Всички вещества могат да бъдат в различно агрегатно състояние – твърдо, течно, газообразно и плазмено. В древността се е смятало, че светът се състои от земя, вода, въздух и огън. На това визуално разделение съответстват агрегатните състояния на веществата. Опитът показва, че границите между агрегатните състояния са много произволни. Газовете при ниско налягане и ниски температури се считат за идеални; молекулите в тях съответстват на материални точки, които могат да се сблъскат само според законите на еластичния удар. Силите на взаимодействие между молекулите в момента на удара са незначителни, а самите сблъсъци се случват без загуба на механична енергия. Но тъй като разстоянието между молекулите се увеличава, трябва да се вземе предвид и взаимодействието на молекулите. Тези взаимодействия започват да влияят на прехода от газообразно състояние към течност или твърдо състояние. Между молекулите могат да възникнат различни видове взаимодействия.

Силите на междумолекулно взаимодействие не са наситени, различни от силите на химично взаимодействие на атомите, което води до образуването на молекули. Те могат да бъдат електростатични поради взаимодействия между заредени частици. Опитът показва, че квантово-механичното взаимодействие, което зависи от разстоянието и взаимната ориентация на молекулите, е незначително при разстояния между молекулите над 10 -9 м. В разредените газове може да се пренебрегне или да се приеме, че потенциалната енергия на взаимодействие на практика е равен на нула. На къси разстояния тази енергия е малка и действат взаимни сили на привличане

при - взаимно отблъскване и сила

привличането и отблъскването на молекулите са балансирани и F= 0. Тук силите се определят от връзката им с потенциалната енергия.Но частиците се движат, притежавайки известен запас от кинетична енергия.

gii. Нека една молекула е неподвижна, а друга се сблъсква с нея, имайки такъв запас от енергия. Когато молекулите се приближат една към друга, силите на привличане извършват положителна работа и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие намалява до разстояние.В същото време кинетичната енергия (и скоростта) се увеличава. Когато разстоянието стане по-малко, силите на привличане ще бъдат заменени от сили на отблъскване. Работата, извършена от молекулата срещу тези сили, е отрицателна.

Молекулата ще се приближи до неподвижна молекула, докато нейната кинетична енергия се преобразува напълно в потенциална. Минимално разстояние д,разстоянието, на което молекулите могат да се приближат, се нарича ефективен диаметър на молекулата.След спиране молекулата ще започне да се отдалечава под въздействието на отблъскващи сили с нарастваща скорост. След като отново премине разстоянието, молекулата ще попадне в областта на привличащите сили, което ще забави нейното отстраняване. Ефективният диаметър зависи от първоначалния запас от кинетична енергия, т.е. тази стойност не е постоянна. При равни разстояния потенциалната енергия на взаимодействие има безкрайно голяма стойност или „бариера“, която не позволява на центровете на молекулите да се приближат на по-малко разстояние. Съотношението на средната потенциална енергия на взаимодействие към средната кинетична енергия определя състоянието на агрегация на веществото: за газове, за течности, за твърди вещества

Кондензираната материя включва течности и твърди вещества. В тях атомите и молекулите са разположени близо, почти докосващи се. Средното разстояние между центровете на молекулите в течности и твърди тела е от порядъка на (2 -5) 10 -10 м. Техните плътности също са приблизително еднакви. Междуатомните разстояния надвишават разстоянията, на които електронните облаци проникват един в друг толкова много, че възникват сили на отблъскване. За сравнение, в газовете при нормални условия средното разстояние между молекулите е около 33 10 -10 m.

IN течностимеждумолекулното взаимодействие има по-силен ефект, топлинното движение на молекулите се проявява в слаби вибрации около равновесното положение и дори скача от едно положение в друго. Следователно те имат само ред в къси разстояния в подреждането на частиците, тоест последователност в подреждането само на най-близките частици и характерна течливост.

Твърди веществаТе се характеризират със структурна твърдост, имат точно определен обем и форма, които се променят много по-малко под въздействието на температура и налягане. В твърдите тела са възможни аморфни и кристални състояния. Има и междинни вещества - течни кристали. Но атомите в твърдите вещества изобщо не са неподвижни, както може да се мисли. Всеки от тях се колебае през цялото време под въздействието на еластични сили, възникващи между неговите съседи. Повечето елементи и съединения имат кристална структура под микроскоп.

Така зърната готварска сол изглеждат като идеални кубчета. В кристалите атомите са фиксирани в местата на кристалната решетка и могат да вибрират само близо до местата на решетката. Кристалите представляват истински твърди вещества, а твърдите вещества като пластмаса или асфалт заемат междинна позиция между твърди вещества и течности. Аморфното тяло, подобно на течността, има ред на къси разстояния, но вероятността от скокове е ниска. По този начин стъклото може да се разглежда като свръхохладена течност с повишен вискозитет. Течните кристали имат течливостта на течностите, но запазват подреденото разположение на атомите и имат анизотропия на свойствата.

Химичните връзки на атомите (и около in) в кристалите са същите като в молекулите. Структурата и твърдостта на твърдите тела се определят от разликите в електростатичните сили, които свързват заедно атомите, изграждащи тялото. Механизмът, който свързва атомите в молекули, може да доведе до образуването на твърди периодични структури, които могат да се считат за макромолекули. Подобно на йонните и ковалентните молекули, има йонни и ковалентни кристали. Йонните решетки в кристалите се държат заедно чрез йонни връзки (виж Фиг. 7.1). Структурата на готварската сол е такава, че всеки натриев йон има шест съседа - хлорни йони. Това разпределение съответства на минимална енергия, т.е., когато се образува такава конфигурация, се освобождава максимална енергия. Следователно, когато температурата падне под точката на топене, има тенденция да се образуват чисти кристали. С повишаването на температурата топлинната кинетична енергия е достатъчна, за да разруши връзката, кристалът ще започне да се топи и структурата ще започне да се разпада. Кристалният полиморфизъм е способността да се образуват състояния с различни кристални структури.

Когато разпределението на електрическия заряд в неутралните атоми се промени, могат да възникнат слаби взаимодействия между съседите. Тази връзка се нарича молекулярна или ван дер ваалсова (както в молекулата на водорода). Но силите на електростатично привличане могат да възникнат и между неутралните атоми, тогава не настъпват пренареждания в електронните обвивки на атомите. Взаимното отблъскване, когато електронните обвивки се приближават една към друга, измества центъра на тежестта на отрицателните заряди спрямо положителните. Всеки от атомите индуцира електрически дипол в другия и това води до тяхното привличане. Това е действието на междумолекулните сили или силите на Ван дер Ваалс, които имат голям радиус на действие.

Тъй като водородният атом е толкова малък и неговият електрон може лесно да бъде изместен, той често се привлича към два атома наведнъж, образувайки водородна връзка. Водородното свързване също е отговорно за взаимодействието на водните молекули една с друга. Той обяснява много от уникалните свойства на водата и леда (фиг. 7.4).

Ковалентна връзка(или атомен) се постига поради вътрешното взаимодействие на неутралните атоми. Пример за такава връзка е връзката в молекулата на метана. Силно свързаната разновидност на въглерода е диамантът (четири водородни атома са заменени с четири въглеродни атома).

Така въглеродът, изграден върху ковалентна връзка, образува кристал с формата на диамант. Всеки атом е заобиколен от четири атома, образувайки правилен тетраедър. Но всеки от тях е и връх на съседния тетраедър. При други условия същите въглеродни атоми кристализират в графит.В графита те също са свързани чрез атомни връзки, но образуват равнини от шестоъгълни клетки от пчелна пита, способни на срязване. Разстоянието между атомите, разположени във върховете на хексаедрите, е 0,142 nm. Слоевете са разположени на разстояние 0,335 nm, т.е. са слабо свързани, така че графитът е пластичен и мек (фиг. 7.5). През 1990 г. имаше бум в изследванията, причинен от съобщението за откриването на ново вещество - фулерит,състоящ се от въглеродни молекули - фулерени. Тази форма на въглерод е молекулярна, т.е. Минималният елемент не е атом, а молекула. Наречен е на архитекта Р. Фулър, който през 1954 г. получава патент за изграждане на конструкции от шестоъгълници и петоъгълници, които образуват полукълбо. Молекула от 60 въглеродни атоми с диаметър 0,71 nm е открит през 1985 г., след това са открити молекули и т.н. Всички те имаха стабилни повърхности,

но най-стабилните молекули са C 60 и СЪС 70 . Логично е да се предположи, че графитът се използва като изходен материал за синтеза на фулерени. Ако това е така, тогава радиусът на шестоъгълния фрагмент трябва да бъде 0,37 nm. Но се оказа, че е равна на 0,357 nm. Тази разлика от 2% се дължи на факта, че въглеродните атоми са разположени на сферична повърхност във върховете на 20 правилни хексаедъра, наследени от графита, и 12 правилни пентаедъра, т.е. Дизайнът наподобява футболна топка. Оказва се, че когато са "зашити" в затворена сфера, някои от плоските хексаедри са се превърнали в пентаедри. При стайна температура молекулите C60 кондензират в структура, в която всяка молекула има 12 съседа, разположени на 0,3 nm една от друга. При T= 349 K, възниква фазов преход от първи ред - решетката се пренарежда в кубична. Самият кристал е полупроводник, но когато към кристалния филм C 60 се добави алкален метал, възниква свръхпроводимост при температура от 19 К. Ако един или друг атом се въведе в тази куха молекула, той може да се използва като основа за създаване на носител за съхранение със свръхвисока плътност на информацията: плътността на запис ще достигне 4-10 12 бита/см 2 . За сравнение, филм от феромагнитен материал дава плътност на запис от порядъка на 10 7 бита/см 2, а оптичните дискове, т.е. лазерна технология, - 10 8 бита/см 2. Този въглерод има и други уникални свойства, особено важни в медицината и фармакологията.

Проявява се в метални кристали метална връзка,когато всички атоми в един метал предават своите валентни електрони „за колективна употреба“. Те са слабо свързани с атомните скелети и могат да се движат свободно по кристалната решетка. Около 2/5 от химичните елементи са метали. В металите (с изключение на живака) връзката се образува, когато празните орбитали на металните атоми се припокриват и електроните се отстраняват поради образуването на кристална решетка. Оказва се, че решетъчните катиони са обвити в електронен газ. Метална връзка възниква, когато атомите се събират на разстояние, по-малко от размера на облака от външни електрони. С тази конфигурация (принципа на Паули) енергията на външните електрони се увеличава и съседните ядра започват да привличат тези външни електрони, размивайки електронните облаци, разпределяйки ги равномерно в целия метал и превръщайки ги в електронен газ. Така възникват електроните на проводимостта, които обясняват високата електропроводимост на металите. В йонните и ковалентните кристали външните електрони са практически свързани и проводимостта на тези твърди вещества е много малка, те се наричат изолатори.

Вътрешната енергия на течностите се определя от сумата от вътрешните енергии на макроскопичните подсистеми, на които тя може да бъде мислено разделена, и енергиите на взаимодействие на тези подсистеми. Взаимодействието се осъществява чрез молекулни сили с радиус на действие от порядъка на 10 -9 м. За макросистемите енергията на взаимодействието е пропорционална на контактната площ, така че е малка, като частта от повърхностния слой, но това не е необходимо. Нарича се повърхностна енергия и трябва да се вземе предвид при проблеми, свързани с повърхностно напрежение. Обикновено течностите заемат по-голям обем с еднакво тегло, т.е. имат по-ниска плътност. Но защо обемите на леда и бисмута намаляват по време на топенето и дори след точката на топене поддържат тази тенденция за известно време? Оказва се, че тези вещества в течно състояние са по-плътни.

В течност всеки атом се въздейства от своите съседи и той осцилира в анизотропния потенциален кладенец, който те създават. За разлика от твърдото тяло, тази дупка е плитка, тъй като далечните съседи почти нямат влияние. Непосредствената среда на частиците в течността се променя, т.е. течността тече. Когато се достигне определена температура, течността ще заври; по време на кипене температурата остава постоянна. Входящата енергия се изразходва за разрушаване на връзките, а течността, когато е напълно разбита, се превръща в газ.

Плътностите на течностите са много по-големи от плътностите на газовете при същите налягания и температури. Така обемът на водата при кипене е само 1/1600 от обема на същата маса водна пара. Обемът на течността зависи малко от налягането и температурата. При нормални условия (20 °C и налягане 1,013 10 5 Pa) водата заема обем от 1 литър. Когато температурата падне до 10 °C, обемът намалява само с 0,0021, а когато налягането се повиши, намалява наполовина.

Въпреки че все още няма прост идеален модел на течност, нейната микроструктура е достатъчно проучена и дава възможност да се обяснят качествено повечето от нейните макроскопични свойства. Фактът, че в течностите кохезията на молекулите е по-слаба, отколкото в твърдо тяло, е отбелязан от Галилей; Той беше изненадан, че големи капки вода се натрупаха върху зелевите листа, а не се разпространиха върху листа. Разлят живак или капки вода върху мазна повърхност придобиват формата на малки топчета поради залепване. Ако молекули на едно вещество се привличат към молекули на друго вещество, говорим за намокряне,например лепило и дърво, масло и метал (въпреки огромното налягане, маслото се задържа в лагерите). Но водата се издига в тънки тръби, наречени капиляри, и колкото по-тънка е тръбата, толкова по-високо се издига. Не може да има друго обяснение, освен ефекта от мокрене на вода и стъкло. Силите на омокряне между стъклото и водата са по-големи, отколкото между водните молекули. При живака ефектът е обратен: овлажняването на живака и стъклото е по-слабо от силите на сцепление между живачните атоми. Галилей забеляза, че игла, намазана с мазнина, може да плува по вода, въпреки че това противоречи на закона на Архимед. Когато иглата изплува, можете

но забележете леко отклонение на повърхността на водата, опитвайки се да се изправи, сякаш. Силите на сцепление между водните молекули са достатъчни, за да предотвратят падането на иглата във водата. Повърхностният слой предпазва водата като филм, това е повърхностно напрежение,която се стреми да придаде формата на водата най-малката повърхност – сферична. Но иглата вече няма да плува на повърхността на алкохола, защото когато алкохолът се добави към водата, повърхностното напрежение намалява и иглата потъва. Сапунът също така намалява повърхностното напрежение, така че горещата сапунена пяна, проникваща в пукнатини и пукнатини, отмива по-добре замърсяванията, особено тези, съдържащи мазнини, докато чистата вода просто би се свила на капчици.

Плазмата е четвъртото състояние на материята, което е газ, съставен от колекция от заредени частици, взаимодействащи на големи разстояния. В този случай броят на положителните и отрицателните заряди е приблизително равен, така че плазмата е електрически неутрална. От четирите елемента плазмата съответства на огъня. За да се трансформира газ в състояние на плазма, той трябва да бъде йонизирам,премахване на електрони от атоми. Йонизацията може да се извърши чрез нагряване, електрически разряд или силно лъчение. Материята във Вселената е предимно в йонизирано състояние. При звездите йонизацията се причинява термично, при разредените мъглявини и междузвездния газ - от ултравиолетовото лъчение от звездите. Нашето Слънце също се състои от плазма; нейното излъчване йонизира горните слоеве на земната атмосфера, т.нар. йоносфера,от състоянието му зависи възможността за радиокомуникация на дълги разстояния. В земни условия плазмата се среща рядко - в луминесцентни лампи или в електрическа заваръчна дъга. В лабораториите и техниката плазмата най-често се получава чрез електрически разряд. В природата мълнията прави това. По време на йонизация чрез разряд възникват електронни лавини, подобно на процеса на верижна реакция. За получаване на термоядрена енергия се използва методът на инжектиране: газовите йони, ускорени до много високи скорости, се инжектират в магнитни капани, привличайки електрони от околната среда, образувайки плазма. Използва се и йонизация под налягане - ударни вълни. Този метод на йонизация се среща в свръхплътни звезди и вероятно в ядрото на Земята.

Всяка сила, действаща върху йони и електрони, предизвиква електрически ток. Ако не е свързан с външни полета и не е затворен вътре в плазмата, той става поляризиран. Плазмата се подчинява на газовите закони, но когато се приложи магнитно поле, което регулира движението на заредени частици, тя проявява свойства, които са напълно необичайни за газ. В силно магнитно поле частиците започват да се въртят около силовите линии и се движат свободно по магнитното поле. Те казват, че това спираловидно движение измества структурата на линиите на полето и полето е „замразено“ в плазмата. Разредената плазма се описва от система от частици, докато по-плътната плазма се описва от течен модел.

Високата електрическа проводимост на плазмата е основната й разлика от газа. Проводимостта на студената плазма на слънчевата повърхност (0,8 10 -19 J) достига проводимостта на металите, а при термоядрена температура (1,6 10 -15 J) водородната плазма провежда ток 20 пъти по-добре от медта при нормални условия. Тъй като плазмата е способна да провежда ток, моделът на проводяща течност често се прилага към нея. Счита се за непрекъсната среда, въпреки че нейната свиваемост я отличава от обикновената течност, но тази разлика се появява само в потоци, чиято скорост е по-голяма от скоростта на звука. Поведението на проводящата течност се изучава в наука, наречена магнитна хидродинамика.В космоса всяка плазма е идеален проводник и законите на замръзналото поле имат широко приложение. Моделът на проводяща течност ни позволява да разберем механизма на задържане на плазмата от магнитно поле. По този начин плазмените потоци се излъчват от Слънцето, засягайки земната атмосфера. Самият поток няма магнитно поле, но чуждо поле не може да проникне в него според закона за замръзване. Плазмените слънчеви потоци изтласкват външни междупланетни магнитни полета от околностите на Слънцето. Там, където полето е по-слабо, се появява магнитна кухина. Когато тези корпускулярни плазмени потоци се приближават до Земята, те се сблъскват с магнитното поле на Земята и са принудени да текат около нея по същия закон. Оказва се, че е вид кухина, където се събира магнитното поле и където плазмените потоци не проникват. На повърхността му се натрупват заредени частици, които са били открити от ракети и сателити - това е външният радиационен пояс на Земята. Тези идеи бяха използвани и при решаването на проблемите на задържането на плазмата от магнитно поле в специални устройства - токамаци (от съкращението на думите: тороидална камера, магнит). С напълно йонизирана плазма, съдържаща се в тези и други системи, се възлагат надежди за получаване на контролирана термоядрена реакция на Земята. Това би осигурило чист и евтин източник на енергия (морска вода). Работи се и за производство и задържане на плазма с помощта на фокусирано лазерно лъчение.

Лекция 4. Агрегатни състояния на материята

1. Твърдо агрегатно състояние.

2. Течно агрегатно състояние.

3. Газообразно агрегатно състояние.

Веществата могат да бъдат в три агрегатни състояния: твърдо, течно и газообразно. При много високи температури се появява вид газообразно състояние - плазма (плазмено състояние).

1. Твърдото състояние на материята се характеризира с това, че енергията на взаимодействие между частиците е по-висока от кинетичната енергия на тяхното движение. Повечето вещества в твърдо състояние имат кристална структура. Всяко вещество образува кристали с определена форма. Например, натриевият хлорид има кристали под формата на кубчета, стипцата е под формата на октаедри, а натриевият нитрат е под формата на призми.

Кристалната форма на веществото е най-стабилна. Подреждането на частиците в твърдо тяло е изобразено под формата на решетка, в чиито възли има определени частици, свързани с въображаеми линии. Има четири основни вида кристални решетки: атомни, молекулярни, йонни и метални.

Атомна кристална решеткаобразувани от неутрални атоми, които са свързани с ковалентни връзки (диамант, графит, силиций). Молекулярна кристална решеткаимат нафталин, захароза, глюкоза. Структурните елементи на тази решетка са полярни и неполярни молекули. Йонна кристална решеткаобразувани от положително и отрицателно заредени йони (натриев хлорид, калиев хлорид), редовно редуващи се в пространството. Всички метали имат метална кристална решетка. Възлите му съдържат положително заредени йони, между които има електрони в свободно състояние.

Кристалните вещества имат редица характеристики. Една от тях е анизотропията - несходството на физичните свойства на кристала в различни посоки вътре в кристала.

2. В течното състояние на веществото енергията на междумолекулното взаимодействие на частиците е съизмерима с кинетичната енергия на тяхното движение. Това състояние е междинно между газообразно и кристално. За разлика от газовете, между течните молекули действат големи сили на взаимно привличане, което определя естеството на молекулярното движение. Топлинното движение на течна молекула включва вибрационно и транслационно. Всяка молекула се колебае около определена равновесна точка за известно време, след което се движи и отново заема равновесно положение. Това определя неговата течливост. Силите на междумолекулно привличане пречат на молекулите да се отдалечат една от друга, когато се движат.

Свойствата на течностите също зависят от обема на молекулите и формата на тяхната повърхност. Ако молекулите на течността са полярни, тогава те се комбинират (асоциират) в сложен комплекс. Такива течности се наричат ​​свързани (вода, ацетон, алкохол). Οʜᴎ имат по-висок t kip, имат по-ниска летливост и по-висока диелектрична константа.

Както знаете, течностите имат повърхностно напрежение. Повърхностно напрежение- ϶ᴛᴏ повърхностна енергия на единица повърхност: ϭ = E/S, където ϭ е повърхностно напрежение; E – повърхностна енергия; S – площ на повърхността. Колкото по-силни са междумолекулните връзки в течността, толкова по-голямо е нейното повърхностно напрежение. Веществата, които намаляват повърхностното напрежение, се наричат ​​повърхностно активни вещества.

Друго свойство на течностите е вискозитетът. Вискозитетът е съпротивлението, което възниква, когато някои слоеве на течност се движат спрямо други, когато се движи. Някои течности имат висок вискозитет (мед, мала), докато други имат нисък вискозитет (вода, етилов алкохол).

3. В газообразно състояние на веществото енергията на междумолекулното взаимодействие на частиците е по-малка от тяхната кинетична енергия. Поради тази причина газовите молекули не се задържат заедно, а се движат свободно в обема. Газовете се характеризират със следните свойства: 1) равномерно разпределение в целия обем на съда, в който се намират; 2) ниска плътност в сравнение с течности и твърди вещества; 3) лесна свиваемост.

В газ молекулите са разположени на много голямо разстояние една от друга, силите на привличане между тях са малки. При големи разстояния между молекулите тези сили практически липсват. Газ в това състояние обикновено се нарича идеален. Реалните газове при високи налягания и ниски температури не се подчиняват на уравнението на състоянието на идеален газ (уравнение на Менделеев-Клапейрон), тъй като при тези условия започват да се появяват сили на взаимодействие между молекулите.

Най-често се знае за три агрегатни състояния: течно, твърдо, газообразно; понякога си спомнят плазма, по-рядко течни кристали. Наскоро в интернет се разпространи списък от 17 фази на материята, взет от известния () Стивън Фрай. Затова ще ви разкажем по-подробно за тях, защото... трябва да знаете малко повече за материята, макар и само за да разберете по-добре процесите, протичащи във Вселената.

Списъкът с агрегатни състояния на материята, даден по-долу, се увеличава от най-студените състояния до най-горещите и т.н. може да бъде продължено. В същото време трябва да се разбере, че от газообразното състояние (№ 11), най-„некомпресираното“, от двете страни на списъка, степента на компресия на веществото и неговото налягане (с някои резерви за такива неизучени хипотетични състояния като квантови, лъчеви или слабо симетрични) нарастват След текста е показана визуална графика на фазовите преходи на материята.

1. Квантов- състояние на агрегиране на материята, което се постига при спадане на температурата до абсолютната нула, в резултат на което вътрешните връзки изчезват и материята се разпада на свободни кварки.

2. Кондензат на Бозе-Айнщайн- състояние на агрегация на материята, чиято основа са бозони, охладени до температури, близки до абсолютната нула (по-малко от една милионна от градуса над абсолютната нула). В такова силно охладено състояние достатъчно голям брой атоми се оказват в своите минимални възможни квантови състояния и квантовите ефекти започват да се проявяват на макроскопично ниво. Кондензатът на Бозе-Айнщайн (често наричан кондензат на Бозе или просто „бек“) възниква, когато охладите химичен елемент до изключително ниски температури (обикновено точно над абсолютната нула, минус 273 градуса по Целзий). , е теоретичната температура, при която всичко спира да се движи).
Тук започват да се случват напълно странни неща с веществото. Процесите, които обикновено се наблюдават само на атомно ниво, сега се случват в мащаби, достатъчно големи, за да бъдат наблюдавани с просто око. Например, ако поставите „обратно“ в лабораторна чаша и осигурите желаната температура, веществото ще започне да пълзи по стената и в крайна сметка ще излезе само.
Очевидно тук имаме работа с безполезен опит на субстанция да намали собствената си енергия (която вече е на най-ниското от всички възможни нива).
Забавянето на атоми с помощта на охлаждащо оборудване създава уникално квантово състояние, известно като Бозе или Бозе-Айнщайн кондензат. Това явление е предсказано през 1925 г. от А. Айнщайн в резултат на обобщение на работата на С. Бозе, където е построена статистическа механика за частици, вариращи от безмасови фотони до носещи маса атоми (ръкописът на Айнщайн, считан за изгубен, е открит в библиотеката на Лайденския университет през 2005 г.). Резултатът от усилията на Бозе и Айнщайн е концепцията на Бозе за газ, обект на статистиката на Бозе-Айнщайн, която описва статистическото разпределение на идентични частици с цяло числово въртене, наречени бозони. Бозоните, които са например отделни елементарни частици - фотони, и цели атоми, могат да бъдат в едни и същи квантови състояния помежду си. Айнщайн предположи, че охлаждането на бозонните атоми до много ниски температури ще ги накара да се трансформират (или, с други думи, кондензират) в най-ниското възможно квантово състояние. Резултатът от такава кондензация ще бъде появата на нова форма на материята.
Този преход се случва под критичната температура, която е за хомогенен триизмерен газ, състоящ се от невзаимодействащи си частици без никакви вътрешни степени на свобода.

3. Фермионен кондензат- агрегатно състояние на вещество, подобно на основата, но различно по структура. Докато се приближават до абсолютната нула, атомите се държат различно в зависимост от големината на техния собствен ъглов момент (спин). Бозоните имат цели числа, докато фермионите имат спинове, кратни на 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Фермионите се подчиняват на принципа на изключване на Паули, който гласи, че няма два фермиона, които да имат едно и също квантово състояние. Няма такава забрана за бозоните и следователно те имат възможност да съществуват в едно квантово състояние и по този начин да образуват така наречения Бозе-Айнщайнов кондензат. Процесът на образуване на този кондензат е отговорен за прехода към свръхпроводящо състояние.
Електроните имат спин 1/2 и следователно се класифицират като фермиони. Те се комбинират в двойки (наречени двойки на Купър), които след това образуват Бозе кондензат.
Американски учени се опитаха да получат вид молекули от фермионни атоми чрез дълбоко охлаждане. Разликата от истинските молекули беше, че нямаше химическа връзка между атомите - те просто се движеха заедно по корелиран начин. Връзката между атомите се оказва дори по-силна, отколкото между електроните в двойките на Купър. Получените двойки фермиони имат общо въртене, което вече не е кратно на 1/2, следователно те вече се държат като бозони и могат да образуват Бозе кондензат с едно квантово състояние. По време на експеримента газ от атоми калий-40 беше охладен до 300 нанокелвина, докато газът беше затворен в така наречения оптичен капан. Тогава беше приложено външно магнитно поле, с помощта на което беше възможно да се промени характерът на взаимодействията между атомите - вместо силно отблъскване започна да се наблюдава силно привличане. Когато се анализира влиянието на магнитното поле, беше възможно да се намери стойност, при която атомите започнаха да се държат като двойки електрони на Купър. На следващия етап от експеримента учените очакват да получат ефекти на свръхпроводимост за фермионния кондензат.

4. Свръхтечно вещество- състояние, при което веществото практически няма вискозитет и по време на потока не изпитва триене с твърда повърхност. Последствието от това е например такъв интересен ефект като пълното спонтанно „изпълзяване“ на свръхфлуидния хелий от съда по стените му срещу силата на гравитацията. Разбира се, тук няма нарушение на закона за запазване на енергията. При липса на сили на триене хелият се въздейства само от силите на гравитацията, силите на междуатомно взаимодействие между хелия и стените на съда и между атомите на хелия. Така че силите на междуатомното взаимодействие надвишават всички останали сили, взети заедно. В резултат на това хелият се стреми да се разпространи възможно най-много върху всички възможни повърхности и следователно „пътува“ по стените на съда. През 1938 г. съветският учен Пьотр Капица доказва, че хелият може да съществува в свръхтечно състояние.
Струва си да се отбележи, че много от необичайните свойства на хелия са известни от доста време. През последните години обаче този химичен елемент ни глези с интересни и неочаквани ефекти. И така, през 2004 г. Моузес Чан и Юн-Сионг Ким от университета в Пенсилвания заинтригуваха научния свят с съобщението, че са успели да получат напълно ново състояние на хелий - свръхфлуидно твърдо вещество. В това състояние някои хелиеви атоми в кристалната решетка могат да текат около други и по този начин хелият може да тече през себе си. Ефектът на "свръхтвърдостта" е теоретично предсказан през 1969 г. И тогава през 2004 г. изглежда имаше експериментално потвърждение. По-късни и много интересни експерименти обаче показаха, че не всичко е толкова просто и може би това тълкуване на явлението, което преди беше прието като свръхтечност на твърдия хелий, е неправилно.
Експериментът на учените, ръководени от Хъмфри Марис от университета Браун в САЩ, беше прост и елегантен. Учените поставиха обърната епруветка в затворен резервоар, съдържащ течен хелий. Те замразиха част от хелия в епруветката и в резервоара по такъв начин, че границата между течност и твърдо вещество вътре в епруветката беше по-висока, отколкото в резервоара. С други думи, в горната част на епруветката имаше течен хелий, в долната част имаше твърд хелий, той плавно премина в твърдата фаза на резервоара, над който се изля малко течен хелий - по-ниско от течния ниво в епруветката. Ако течният хелий започне да изтича през твърд хелий, тогава разликата в нивата ще намалее и тогава можем да говорим за твърд свръхфлуиден хелий. И по принцип в три от 13-те експеримента разликата в нивата действително намалява.

5. Свръхтвърдо вещество- агрегатно състояние, при което материята е прозрачна и може да "тече" като течност, но всъщност е лишена от вискозитет. Такива течности са известни от много години, те се наричат ​​суперфлуиди. Факт е, че ако свръхтечността се разбърква, тя ще циркулира почти вечно, докато нормалната течност в крайна сметка ще се успокои. Първите два суперфлуида са създадени от изследователи, използващи хелий-4 и хелий-3. Те бяха охладени почти до абсолютната нула - минус 273 градуса по Целзий. А от хелий-4 американските учени успяха да получат свръхтвърдо тяло. Те компресираха замръзнал хелий с повече от 60 пъти по-голямо налягане и след това поставиха чашата, пълна с веществото, върху въртящ се диск. При температура от 0,175 градуса по Целзий дискът изведнъж започна да се върти по-свободно, което според учените показва, че хелият се е превърнал в супертяло.

6. Твърди- състояние на агрегиране на вещество, характеризиращо се със стабилност на формата и характера на топлинното движение на атомите, които извършват малки вибрации около равновесни позиции. Стабилното състояние на твърдите тела е кристално. Има твърди тела с йонни, ковалентни, метални и други видове връзки между атомите, което определя разнообразието на техните физични свойства. Електрическите и някои други свойства на твърдите тела се определят главно от естеството на движението на външните електрони на неговите атоми. Въз основа на техните електрически свойства твърдите тела се разделят на диелектрици, полупроводници и метали, а въз основа на техните магнитни свойства - на диамагнитни, парамагнитни и тела с подредена магнитна структура. Изследванията на свойствата на твърдите тела се обединяват в голяма област - физика на твърдото тяло, чието развитие се стимулира от нуждите на технологиите.

7. Аморфно твърдо вещество- кондензирано агрегатно състояние на вещество, характеризиращо се с изотропия на физичните свойства поради неподреденото разположение на атомите и молекулите. В аморфните твърди тела атомите вибрират около произволно разположени точки. За разлика от кристалното състояние, преходът от твърдо аморфно към течно състояние става постепенно. В аморфно състояние са различни вещества: стъкло, смоли, пластмаси и др.

8. Течен кристале специфично агрегатно състояние на вещество, при което то едновременно проявява свойствата на кристал и течност. Веднага трябва да се отбележи, че не всички вещества могат да бъдат в течнокристално състояние. Въпреки това, някои органични вещества със сложни молекули могат да образуват специфично агрегатно състояние - течни кристали. Това състояние възниква, когато кристалите на определени вещества се стопят. При стопяването им се образува течнокристална фаза, която се различава от обикновените течности. Тази фаза съществува в диапазона от температурата на топене на кристала до някаква по-висока температура, при нагряване до която течният кристал се превръща в обикновена течност.
По какво течният кристал се различава от течния и обикновения кристал и по какво си прилича с тях? Подобно на обикновената течност, течният кристал има течливост и приема формата на съда, в който е поставен. По това се различава от познатите на всички кристали. Но въпреки това свойство, което го обединява с течност, той има свойство, характерно за кристалите. Това е подреждането в пространството на молекулите, които образуват кристала. Наистина, това подреждане не е толкова пълно, колкото при обикновените кристали, но въпреки това значително влияе върху свойствата на течните кристали, което ги отличава от обикновените течности. Непълното пространствено подреждане на молекулите, образуващи течен кристал, се проявява във факта, че в течните кристали няма пълен ред в пространственото разположение на центровете на тежестта на молекулите, въпреки че може да има частичен ред. Това означава, че те нямат твърда кристална решетка. Следователно течните кристали, както и обикновените течности, имат свойството течливост.
Задължително свойство на течните кристали, което ги доближава до обикновените кристали, е наличието на ред на пространствена ориентация на молекулите. Този ред в ориентацията може да се прояви, например, във факта, че всички дълги оси на молекули в проба от течен кристал са ориентирани по един и същи начин. Тези молекули трябва да имат продълговата форма. В допълнение към най-простото наименувано подреждане на молекулните оси, в течен кристал може да възникне по-сложен ориентационен ред на молекулите.
В зависимост от вида на подреждането на молекулярните оси течните кристали се разделят на три вида: нематични, смектични и холестерични.
Изследванията върху физиката на течните кристали и техните приложения в момента се извършват на широк фронт във всички най-развити страни на света. Вътрешните изследвания са съсредоточени както в академични, така и в индустриални изследователски институции и имат дълга традиция. Творбите на В.К., завършени през тридесетте години в Ленинград, стават широко известни и признати. Фредерикс към V.N. Цветкова. През последните години бързото изследване на течните кристали доведе до това, че местните изследователи също дадоха значителен принос за развитието на изследването на течните кристали като цяло и по-специално на оптиката на течните кристали. Така произведенията на I.G. Чистякова, А.П. Капустина, С.А. Бразовски, С.А. Пикина, Л.М. Блинов и много други съветски изследователи са широко известни на научната общност и служат като основа за редица ефективни технически приложения на течните кристали.
Съществуването на течните кристали е установено отдавна, а именно през 1888 г., тоест преди почти век. Въпреки че учените са се натъкнали на това състояние на материята преди 1888 г., то е официално открито по-късно.
Първият, който открива течните кристали, е австрийският ботаник Райницер. Докато изучава синтезираното от него ново вещество холестерил бензоат, той открива, че при температура от 145°C кристалите на това вещество се топят, образувайки мътна течност, която силно разсейва светлината. Тъй като нагряването продължава, при достигане на температура от 179°C, течността става бистра, т.е. започва да се държи оптически като обикновена течност, например вода. Холестерил бензоатът показа неочаквани свойства в мътната фаза. Изследвайки тази фаза под поляризационен микроскоп, Reinitzer открива, че тя проявява двойно пречупване. Това означава, че индексът на пречупване на светлината, т.е. скоростта на светлината в тази фаза, зависи от поляризацията.

9. Течност- състояние на агрегиране на вещество, съчетаващо характеристиките на твърдо състояние (запазване на обема, определена якост на опън) и газообразно състояние (променливост на формата). Течностите се характеризират с малък ред в подреждането на частиците (молекули, атоми) и малка разлика в кинетичната енергия на топлинното движение на молекулите и тяхната потенциална енергия на взаимодействие. Топлинното движение на течните молекули се състои от колебания около равновесни позиции и сравнително редки скокове от едно равновесно положение в друго; течливостта на течността е свързана с това.

10. Суперкритична течност(SCF) е състояние на агрегиране на вещество, при което разликата между течната и газовата фаза изчезва. Всяко вещество при температура и налягане над неговата критична точка е суперкритична течност. Свойствата на веществото в свръхкритично състояние са междинни между свойствата му в газова и течна фаза. По този начин SCF има висока плътност, близка до течност, и нисък вискозитет, като газовете. Коефициентът на дифузия в този случай има междинна стойност между течност и газ. Вещества в свръхкритично състояние могат да се използват като заместители на органични разтворители в лабораторни и промишлени процеси. Суперкритичната вода и суперкритичният въглероден диоксид са получили най-голям интерес и разпространение поради определени свойства.
Едно от най-важните свойства на свръхкритичното състояние е способността за разтваряне на вещества. Чрез промяна на температурата или налягането на течността можете да промените нейните свойства в широк диапазон. По този начин е възможно да се получи течност, чиито свойства са близки или до течност, или до газ. По този начин способността за разтваряне на течност се увеличава с увеличаване на плътността (при постоянна температура). Тъй като плътността се увеличава с увеличаване на налягането, промяната на налягането може да повлияе на способността за разтваряне на течността (при постоянна температура). В случай на температура, зависимостта на свойствата на течността е малко по-сложна - при постоянна плътност способността за разтваряне на течността също се увеличава, но близо до критичната точка леко повишаване на температурата може да доведе до рязък спад в плътността и съответно способността за разтваряне. Суперкритичните течности се смесват помежду си без ограничение, така че когато се достигне критичната точка на сместа, системата винаги ще бъде еднофазна. Приблизителната критична температура на бинарна смес може да се изчисли като средноаритметична стойност на критичните параметри на веществата Tc(смес) = (моларна фракция A) x TcA + (моларна фракция B) x TcB.

11. Газообразен- (френски газ, от гръцки хаос - хаос), състояние на агрегация на вещество, при което кинетичната енергия на топлинното движение на неговите частици (молекули, атоми, йони) значително надвишава потенциалната енергия на взаимодействията между тях и следователно частиците се движат свободно, равномерно запълвайки в отсъствието на външни полета целия предоставен му обем.

12. Плазма- (от гръцки плазма - изваян, оформен), състояние на материята, което е йонизиран газ, в който концентрациите на положителни и отрицателни заряди са равни (квазинеутралност). По-голямата част от материята във Вселената е в състояние на плазма: звезди, галактически мъглявини и междузвездна среда. В близост до Земята плазмата съществува под формата на слънчев вятър, магнитосфера и йоносфера. Изследва се високотемпературна плазма (T ~ 106 - 108K) от смес от деутерий и тритий с цел осъществяване на контролиран термоядрен синтез. Нискотемпературната плазма (T Ј 105K) се използва в различни газоразрядни устройства (газови лазери, йонни устройства, MHD генератори, плазматрони, плазмени двигатели и др.), Както и в технологиите (вижте Плазмена металургия, Плазмено пробиване, Плазма технология).

13. Изродена материя— е междинен етап между плазмата и неутрония. Наблюдава се при белите джуджета и играе важна роля в еволюцията на звездите. Когато атомите са подложени на изключително високи температури и налягания, те губят своите електрони (те стават електронен газ). С други думи, те са напълно йонизирани (плазма). Налягането на такъв газ (плазма) се определя от налягането на електроните. Ако плътността е много висока, всички частици се приближават една до друга. Електроните могат да съществуват в състояния със специфични енергии и няма два електрона, които да имат еднаква енергия (освен ако спиновете им не са противоположни). Така в плътен газ всички по-ниски енергийни нива са запълнени с електрони. Такъв газ се нарича изроден. В това състояние електроните проявяват изродено електронно налягане, което противодейства на силите на гравитацията.

14. Неутроний- състояние на агрегиране, в което материята преминава при свръхвисоко налягане, което все още е непостижимо в лабораторията, но съществува вътре в неутронните звезди. При прехода към неутронно състояние електроните на веществото взаимодействат с протоните и се превръщат в неутрони. В резултат на това материята в неутронно състояние се състои изцяло от неутрони и има плътност от порядъка на ядрената. Температурата на веществото не трябва да бъде твърде висока (в енергиен еквивалент, не повече от сто MeV).
При силно повишаване на температурата (стотици MeV и повече) различни мезони започват да се раждат и анихилират в неутронно състояние. При по-нататъшно повишаване на температурата настъпва деконфайнмент и веществото преминава в състояние на кварк-глюонна плазма. Тя вече не се състои от адрони, а от постоянно раждащи се и изчезващи кварки и глуони.

15. Кварк-глюонна плазма(хромоплазма) - състояние на агрегиране на материята във физиката на високите енергии и физиката на елементарните частици, при което адронната материя преминава в състояние, подобно на състоянието, в което се намират електрони и йони в обикновената плазма.
Обикновено материята в адроните е в така нареченото безцветно („бяло“) състояние. Тоест кварките с различни цветове взаимно се компенсират. Подобно състояние съществува в обикновената материя - когато всички атоми са електрически неутрални, т.е.
положителните заряди в тях се компенсират от отрицателните. При високи температури може да настъпи йонизация на атомите, при което зарядите се разделят и веществото става, както се казва, „квазинеутрално“. Тоест, целият облак материя като цяло остава неутрален, но отделните му частици престават да бъдат неутрални. Същото нещо, очевидно, може да се случи с адронната материя - при много високи енергии се освобождава цвят и прави субстанцията "квази-безцветна".
Предполага се, че материята на Вселената е била в състояние на кварк-глуонна плазма в първите моменти след Големия взрив. Сега кварк-глюонна плазма може да се образува за кратко време по време на сблъсъци на частици с много високи енергии.
Кварк-глюонната плазма е произведена експериментално в ускорителя RHIC в Националната лаборатория Брукхейвън през 2005 г. Максималната температура на плазмата от 4 трилиона градуса по Целзий е получена там през февруари 2010 г.

16. Странно вещество- състояние на агрегиране, при което материята се компресира до максимални стойности на плътност; може да съществува под формата на „супа от кварк“. Един кубичен сантиметър материя в това състояние ще тежи милиарди тонове; в допълнение, той ще трансформира всяко нормално вещество, с което влезе в контакт, в същата „странна“ форма с освобождаване на значително количество енергия.
Енергията, която може да бъде освободена, когато ядрото на звездата се превърне в "странна материя", ще доведе до свръхмощна експлозия на "кваркова нова" - и, според Лийхи и Уйед, точно това са наблюдавали астрономите през септември 2006 г.
Процесът на образуване на това вещество започна с обикновена свръхнова, в която се превърна масивна звезда. В резултат на първата експлозия се образува неутронна звезда. Но, според Лейхи и Уйед, то не е продължило много дълго - тъй като въртенето му изглежда е забавено от собственото му магнитно поле, то започва да се свива още повече, образувайки бучка от „странна материя“, което води до равномерно по-мощен по време на обикновена експлозия на свръхнова, освобождаването на енергия - и външните слоеве на материята на бившата неутронна звезда, летящи в околното пространство със скорост, близка до скоростта на светлината.

17. Силно симетрично вещество- това е вещество, компресирано до такава степен, че микрочастиците вътре в него се наслояват една върху друга, а самото тяло колабира в черна дупка. Терминът "симетрия" се обяснява по следния начин: Да вземем познатите на всички от училище агрегатни състояния на материята - твърдо, течно, газообразно. За определеност нека разгледаме идеален безкраен кристал като твърдо тяло. Съществува определена, така наречената дискретна симетрия по отношение на трансфера. Това означава, че ако преместите кристалната решетка на разстояние, равно на интервала между два атома, нищо няма да се промени в нея - кристалът ще съвпадне със себе си. Ако кристалът се разтопи, тогава симетрията на получената течност ще бъде различна: тя ще се увеличи. В кристал само точки, отдалечени една от друга на определени разстояния, така наречените възли на кристалната решетка, в които са разположени идентични атоми, са еквивалентни.
Течността е хомогенна по целия си обем, всичките й точки са неразличими една от друга. Това означава, че течностите могат да бъдат изместени на всякакви произволни разстояния (а не само на някакви дискретни, както е в кристала) или завъртени на произволни ъгли (което изобщо не може да се направи в кристалите) и това ще съвпадне със себе си. Степента му на симетрия е по-висока. Газът е още по-симетричен: течността заема определен обем в съда и има асиметрия вътре в съда, където има течност и точки, където няма. Газът заема целия предоставен му обем и в този смисъл всички негови точки са неразличими една от друга. Все пак тук би било по-правилно да говорим не за точки, а за малки, но макроскопични елементи, тъй като на микроскопично ниво все още има разлики. В някои моменти в даден момент има атоми или молекули, докато в други ги няма. Симетрия се наблюдава само средно, или върху някои макроскопични параметри на обема, или във времето.
Но все още няма моментална симетрия на микроскопично ниво. Ако веществото се компресира много силно, до налягания, които са неприемливи в ежедневието, компресира се така, че атомите се смачкват, черупките им проникват една в друга и ядрата започват да се докосват, възниква симетрия на микроскопично ниво. Всички ядра са идентични и притиснати едно към друго, има не само междуатомни, но и междуядрени разстояния и веществото става хомогенно (странно вещество).
Но има и субмикроскопично ниво. Ядрата са съставени от протони и неутрони, които се движат вътре в ядрото. Между тях също има известно пространство. Ако продължите да компресирате, така че ядрата да бъдат смачкани, нуклоните ще се притиснат плътно един към друг. Тогава на субмикроскопично ниво ще се появи симетрия, която не съществува дори в обикновените ядра.
От казаното може да се различи една съвсем определена тенденция: колкото по-висока е температурата и колкото по-голямо е налягането, толкова по-симетрично става веществото. Въз основа на тези съображения веществото, компресирано до своя максимум, се нарича силно симетрично.

18. Слабо симетрична материя- състояние, противоположно на силно симетричната материя по своите свойства, присъстващо в много ранната Вселена при температура, близка до тази на Планк, може би 10-12 секунди след Големия взрив, когато силните, слабите и електромагнитните сили представляват една суперсила. В това състояние веществото се компресира до такава степен, че масата му се превръща в енергия, която започва да се надува, тоест да се разширява безкрайно. Все още не е възможно да се постигнат енергиите за експериментално получаване на свръхмощност и прехвърляне на материя в тази фаза при земни условия, въпреки че такива опити бяха направени в Големия адронен колайдер за изследване на ранната Вселена. Поради липсата на гравитационно взаимодействие в суперсилата, която образува това вещество, суперсилата не е достатъчно симетрична в сравнение със суперсиметричната сила, съдържаща всичките 4 типа взаимодействия. Следователно това агрегатно състояние получи такова име.

19. Лъчево вещество- това всъщност вече изобщо не е материя, а енергия в нейния чист вид. Но точно това хипотетично агрегатно състояние ще приеме тяло, достигнало скоростта на светлината. Може да се получи и чрез нагряване на тялото до температурата на Планк (1032K), тоест ускоряване на молекулите на веществото до скоростта на светлината. Както следва от теорията на относителността, когато скоростта достигне повече от 0,99 s, масата на тялото започва да расте много по-бързо, отколкото при „нормалното“ ускорение; освен това тялото се удължава, загрява, т.е. излъчват в инфрачервения спектър. При преминаване на прага от 0,999 s тялото се променя радикално и започва бърз фазов преход до състояние на лъч. Както следва от формулата на Айнщайн, взета в нейната цялост, нарастващата маса на крайното вещество се състои от маси, отделени от тялото под формата на топлинно, рентгеново, оптично и друго излъчване, енергията на всяко от които се описва от следващия член във формулата. По този начин тяло, което се доближава до скоростта на светлината, ще започне да излъчва във всички спектри, ще расте на дължина и ще се забавя във времето, изтънявайки до дължината на Планк, тоест при достигане на скорост c тялото ще се превърне в безкрайно дълго и тънък лъч, движещ се със скоростта на светлината и състоящ се от фотони, които нямат дължина, а безкрайната му маса ще бъде напълно преобразувана в енергия. Следователно такова вещество се нарича лъч.

“Алкохоли” От историята  Знаете ли, че още през 4в. пр.н.е д. хората знаеха ли как да правят напитки, съдържащи етилов алкохол? Виното се произвежда чрез ферментация на сокове от плодове и горски плодове. Те обаче се научили да извличат опияняващия компонент от него много по-късно. През 11 век алхимиците са уловили изпарения на летливо вещество, което се отделя при нагряване на виното. Определение Алкохолите (остарели алкохоли) са органични съединения, съдържащи една или повече хидроксилни групи (хидроксил, ОН), директно свързани с въглеродния атом във въглеводородния радикал  Общата формула на алкохоли е CxHy(OH) n Обща формула на едновалентни наситени алкохоли CnH2n+1OH Класификация на алкохолите По броя на хидроксилните групи CxHy(OH)n Едновалентни алкохоли CH3 - CH2 - CH2 OH Двувалентни гликоли CH3 - CH - CH2 OH OH Триатомни глицероли CH2 - CH - CH2 OH OH OH Класификация на алкохолите По естеството на въглеводорода въглеводороден радикал радикал CxHy(OH)n CxHy(OH)n Гранична граница CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Ненаситен Ненаситен CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Ароматен Ароматен CH CH2 OH 2 --OH Номенклатура на алкохолите Погледнете таблицата и направете заключение за номенклатурата на алкохолите НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРНОСТ Когато образувате имената на алкохолите, a (общо ) суфиксът се добавя към името на въглеводорода, съответстващ на алкохола. Цифрите след наставката показват позицията на хидроксилната група в главната верига: 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 ВИДОВЕ ИЗОМЕРНОСТ 1. Изомерия на позицията на функционалната група (пропанол–1 и пропанол–2) 2. Изомерия на въглеродния скелет CH3-CH2-CH2-CH2-OH бутанол-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-метилпропанол-1 3. Междукласова изомерия - алкохолите са изомерни на етери: CH3-CH2-OH етанол CH3-O-CH3 диметилов етер Заключение  Имената на едновалентните алкохоли се образуват от името на въглеводорода с най-дълга въглеродна верига съдържащи хидроксилна група чрез добавяне на наставка -ol  За многовалентни алкохоли, преди наставката -ol на гръцки (-di-, -tri-, ...) се посочва броят на хидроксилните групи  Например: CH3-CH2-OH етанол Видове изомерия на алкохолите Структурна 1. Въглеродна верига 2. Позиции на функционалната група ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА  Нисшите алкохоли (C1-C11) са летливи течности с остра миризма  Висшите алкохоли (C12- и по-високи) са твърди вещества с приятна миризма ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА Име Формула Пл. g/cm3 tpl.C tкип.C Метил CH3OH 0,792 -97 64 Етил C2H5OH 0,790 -114 78 Пропил CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Изопропил CH3-CH(OH)-CH3 0,786 -88 82 Бутил CH3CH2CH2CH2OH 0,8 10 -90 118 Характеристика на физичните свойства: състояние на агрегация Метилов алкохол (първият представител на хомоложната серия от алкохоли) е течност. Може би има високо молекулно тегло? Не. Много по-малко от въглеродния диоксид. Тогава какво е? R – O … H – O … H – O H R R Оказва се, че всичко се дължи на водородните връзки, които се образуват между молекулите на алкохола и предотвратяват отделните молекули да отлетят Характеристика на физичните свойства: разтворимост във вода По-ниските алкохоли са разтворими във вода, по-високите алкохолите са неразтворими. Защо? CH3 – O…H – O…N – O N H CH3 Ами ако радикалът е голям? CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – O ... H – O H H Водородните връзки са твърде слаби, за да задържат молекула алкохол, която има голяма неразтворима част, между водните молекули Характеристика на физичните свойства: свиване Защо никога не се използва обем, когато решаване на изчислителни задачи? но само по маса? Смесете 500 ml алкохол и 500 ml вода. Получаваме 930 ml разтвор. Водородните връзки между молекулите на алкохола и водата са толкова силни, че общият обем на разтвора намалява, неговата „компресия“ (от латински contraktio - компресия). Някои представители на алкохолите Едновалентен алкохол - метанол  Безцветна течност с точка на кипене 64С, характерна миризма По-лека от водата. Гори с безцветен пламък.  Използва се като разтворител и гориво в двигатели с вътрешно горене Метанолът е отрова  Токсичният ефект на метанола се основава на увреждане на нервната и съдовата система. Поглъщането на 5-10 ml метанол води до тежко отравяне, а 30 ml или повече води до смърт. Едновалентен алкохол - етанол Безцветна течност с характерна миризма и парещ вкус, температура на кипене 78C. По-лек от вода. Смесва се с нея във всяка връзка. Лесно запалим, гори със слабо светещ синкав пламък. Приятелство с КАТ Приятели ли са алкохолиците с КАТ? Но как! Случвало ли ви се е да ви спира инспектор от КАТ? Дишали ли сте някога в тръба? Ако нямате късмет, тогава протича реакция на окисление на алкохола, по време на която цветът се променя и трябва да платите глоба. Интересен въпрос. Алкохолът е ксенобиотик – вещества, които не се намират в човешкото тяло, но влияят на жизнените му функции. Всичко зависи от дозата. 1. Алкохолът е хранително вещество, което осигурява на тялото енергия. През Средновековието тялото е получавало около 25% от енергията си чрез консумация на алкохол; 2. Алкохолът е лекарство, което има дезинфекциращо и антибактериално действие; 3. Алкохолът е отрова, която нарушава естествените биологични процеси, разрушава вътрешните органи и психиката и при прекомерна консумация води до смърт Използване на етанол  Етиловият алкохол се използва при приготвянето на различни алкохолни напитки;  В медицината за приготвяне на екстракти от лечебни растения, както и за дезинфекция;  В козметиката и парфюмерията етанолът е разтворител на парфюми и лосиони Вредно действие на етанола  В началото на интоксикацията страдат структурите на кората на главния мозък; активността на мозъчните центрове, които контролират поведението, се потиска: рационалният контрол върху действията се губи и критичното отношение към себе си намалява. И. П. Павлов нарече това състояние „бунт на подкорието“  При много високо съдържание на алкохол в кръвта, активността на двигателните центрове на мозъка се инхибира, функцията на малкия мозък е засегната главно - човек напълно губи ориентация Вреден ефектите на етанола  Промените в структурата на мозъка, причинени от дългогодишна алкохолна интоксикация, почти са необратими и дори след продължително въздържание от пиене на алкохол, те продължават. Ако човек не може да спре, тогава се увеличават органичните и следователно психичните отклонения от нормата Вредно въздействие на етанола  Алкохолът има изключително неблагоприятно въздействие върху кръвоносните съдове на мозъка. В началото на интоксикацията те се разширяват, кръвотокът в тях се забавя, което води до задръствания в мозъка. Тогава, когато освен алкохола, в кръвта започват да се натрупват вредни продукти от непълното му разграждане, възниква рязък спазъм, вазоконстрикция и се развиват опасни усложнения като мозъчни инсулти, водещи до тежка инвалидност и дори смърт. ВЪПРОСИ ЗА ПРЕГЛЕД 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Единият съд без етикет съдържа вода, а другият съдържа алкохол. Възможно ли е да се използва индикатор за разпознаването им? На кого принадлежи честта да получи чист алкохол? Може ли алкохолът да бъде твърдо вещество? Молекулното тегло на метанола е 32, а на въглеродния диоксид е 44. Направете заключение за агрегатното състояние на алкохола. Смесете литър алкохол и литър вода. Определете обема на сместа. Как да измамим инспектор на КАТ? Може ли безводният абсолютен алкохол да отделя вода? Какво представляват ксенобиотиците и какво е отношението им към алкохолите? ОТГОВОРИ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Невъзможно е. Индикаторите не оказват влияние върху алкохолите и техните водни разтвори. Разбира се, алхимици. Може би, ако този алкохол съдържа 12 въглеродни атома или повече. От тези данни не може да се направи заключение. Водородните връзки между алкохолните молекули, предвид ниското молекулно тегло на тези молекули, правят точката на кипене на алкохола необичайно висока. Обемът на сместа няма да бъде два литра, а много по-малък, приблизително 1 литър - 860 ml. Не пийте, докато шофирате. Може ако го загрееш и добавиш конц. сярна киселина. Не бъдете мързеливи и запомнете всичко, което сте чували за алкохола, решете сами веднъж завинаги каква е вашата доза……. и изобщо има ли нужда????? Многовалентен алкохол етиленгликол  Етиленгликолът е представител на наситените двувалентни алкохоли – гликоли;  Името гликоли е дадено поради сладкия вкус на много представители от поредицата (гръцки „glycos” - сладък);  Етиленгликолът е сиропообразна течност със сладък вкус, без мирис и отровна. Смесва се добре с вода и алкохол, хигроскопичен. Приложение на етиленгликола  Важно свойство на етиленгликола е способността да понижава точката на замръзване на водата, поради което веществото се използва широко като компонент на автомобилни антифризи и антифризни течности;  Използва се за производство на лавсан (ценно синтетично влакно) Етиленгликолът е отрова  Дозите, причиняващи смъртоносно отравяне с етиленгликол варират в широки граници – от 100 до 600 ml. Според редица автори смъртоносната доза за човека е 50-150 мл. Смъртността поради етилен гликол е много висока и представлява повече от 60% от всички случаи на отравяне;  Механизмът на токсичния ефект на етиленгликола не е достатъчно проучен досега. Етиленгликолът се абсорбира бързо (включително през порите на кожата) и циркулира в кръвта непроменен в продължение на няколко часа, достигайки максималната си концентрация след 2-5 часа. След това съдържанието му в кръвта постепенно намалява и той се фиксира в тъканите Многовалентен алкохол глицерин  Глицеринът е тривалентен наситен алкохол. Безцветна, вискозна, хигроскопична течност със сладък вкус. Смесва се с вода във всяко съотношение, добър разтворител. Реагира с азотна киселина, за да образува нитроглицерин. С карбоксилните киселини образува мазнини и масла CH2 – CH – CH2 OH OH OH Приложения на глицерина  Използва се при     производство на нитроглицеринови експлозиви; При обработка на кожа; Като компонент на някои лепила; При производството на пластмаси глицеринът се използва като пластификатор; При производството на сладкарски изделия и напитки (като хранителна добавка E422) Качествена реакция към многовалентни алкохоли Качествена реакция към поливалентни алкохоли  Реакцията към поливалентни алкохоли е взаимодействието им с прясно получена утайка от меден (II) хидроксид, който се разтваря и образува ярко синьо-виолетов разтвор Задачи Попълнете работна карта към урока;  Отговорете на въпросите от теста;  Решете кръстословицата  Работен лист към урока „Алкохоли”  Обща формула на алкохолите Назовете веществата:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH)  Напишете структурната формула на пропанол-2  Какво е определението за атомност на алкохола?  Избройте приложенията на етанола  Какви алкохоли се използват в хранително-вкусовата промишленост?  Какъв алкохол причинява смъртоносно отравяне, когато 30 ml попаднат в тялото?  Какво вещество се използва като антифриз?  Как да различим многовалентен алкохол от едновалентен алкохол? Методи за получаване Лабораторни  Хидролиза на халоалкани: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Хидратиране на алкени: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Хидрогениране на карбонилни съединения Промишлени  Синтез на метанол от синтезен газ CO+2H2 CH3-OH (при повишено налягане, висока температура и цинков оксиден катализатор)  Хидратация на алкени  Ферментация на глюкоза: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Химични свойства I. Реакции с разкъсване на връзката RO–H  Алкохолите реагират с алкални и алкалоземни метали, образувайки солеподобни съединения - алкохолати 2СH CH CH OH + 2Na  2CH CH CH ONa + H  2CH CH OH + Ca  (CH CH O) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Взаимодействие с органични киселини (реакция на естерификация) води до образуването на естери. CH COОH + HOC H  CH COОC H (етилацетат (етилацетат)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Реакции, включващи разкъсване на връзката R–OH с халогеноводороди: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Реакции на окисление Алкохолите изгарят: 2С3H7ОH + 9O2  6СO2 + 8H2O Под действието на окислители:  първичните алкохоли се превръщат в алдехиди, вторичните алкохоли в кетони IV. Дехидратация Настъпва при нагряване с реагенти за отстраняване на водата (конц. H2SO4). 1. Вътрешномолекулната дехидратация води до образуването на алкени CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. Междумолекулната дехидратация дава етери R-OH + H-O–R  R–O–R(етер) + H2O