных двухатомных спиртов - гликолей;  Название гликоли получили вследствие сладкого вкуса многих представителей ряда (греч. «гликос» - сладкий);  Этиленгликоль - сиропообразная жидкость сладкого вкуса, без запаха, ядовит. Хорошо смешивается с водой и спиртом, гигроскопичен Применение этиленгликоля  Важным свойством этиленгликоля является способность понижать температуру замерзания воды, от чего вещество нашло широкое применения как компонент автомобильных антифризов и незамерзающих жидкостей;  Он применяется для получения лавсана (ценного синтетического волокна) Этиленгликоль - яд  Дозы вызывающие смертельное отравление этиленгликолем варьируются в широких пределах - от 100 до 600 мл. По данным ряда авторов смертельной дозой для человека является 50-150 мл. Смертность при поражении этиленгликолем очень высока и составляет более 60% всех случаев отравления;  Механизм токсического действия этиленгликоля до настоящего времени изучен недостаточно. Этиленгликоль быстро всасывается (в том числе через поры кожи) и в течение нескольких часов циркулирует в крови в неизмененном виде, достигая максимальной концентрации через 2-5 часов. Затем его содержание в крови постепенно снижается, и он фиксируется в тканях Многоатомный спирт глицерин  Глицерин – трехатомный предельный спирт. Бесцветная, вязкая, гигроскопичная, сладкая на вкус жидкость. Смешивается с водой в любых отношениях, хороший растворитель. Реагирует с азотной кислотой с образованием нитроглицерина. С карбоновыми кислотами образует жиры и масла CH2 – CH – CH2 OH OH OH Применение глицерина  Применяется в     производстве взрывчатых веществ нитроглицерина; При обработке кожи; Как компонент некоторых клеёв; При производстве пластмасс глицерин используют в качестве пластификатора; В производстве кондитерских изделий и напитков (как пищевая добавка E422) Качественная реакция на многоатомные спирты Качественная реакция на многоатомные спирты  Реакцией на многоатомные спирты является их взаимодействие со свежеполученным осадком гидроксида меди (II), который растворяется с образованием яркого сине-фиолетового раствора Задания Заполните рабочую карту к уроку;  Ответьте на вопросы теста;  Разгадайте кроссворд  Рабочая карта урока «Спирты»  Общая формула спиртов Назовите вещества:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH)  Составьте структурную формулу пропанол-2  Чем определяется атомность спирта?  Перечислите области применения этанола  Какие спирты используют в пищевой промышленности?  Какой спирт вызывает смертельное отравление при попадании в организм 30 мл?  Какое вещество используется в качестве незамерзающей жидкости?  Как отличить многоатомный спирт от одноатомного спирта? Способы получения Лабораторные  Гидролиз галогеналканов: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Гидратация алкенов: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Гидрирование карбонильных соединений Промышленные  Синтез метанола из синтез-газа CO+2H2 CH3-OH (при повышенном давлении, высокой температуре и катализатора оксида цинка)  Гидратация алкенов  Брожение глюкозы: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Химические свойства I. Реакции с разрывом связи RO–H  Спирты реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя солеобразные соединения – алкоголяты 2СH CH CH OH + 2Na  2СH CH CH ONa + H  2СH CH OH + Сa  (СH CH O) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Взаимодействие с органическими кислотами (реакция этерификации) приводит к образованию сложных эфиров. CH COОH + HOC H  CH COОC H (уксусноэтиловый эфир (этилацетат)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Реакции с разрывом связи R–OH С галогеноводородами: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Реакции окисления Спирты горят: 2С3H7ОH + 9O2  6СO2 + 8H2O При действии окислителей:  первичные спирты превращаются в альдегиды, вторичные в кетоны IV. Дегидратация Протекает при нагревании с водоотнимающими реагентами (конц. Н2SO4). 1. Внутримолекулярная дегидратация приводит к образованию алкенов CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. Межмолекулярная дегидратация даёт простые эфиры R-OH + H-O–R  R–O–R(простой эфир) + H2O

Вопросы о том, что такое агрегатное состояние, какими особенностями и свойствами обладают твердые вещества, жидкости и газы, рассматриваются в нескольких учебных курсах. Существует три классических состояния материи, со своими характерными чертами строения. Их понимание является важным моментом в постижении наук о Земле, живых организмах, производственной деятельности. Эти вопросы изучают физика, химия, география, геология, физическая химия и другие научные дисциплины. Вещества, находящиеся при определенных условиях в одном из трех базовых типов состояния, могут изменяться при повышении или понижении температуры, давления. Рассмотрим возможные переходы из одних агрегатных состояний в другие, как они осуществляются в природе, технике и повседневной жизни.

Что такое агрегатное состояние?

Слово латинского происхождения "aggrego" в переводе на русский язык означает «присоединять». Научный термин относится к состоянию одного и того же тела, вещества. Существование при определенных температурных значениях и разном давлении твердых тел, газов и жидкостей характерно для всех оболочек Земли. Помимо трех базовых агрегатных состояний, существует еще и четвертое. При повышенной температуре и неизменном давлении газ превращается в плазму. Чтобы лучше понять, что такое агрегатное состояние, необходимо вспомнить о мельчайших частицах, из которых состоят вещества и тела.

На схеме вверху показаны: а — газ; b — жидкость; с — твердое тело. На подобных рисунках кружочками обозначаются структурные элементы веществ. Это условное обозначение, на самом деле атомы, молекулы, ионы не являются сплошными шариками. Атомы состоят из положительно заряженного ядра, вокруг которого на большой скорости движутся отрицательно заряженные электроны. Знания о микроскопическом строении вещества помогают лучше понять различия, существующие между разными агрегатными формами.

Представления о микромире: от Древней Греции до XVII века

Первые сведения о частицах, из которых сложены физические тела, появились в Древней Греции. Мыслители Демокрит и Эпикур ввели такое понятие, как атом. Они считали, что эти мельчайшие неделимые частицы разных веществ обладают формой, определенными размерами, способны к движению и взаимодействию друг с другом. Атомистика стала наиболее передовым для своего времени учением Древней Греции. Но ее развитие затормозилось в средние века. Так как тогда ученых преследовала инквизиция римской католической церкви. Поэтому вплоть до нового времени не было внятной концепции, что такое агрегатное состояние вещества. Только после XVII века ученые Р. Бойль, М. Ломоносов, Д. Дальтон, А. Лавуазье сформулировали положения атомно-молекулярной теории, не утратившие своего значения и в наши дни.

Атомы, молекулы, ионы — микроскопические частицы строения материи

Значительный прорыв в понимании микромира произошел в XX веке, когда был изобретен электронный микроскоп. С учетом открытий, сделанных учеными ранее, удалось сложить стройную картину микромира. Теории, описывающие состояние и поведение мельчайших частиц вещества, довольно сложные, они относятся к области Для понимания особенностей разных агрегатных состояний материи достаточно знать названия и особенности основных структурных частиц, которые образуют разные вещества.

Атомы — химически неделимые частицы. Сохраняются в химических реакциях, но разрушаются в ядерных. Металлы и многие другие вещества атомарного строения имеют твердое агрегатное состояние при обычных условиях.
Молекулы — частицы, которые разрушаются и образуются в химических реакциях. кислород, вода, углекислый газ, сера. Агрегатное состояние кислорода, азота, диоксидов серы, углерода, кислорода при обычных условиях — газообразное.
Ионы — заряженные частицы, в которые превращаются атомы и молекулы, когда присоединяют или теряют электроны — микроскопические отрицательно заряженные частички. Ионное строение имеют многие соли, например поваренная, железный и медный купорос.

Есть вещества, частицы которых определенным образом расположены в пространстве. Упорядоченное взаимное положение атомов, ионов, молекул называют кристаллической решеткой. Обычно ионные и атомарные кристаллические решетки характерны для твердых веществ, молекулярные - для жидкостей и газов. Высокой твердостью отличается алмаз. Его атомная кристаллическая решетка образована атомами углерода. Но мягкий графит тоже состоит из атомов этого химического элемента. Только они по-другому расположены в пространстве. Обычное агрегатное состояние серы — твердое, но при высоких температурах вещество превращается в жидкость и аморфную массу.

Вещества в твердом агрегатном состоянии

Твердые тела при обычных условиях сохраняют объем и форму. Например, песчинка, крупинка сахара, соли, кусок горной породы или металла. Если нагревать сахар, то вещество начинает плавиться, превращаясь в вязкую коричневую жидкость. Прекратим нагревание — снова получим твердое вещество. Значит, одно из главных условий перехода твердого тела в жидкость — его нагревание или повышение внутренней энергии частиц вещества. Твердое агрегатное состояние соли, которую используют в пищу, тоже можно изменить. Но чтобы расплавить поваренную соль, нужна более высокая температура, чем при нагревании сахара. Дело в том, что сахар состоит из молекул, а поваренная соль - из заряженных ионов, которые сильнее притягиваются друг к другу. Твердые вещества в жидком виде не сохраняют свою форму, потому что кристаллические решетки разрушаются.

Жидкое агрегатное состояние соли при расплавлении объясняется разрывом связи между ионами в кристаллах. Освобождаются заряженные частички, которые могут переносить электрические заряды. Расплавы солей проводят электричество, являются проводниками. В химической, металлургической и машиностроительной промышленности твердые вещества превращают в жидкие для получения из них новых соединений или придания им разной формы. Большое распространение получили сплавы металлов. Есть несколько способов их получения, связанных с изменениями агрегатного состояния твердого сырья.

Жидкость — одно из базовых агрегатных состояний

Если налить в круглодонную колбу 50 мл воды, то можно заметить, что вещество сразу же примет форму химического сосуда. Но как только мы выльем воду из колбы, то жидкость сразу же растечется по поверхности стола. Объем воды останется тот же — 50 мл, а ее форма изменится. Перечисленные особенности характерны для жидкой формы существования материи. Жидкостями являются многие органические вещества: спирты, растительные масла, кислоты.

Молоко — эмульсия, т. е. жидкость, в которой находятся капельки жира. Полезное жидкое ископаемое — нефть. Добывают ее из скважин с помощью буровых вышек на суше и в океане. Морская вода тоже является сырьем для промышленности. Ее отличие от пресной воды рек и озер заключается в содержании растворенных веществ, в основном солей. При испарении с поверхности водоемов в парообразное состояние переходят только молекулы Н 2 О, растворенные вещества остаются. На этом свойстве основаны методы получения полезных веществ из морской воды и способы ее очистки.

При полном удалении солей получают дистиллированную воду. Она кипит при 100 °С, замерзает при 0 °С. Рассолы кипят и превращаются в лед при других температурных показателях. Например, вода в Северном Ледовитом океане замерзает при температуре на поверхности 2 °С.

Агрегатное состояние ртути при обычных условиях — жидкость. Этим серебристо-серым металлом обычно заполняют медицинские термометры. При нагревании столбик ртути поднимается по шкале, происходит расширение вещества. Почему же в используется подкрашенный красной краской спирт, а не ртуть? Объясняется это свойствами жидкого металла. При 30-градусных морозах агрегатное состояние ртути меняется, вещество становится твердым.

Если медицинский термометр разбился, а ртуть вылилась, то собирать руками серебристые шарики опасно. Вредно вдыхать пары ртути, это вещество очень токсичное. Детям в таких случаях надо обратиться за помощью к родителям, взрослым.

Газообразное состояние

Газы не способны сохранять ни свой объем, ни форму. Заполним колбу доверху кислородом (его химическая формула О 2) . Как только мы откроем колбу, молекулы вещества начнут смешиваться с воздухом в помещении. Это происходит благодаря броуновскому движению. Еще древнегреческий ученый Демокрит считал, что частички вещества находятся в постоянном движении. В твердых телах при обычных условиях у атомов, молекул, ионов нет возможности покинуть кристаллическую решетку, освободиться от связей с другими частицами. Такое возможно только при поступлении большого количества энергии извне.

В жидкостях расстояние между частицами немного больше, чем в твердых телах, им требуется меньше энергии для разрыва межмолекулярных связей. К примеру, жидкое агрегатное состояние кислорода наблюдается только при снижении температуры газа до −183 °C. При −223 °C молекулы О 2 образуют твердое вещество. При повышении температуры сверх приведенных значений кислород превращается в газ. Именно в таком виде он находится при обычных условиях. На промышленных предприятиях действуют специальные установки для разделения воздуха атмосферы и получения из него азота и кислорода. Сначала воздух охлаждают и сжижают, а затем постепенно повышают температуру. Азот и кислород превращаются в газы при разных условиях.

Атмосфера Земли содержит 21 % по объему кислорода и 78 % азота. В жидком виде эти вещества в газовой оболочке планеты не встречаются. Жидкий кислород имеет светло-синий цвет, им при высоком давлении заполняют баллоны для использования в медицинских учреждениях. В промышленности и строительстве сжиженные газы необходимы для проведения очень многих процессов. Кислород нужен для газовой сварки и резки металлов, в химии — для реакций окисления неорганических и органических веществ. Если открыть вентиль кислородного баллона, давление уменьшается, жидкость превращается в газ.

Сжиженные пропан, метан и бутан находят широкое применение в энергетике, на транспорте, в промышленности и хозяйственно-бытовой деятельности населения. Получают эти вещества из природного газа или при крекинге (расщеплении) нефтяного сырья. Углеродные жидкие и газообразные смеси играют важную роль в экономике многих стран. Но запасы нефти и природного газа сильно истощены. По оценкам ученых, этого сырья хватит на 100-120 лет. Альтернативный источник энергии - воздушный поток (ветер). Используются для работы электростанций быстротекущие реки, приливы на берегах морей и океанов.

Кислород, как и другие газы, может находиться в четвертом агрегатном состоянии, представляя собой плазму. Необычный переход из твердого состояния в газообразное — характерная черта кристаллического йода. Вещество темно-фиолетового цвета подвергается сублимации — превращается в газ, минуя жидкое состояние.

Как осуществляются переходы из одной агрегатной формы материи в другую?

Изменения агрегатного состояния веществ не связаны с химическими превращениями, это физические явления. При повышении температуры многие твердые тела плавятся, превращаются в жидкости. Дальнейшее повышение температуры может привести к испарению, то есть к газообразному состоянию вещества. В природе и хозяйстве такие переходы характерны для одного из главных веществ на Земле. Лед, жидкость, пар — это состояния воды при разных внешних условиях. Соединение одно и то же, его формула — Н 2 О. При температуре 0 °С и ниже этого значения вода кристаллизуется, то есть превращается в лед. При повышении температуры возникшие кристаллики разрушаются — лед тает, вновь получается жидкая вода. При ее нагревании образуется Испарение — превращение воды в газ — идет даже при низких температурах. Например, замерзшие лужи постепенно исчезают, потому что вода испаряется. Даже в морозную погоду мокрое белье высыхает, но только процесс этот более длительный, чем в жаркий день.

Все перечисленные переходы воды из одного состояния в другое имеют огромное значение для природы Земли. Атмосферные явления, климат и погода связаны с испарением воды с поверхности Мирового океана, переносом влаги в виде облаков и тумана на сушу, выпадением осадков (дождя, снега, града). Эти явления составляют основу Мирового круговорота воды в природе.

Как меняются агрегатные состояния серы?

При обычных условиях сера — это яркие блестящие кристаллы или светло-желтый порошок, т. е. это твердое вещество. Агрегатное состояние серы меняется при нагревании. Сначала при повышении температуры до 190 °C желтое вещество плавится, превращаясь в подвижную жидкость.

Если быстро вылить жидкую серу в холодную воду, то получается коричневая аморфная масса. При дальнейшем нагревании расплава серы он становится все более вязким, темнеет. При температуре свыше 300 °C агрегатное состояние серы снова изменяется, вещество приобретает свойства жидкости, становится подвижным. Эти переходы возникают благодаря способности атомов элемента образовывать цепочки разной длины.

Почему вещества могут находиться в разных физических состояниях?

Агрегатное состояние серы — простого вещества — твердое при обычных условиях. Диоксид серы — газ, серная кислота — маслянистая жидкость тяжелее воды. В отличие от соляной и азотной кислот она не летучая, с ее поверхности не испаряются молекулы. Какое агрегатное состояние имеет пластическая сера, которую получают при нагревании кристаллов?

В аморфном виде вещество имеет структуру жидкости, обладая незначительной текучестью. Но пластическая сера одновременно сохраняет форму (как твердое вещество). Существуют жидкие кристаллы, обладающие рядом характерных свойств твердых веществ. Таким образом, состояние вещества при разных условиях зависит от его природы, температуры, давления и других внешних условий.

Какие существуют особенности в строении твердых тел?

Имеющиеся различия между основными агрегатными состояниями материи объясняются взаимодействием между атомами, ионами и молекулами. Например, почему твердое агрегатное состояние вещества приводит к способности тел сохранять объем и форму? В кристаллической решетке металла или соли структурные частицы притягиваются другу к другу. В металлах положительно заряженные ионы взаимодействуют с так называемым «электронным газом» — скоплением свободных электронов в куске металла. Кристаллы солей возникают благодаря притяжению разноименно заряженных частиц — ионов. Расстояние между вышеперечисленными структурными единицами твердых тел намного меньше, чем размеры самих частиц. В этом случае действует электростатическое притяжение, оно придает прочность, а отталкивание недостаточно сильное.

Чтобы разрушить твердое агрегатное состояние вещества, надо приложить усилия. Металлы, соли, атомные кристаллы плавятся при очень высоких температурах. К примеру, железо становится жидким при температуре выше 1538 °С. Тугоплавким является вольфрам, из него изготавливают нити накаливания для электрических лампочек. Есть сплавы, которые становятся жидкими при температурах свыше 3000 °С. Многие на Земле находятся в твердом состоянии. Добывают это сырье с помощью техники в шахтах и карьерах.

Для отрыва даже одного иона от кристалла необходимо затратить большое количество энергии. Но ведь достаточно растворить соль в воде, чтобы кристаллическая решетка распалась! Это явление объясняется удивительными свойствами воды как полярного растворителя. Молекулы Н 2 О взаимодействуют с ионами соли, разрушая химическую связь между ними. Таким образом, растворение — это не простое перемешивание разных веществ, а физико-химическое взаимодействие между ними.

Как взаимодействуют молекулы жидкостей?

Вода может быть жидкостью, твердым веществом и газом (паром). Это ее основные агрегатные состояния при обычных условиях. Молекулы воды состоят из одного атома кислорода, с которым связаны два атома водорода. Возникает поляризация химической связи в молекуле, на атомах кислорода появляется частичный отрицательный заряд. Водород становится положительным полюсом в молекуле, притягивается атомом кислорода другой молекулы. Это получило название «водородная связь».

Жидкое агрегатное состояние характеризуют расстояния между структурными частицами, сравнимые с их размерами. Притяжение существует, но оно слабое, поэтому вода не сохраняет форму. Парообразование происходит из-за разрушения связей, которое идет на поверхности жидкости даже при комнатной температуре.

Существуют ли межмолекулярные взаимодействия в газах?

Газообразное состояние вещества по ряду параметров отличается от жидкого и твердого. Между структурными частицами газов существуют большие промежутки, намного превышающие размеры молекул. При этом силы притяжения совсем не действуют. Газообразное агрегатное состояние характерно для веществ, присутствующих в составе воздуха: азота, кислорода, диоксида углерода. На рисунке ниже первый куб заполнен газом, второй жидкостью, а третий — твердым вещество.

Многие жидкости являются летучими, с их поверхности отрываются и переходят в воздух молекулы вещества. Например, если к отверстию открытой бутылки с соляной кислотой поднести ватку, смоченную в нашатырном спирте, то появляется белый дым. Прямо в воздухе происходит химическая реакция между соляной кислотой и аммиаком, получается хлорид аммония. В каком агрегатном состоянии находится это вещество? Его частички, образующие белый дым, представляют собой мельчайшие твердые кристаллы соли. Этот опыт надо проводить под вытяжкой, вещества являются токсичными.

Заключение

Агрегатное состояние газа изучали многие выдающиеся физики и химики: Авогадро, Бойль, Гей-Люссак, Клайперон, Менделеев, Ле-Шателье. Ученые сформулировали законы, объясняющие поведение газообразных веществ в химических реакциях, при изменении внешних условий. Открытые закономерности не только вошли в школьные и вузовские учебники физики и химии. Многие химические производства основаны на знаниях о поведении и свойствах веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях.

Презентация на тему "Спирты" по химии в формате powerpoint. Презентация для школьников содержит 12 слайдов, где с точки зрения химии рассказывается о спиртах, их физических свойствах, реакции с галогеноводородами.

Фрагменты из презентации

Из истории

Знаете ли вы, что еще в IV в. До н. э. люди умели изготавливать напитки, содержащие этиловый спирт? Вино получали сбраживанием фруктовых и ягодных соков. Однако выделять из него дурманящий компонент научились получать значительно позже. В XI в. алхимики уловили пары летучего вещества, которое выделялось при нагревании вина.

Физические свойства

Низшие спирты – это жидкости, хорошо растворимые в воде, без цвета, с запахом.
Высшие спирты – твердые вещества, в воде не растворимые.

Особенность физических свойств: агрегатное состояние

Метиловый спирт (первый представитель гомологического ряда спиртов)– жидкость. Может быть у него большая молекулярная масса? Нет. Гораздо меньше, чем у углекислого газа. Тогда в чем дело?
Оказывается, все дело в водородных связях, которые образуются между молекулами спиртов, и не дают отдельным молекулам улететь.

Особенность физических свойств: растворимость в воде

Низшие спирты растворимы в воде, высшие – не растворимы. Почему?
Водородные связи слишком слабы, чтобы удержать молекулу спирта, имеющую большую нерастворимую часть, между молекулами воды.

Особенность физических свойств: контракция

Почему при решении расчетных задач никогда не пользуются объемом, а только массой?
Смешаем 500 мл спирта и 500 мл воды. Получим 930 мл раствора. Водородные связи между молекулами спирта и воды настолько велики, что происходит уменьшение суммарного объема раствора, его "сжатие” (от латинского contraktio – сжимание).

Спирты – это кислоты?

Спирты реагируют со щелочными металлами. При этом атом водорода гидроксильной группы замещается на металл. Похоже на кислоту.
Но кислотные свойства спиртов слишком слабы, слабы настолько, что спирты не действуют на индикаторы.

Дружба с ГАИ.

Спирты дружат с ГАИ? Но каким образом!
Вас когда - нибудь останавливал инспектор ГАИ? А в трубочку Вы дышали?
Если вам не повезло, то прошла реакция окисления спирта, при которой цвет изменился, а вам пришлось платить штраф.

Отдаем воду 1

Отнятие воды – дегидротация может быть внутримолекулярная, если температура больше 140 градусов. При этом нужен катализатор – концентрированная серная кислота.

Отдаем воду 2

Если температуру уменьшить, а катализатор оставить тот – же, то пройдет межмолекулярная дегидротация.

Реакция с галогеноводородами.

Эта реакция обратима и требует катализатора – концентрированной серной кислоты.

Дружить или не дружить со спиртом.

Вопрос интересный. Спирт относится к ксенобиотикам – веществам, не содержащимся в человеческом организме, но влияющим на его жизнедеятельность. Все зависит от дозы.

Спирт – это питательное вещество, которое обеспечивает организм энергией. В средние века за счет потребления алкоголя организм получал около 25% энергии.
Спирт – это лекарственное средство, имеющее дезинфицирующее и антибактериальное действие.
Спирт – это яд, нарушающий естественные биологические процессы, разрушающий внутренние органы и психику и при чрезмерном употреблении влекущий смерть.