Հարցեր այն մասին, թե ինչ վիճակում է ագրեգացումը, ինչ հատկանիշներ և հատկություններ ունեն պինդները, հեղուկները և գազերը, դիտարկվում են մի քանի հարցերում. վերապատրաստման դասընթացներ. Կան նյութի երեք դասական վիճակներ՝ իրենց բնորոշ կառուցվածքային հատկանիշներով։ Նրանց հասկացողությունն է կարևոր կետԵրկրի, կենդանի օրգանիզմների և արտադրական գործունեության մասին գիտությունները հասկանալու գործում: Այս հարցերն ուսումնասիրվում են ֆիզիկայի, քիմիայի, աշխարհագրության, երկրաբանության, ֆիզիկական քիմիայի և այլ գիտական ​​առարկաների կողմից: Նյութերը, որոնք որոշակի պայմաններում գտնվում են երեք հիմնական տիպերից մեկում, կարող են փոխվել ջերմաստիճանի և ճնշման բարձրացմամբ կամ նվազմամբ: Դիտարկենք հնարավոր անցումները ագրեգացիայի մի վիճակից մյուսին, քանի որ դրանք տեղի են ունենում բնության, տեխնիկայի և առօրյա կյանքում:

Ի՞նչ է ագրեգացիայի վիճակը:

Լատինական ծագում ունեցող «aggrego» բառը ռուսերեն թարգմանված նշանակում է «միանալ»: Գիտական ​​տերմինը վերաբերում է նույն մարմնի, նյութի վիճակին։ Պինդ մարմինների, գազերի և հեղուկների առկայությունը որոշակի ջերմաստիճաններում և տարբեր ճնշումներում բնորոշ է Երկրի բոլոր թաղանթներին։ Բացի ագրեգացման երեք հիմնական վիճակներից, կա նաև չորրորդը. ժամը բարձր ջերմաստիճանիսկ մշտական ​​ճնշումը՝ գազը վերածվում է պլազմայի։ Ավելի լավ հասկանալու համար, թե ինչ է ագրեգացման վիճակը, անհրաժեշտ է հիշել ամենափոքր մասնիկները, որոնք կազմում են նյութեր և մարմիններ:

Վերևի դիագրամը ցույց է տալիս. ա - գազ; բ - հեղուկ; գ-ը պինդ մարմին է։ Նման նկարներում շրջանակները ցույց են տալիս նյութերի կառուցվածքային տարրերը։ Սա խորհրդանիշ, փաստորեն, ատոմները, մոլեկուլները, իոնները պինդ գնդիկներ չեն։ Ատոմները բաղկացած են դրական լիցքավորված միջուկից, որի շուրջ մեծ արագությամբ շարժվում են բացասական լիցքավորված էլեկտրոնները։ Նյութի մանրադիտակային կառուցվածքի մասին գիտելիքներն օգնում են ավելի լավ հասկանալ տարբեր ագրեգատ ձևերի միջև առկա տարբերությունները:

Գաղափարներ միկրոտիեզերքի մասին. Հին Հունաստանից մինչև 17-րդ դար

Առաջին տեղեկատվությունը կազմող մասնիկների մասին ֆիզիկական մարմիններ, հայտնվել է Հին Հունաստան. Մտածողներ Դեմոկրիտը և Էպիկուրը ներկայացրել են այնպիսի հասկացություն, ինչպիսին ատոմն է։ Նրանք հավատում էին, որ այս ամենափոքր անբաժան մասնիկները տարբեր նյութերՆրանք ունեն ձև, որոշակի չափ, ունակ են շարժվելու և փոխազդելու միմյանց հետ։ Ատոմիզմը դարձավ Հին Հունաստանի ամենաառաջադեմ ուսմունքն իր ժամանակի համար: Բայց նրա զարգացումը դանդաղեց միջնադարում։ Այդ ժամանակվանից գիտնականները հալածվում էին Հռոմի կաթոլիկ եկեղեցու ինկվիզիցիայի կողմից: Հետևաբար, մինչև նոր ժամանակները հստակ պատկերացում չկար նյութի վիճակի մասին: Միայն 17-րդ դարից հետո են գիտնականներ Ռ.Բոյլը, Մ.Լոմոնոսովը, Դ.Դալթոնը, Ա.Լավուազյեն ձևակերպել ատոմային-մոլեկուլային տեսության դրույթները, որոնք այսօր չեն կորցրել իրենց նշանակությունը։

Ատոմներ, մոլեկուլներ, իոններ՝ նյութի կառուցվածքի մանրադիտակային մասնիկներ

Միկրոաշխարհը հասկանալու զգալի առաջընթաց տեղի ունեցավ 20-րդ դարում, երբ հայտնագործվեց էլեկտրոնային մանրադիտակը։ Հաշվի առնելով գիտնականների կողմից ավելի վաղ արված հայտնագործությունները՝ հնարավոր եղավ կազմել միկրոաշխարհի համահունչ պատկերը: Տեսությունները, որոնք նկարագրում են նյութի ամենափոքր մասնիկների վիճակն ու վարքագիծը, բավականին բարդ են, դրանք վերաբերում են ոլորտին: Որպեսզի հասկանանք նյութի տարբեր ագրեգատային վիճակների բնութագրերը, բավական է իմանալ ձևավորվող հիմնական կառուցվածքային մասնիկների անուններն ու բնութագրերը: տարբեր նյութեր.

1. Ատոմները քիմիապես անբաժանելի մասնիկներ են։ Դրանք պահպանվում են քիմիական ռեակցիաներում, սակայն ոչնչացվում են միջուկային ռեակցիաներում։ Մետաղները և ատոմային կառուցվածքի շատ այլ նյութեր նորմալ պայմաններում ունենում են ագրեգացման պինդ վիճակ։
2. Մոլեկուլները մասնիկներ են, որոնք քայքայվում և ձևավորվում են քիմիական ռեակցիաներում: թթվածին, ջուր, ածխաթթու գազ, ծծումբ: Ագրեգացման վիճակըթթվածին, ազոտ, ծծմբի երկօքսիդ, ածխածին, թթվածին նորմալ պայմաններում՝ գազային։
3. Իոնները լիցքավորված մասնիկներ են, որոնց ատոմներն ու մոլեկուլները դառնում են էլեկտրոններ ձեռք բերելու կամ կորցնելու դեպքում՝ մանրադիտակային բացասական լիցքավորված մասնիկներ։ Շատ աղեր ունեն իոնային կառուցվածք, օրինակ՝ կերակրի աղ, երկաթի սուլֆատ և պղնձի սուլֆատ:

Կան նյութեր, որոնց մասնիկները գտնվում են տիեզերքում որոշակի ձևով։ Ատոմների, իոնների և մոլեկուլների փոխադարձ դիրքը կոչվում է բյուրեղային ցանց։ Որպես կանոն, իոնային և ատոմային բյուրեղյա վանդակները բնորոշ են պինդ մարմիններին, մոլեկուլային՝ հեղուկների և գազերի համար: Ադամանդն առանձնանում է իր բարձր կարծրությամբ։ Նրա ատոմային բյուրեղյա վանդակը ձևավորվում է ածխածնի ատոմներից։ Սակայն փափուկ գրաֆիտը նույնպես բաղկացած է այս քիմիական տարրի ատոմներից։ Միայն թե դրանք տարբեր կերպ են տեղակայված տիեզերքում։ Ծծմբի ագրեգացման սովորական վիճակը պինդ է, բայց երբ բարձր ջերմաստիճաններնյութը վերածվում է հեղուկի և ամորֆ զանգվածի։

Ագրեգացման պինդ վիճակում գտնվող նյութեր

Պինդները նորմալ պայմաններում պահպանում են իրենց ծավալն ու ձևը։ Օրինակ՝ ավազահատիկ, շաքարավազ, աղ, քարի կամ մետաղի կտոր։ Եթե ​​տաքացնում եք շաքարավազը, նյութը սկսում է հալվել՝ վերածվելով մածուցիկ շագանակագույն հեղուկի։ Եկեք դադարեցնենք ջեռուցումը և նորից պինդ կստանանք: Սա նշանակում է, որ անցման հիմնական պայմաններից մեկը ամուրհեղուկի մեջ - տաքացնելով այն կամ ավելացնելով նյութի մասնիկների ներքին էներգիան: Սննդի համար օգտագործվող աղի ագրեգացման պինդ վիճակը նույնպես կարող է փոխվել։ Բայց սեղանի աղը հալեցնելու համար ավելի բարձր ջերմաստիճան է պետք, քան շաքարավազը տաքացնելիս։ Բանն այն է, որ շաքարը բաղկացած է մոլեկուլներից, իսկ կերակրի աղը՝ լիցքավորված իոններից, որոնք ավելի ուժեղ են ձգվում միմյանց նկատմամբ։ Հեղուկ վիճակում գտնվող պինդները չեն պահպանում իրենց ձևը, քանի որ բյուրեղային ցանցերը ոչնչացվում են:

Աղի հեղուկ ագրեգատ վիճակը հալվելիս բացատրվում է բյուրեղներում իոնների միջև կապերի խզմամբ։ Ազատվում են լիցքավորված մասնիկներ, որոնք կարող են էլեկտրական լիցքեր կրել։ Հալած աղերը էլեկտրական հոսանք են փոխանցում և հաղորդիչներ են։ Քիմիական, մետալուրգիական և ինժեներական արդյունաբերության մեջ պինդ նյութերը վերածվում են հեղուկի՝ դրանցից նոր միացություններ ստանալու կամ դրանք տալու համար։ տարբեր ձևեր. Մետաղների համաձուլվածքները լայն տարածում են գտել։ Դրանք ձեռք բերելու մի քանի եղանակ կա՝ կապված պինդ հումքի ագրեգացման վիճակի փոփոխության հետ։

Հեղուկը ագրեգացման հիմնական վիճակներից մեկն է

Եթե ​​50 մլ ջուր լցնեք կլոր հատակով կոլբայի մեջ, ապա կնկատեք, որ նյութն անմիջապես քիմիական անոթի տեսք կստանա։ Բայց հենց ջուրը լցնենք կոլբայի միջից, հեղուկն անմիջապես կտարածվի սեղանի մակերեսով։ Ջրի ծավալը կմնա անփոփոխ՝ 50 մլ, բայց դրա ձևը կփոխվի։ Թվարկված հատկանիշները բնորոշ են նյութի գոյության հեղուկ ձևին։ Շատ օրգանական նյութեր հեղուկներ են՝ սպիրտներ, բուսական յուղեր, թթուներ.

Կաթը էմուլսիա է, այսինքն՝ ճարպի կաթիլներ պարունակող հեղուկ։ Օգտակար հեղուկ ռեսուրս է նավթը: Այն արդյունահանվում է հորատանցքերից՝ օգտագործելով հորատման սարքերը ցամաքում և օվկիանոսում: Արդյունաբերության համար հումք է նաև ծովի ջուրը։ Գետերի և լճերի քաղցրահամ ջրից նրա տարբերությունը լուծված նյութերի, հիմնականում աղերի պարունակության մեջ է։ Ջրամբարների մակերեսից գոլորշիանալիս գոլորշի վիճակի են անցնում միայն H 2 O մոլեկուլները, մնում են լուծված նյութեր։ Ստանալու մեթոդները հիմնված են այս հատկության վրա օգտակար նյութերծովի ջրից և դրա մաքրման մեթոդներից:

Երբ աղերն ամբողջությամբ հանվում են, ստացվում է թորած ջուր։ Այն եռում է 100°C-ում, սառչում է 0°C-ում։ Աղաջրերը եռում են և վերածվում սառույցի այլ ջերմաստիճանի դեպքում: Օրինակ՝ Սառուցյալ օվկիանոսում ջուրը սառչում է 2 °C մակերեսի ջերմաստիճանում։

Սնդիկի ֆիզիկական վիճակը նորմալ պայմաններում հեղուկ է։ Այս արծաթափայլ մոխրագույն մետաղը սովորաբար օգտագործվում է բժշկական ջերմաչափերը լցնելու համար: Երբ տաքացվում է, սնդիկի սյունը բարձրանում է սանդղակի վրա, և նյութը ընդլայնվում է: Ինչու՞ է օգտագործվում կարմիր ներկով ներկված ալկոհոլը, և ոչ թե սնդիկը: Դա բացատրվում է հեղուկ մետաղի հատկություններով։ 30 աստիճան ցրտահարության ժամանակ սնդիկի ագրեգացման վիճակը փոխվում է, նյութը դառնում է պինդ։

Եթե ​​բժշկական ջերմաչափը կոտրվում է, և սնդիկը դուրս է թափվում, ապա արծաթե գնդիկները ձեռքերով հավաքելը վտանգավոր է։ Սնդիկի գոլորշի ներշնչելը վնասակար է, այս նյութը շատ թունավոր է։ Նման դեպքերում երեխաները պետք է դիմեն ծնողների և մեծահասակների օգնությանը:

Գազային վիճակ

Գազերը չեն կարողանում պահպանել ո՛չ իրենց ծավալը, ո՛չ ձևը։ Կոլբը մինչև վերև լցնենք թթվածնով (քիմիական բանաձևը O2 է): Հենց որ կոլբը բացենք, նյութի մոլեկուլները կսկսեն խառնվել սենյակի օդի հետ։ Դա տեղի է ունենում Բրաունի շարժման շնորհիվ: Նույնիսկ հին հույն գիտնական Դեմոկրիտը կարծում էր, որ նյութի մասնիկները մշտական ​​շարժման մեջ են։ Պինդ մարմիններում նորմալ պայմաններում ատոմները, մոլեկուլները և իոնները հնարավորություն չունեն դուրս գալ բյուրեղային ցանցից կամ ազատվել այլ մասնիկների հետ կապերից։ Դա հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ մեծ քանակությամբ էներգիա է մատակարարվում դրսից:

Հեղուկների մեջ մասնիկների միջև հեռավորությունը մի փոքր ավելի մեծ է, քան պինդ մարմիններում, նրանք ավելի քիչ էներգիա են պահանջում միջմոլեկուլային կապերը կոտրելու համար: Օրինակ՝ թթվածնի հեղուկ վիճակը դիտվում է միայն այն ժամանակ, երբ գազի ջերմաստիճանը նվազում է մինչև −183 °C։ −223 °C ջերմաստիճանում O 2 մոլեկուլները կազմում են պինդ նյութ։ Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է այս արժեքներից, թթվածինը վերածվում է գազի։ Հենց այս տեսքով է այն հայտնաբերվում նորմալ պայմաններում։ Վրա արդյունաբերական ձեռնարկություններՄթնոլորտային օդը առանձնացնելու և դրանից ազոտ ու թթվածին ստանալու համար կան հատուկ կայանքներ։ Սկզբում օդը սառչում և հեղուկացվում է, այնուհետև ջերմաստիճանը աստիճանաբար բարձրանում է։ Ազոտը և թթվածինը վերածվում են գազերի, երբ տարբեր պայմաններ.

Երկրի մթնոլորտը պարունակում է 21% ծավալային թթվածին և 78% ազոտ։ Այս նյութերը հեղուկ վիճակում չեն հայտնաբերվել մոլորակի գազային ծրարում։ Հեղուկ թթվածինը բաց կապույտ գույնի է և օգտագործվում է բալոնները բարձր ճնշման տակ լցնելու համար՝ բժշկական հաստատություններում օգտագործելու համար: Արդյունաբերության և շինարարության մեջ հեղուկ գազերն անհրաժեշտ են բազմաթիվ գործընթացներ իրականացնելու համար: Թթվածինն անհրաժեշտ է գազով եռակցման և մետաղների կտրման համար, իսկ քիմիայում՝ անօրգանական և օրգանական նյութերի օքսիդացման ռեակցիաների համար։ Եթե ​​բացում եք թթվածնի բալոնի փականը, ճնշումը նվազում է, և հեղուկը վերածվում է գազի։

Հեղուկացված պրոպանը, մեթանը և բութանը լայնորեն օգտագործվում են էներգետիկայի, տրանսպորտի, արդյունաբերության և կենցաղային գործունեության մեջ: Այս նյութերը ստացվում են բնական գազից կամ նավթային հումքի ճաքման (բաժանման) ժամանակ։ Ածխածնի հեղուկ և գազային խառնուրդները կարևոր դեր են խաղում շատ երկրների տնտեսություններում։ Սակայն նավթի և բնական գազի պաշարները խիստ սպառված են: Գիտնականների կարծիքով՝ այս հումքը կպահպանվի 100-120 տարի։ Էներգիայի այլընտրանքային աղբյուր է օդի հոսքը (քամին): Էլեկտրակայանների շահագործման համար օգտագործվում են արագահոս գետեր և մակընթացություններ ծովերի և օվկիանոսների ափերին:

Թթվածինը, ինչպես մյուս գազերը, կարող է լինել ագրեգացման չորրորդ վիճակում՝ ներկայացնելով պլազմա։ Անսովոր անցումը պինդ վիճակից գազային վիճակից բյուրեղային յոդի բնորոշ հատկանիշն է։ Մուգ մանուշակագույն նյութը ենթարկվում է սուբլիմացիայի՝ վերածվում է գազի՝ շրջանցելով հեղուկ վիճակը։

Ինչպե՞ս են անցումները կատարվում նյութի մի ընդհանուր ձևից մյուսին:

Նյութերի ագրեգատային վիճակի փոփոխությունները կապված չեն քիմիական փոխակերպումների հետ, դրանք ֆիզիկական երևույթներ են։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ շատ պինդ նյութեր հալվում են և վերածվում հեղուկի։ Ջերմաստիճանի հետագա բարձրացումը կարող է հանգեցնել գոլորշիացման, այսինքն՝ նյութի գազային վիճակի։ Բնության և տնտեսության մեջ նման անցումները բնորոշ են Երկրի հիմնական նյութերից մեկին։ Սառույցը, հեղուկը, գոլորշին տարբեր արտաքին պայմաններում ջրի վիճակներ են։ Միացությունը նույնն է, նրա բանաձևը H 2 O է: 0 ° C ջերմաստիճանում և այս արժեքից ցածր ջուրը բյուրեղանում է, այսինքն՝ վերածվում սառույցի: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, գոյացած բյուրեղները ոչնչացվում են՝ սառույցը նորից հալվում է հեղուկ ջուր. Երբ այն տաքացվում է, ձևավորվում է գոլորշիացում՝ ջրի վերածումը գազի՝ նույնիսկ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում։ Օրինակ, սառած ջրափոսերը աստիճանաբար անհետանում են, քանի որ ջուրը գոլորշիանում է: Նույնիսկ ցրտաշունչ եղանակին թաց լվացքը չորանում է, բայց այս գործընթացը տևում է ավելի երկար, քան շոգ օրը:

Ջրի բոլոր թվարկված անցումները մի վիճակից մյուսը մեծ նշանակություն ունեն Երկրի բնության համար։ Մթնոլորտային երևույթները, կլիման և եղանակը կապված են Համաշխարհային օվկիանոսի մակերևույթից ջրի գոլորշիացման, ամպերի և մառախուղի տեսքով խոնավության ցամաք տեղափոխելու և տեղումների (անձրև, ձյուն, կարկուտ) հետ: Այս երևույթները հիմք են հանդիսանում բնության մեջ համաշխարհային ջրային շրջապտույտի համար:

Ինչպե՞ս են փոխվում ծծմբի ընդհանուր վիճակները:

Նորմալ պայմաններում ծծումբը վառ փայլուն բյուրեղներ է կամ բաց դեղին փոշի, այսինքն՝ պինդ նյութ է։ Ծծմբի ֆիզիկական վիճակը փոխվում է տաքանալիս։ Նախ, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 190 °C, դեղին նյութը հալվում է՝ վերածվելով շարժական հեղուկի։

Եթե ​​դուք արագ հեղուկ ծծումբ եք լցնում մեջ սառը ջուր, ապա ստացվում է դարչնագույն ամորֆ զանգված։ Ծծմբի հալոցքի հետագա տաքացման դեպքում այն ​​դառնում է ավելի ու ավելի մածուցիկ և մթնում: 300 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում կրկին փոխվում է ծծմբի ագրեգացման վիճակը, նյութը ձեռք է բերում հեղուկի հատկություններ և դառնում շարժական։ Այս անցումները առաջանում են տարրի ատոմների՝ տարբեր երկարությունների շղթաներ կազմելու ունակության շնորհիվ։

Ինչու՞ նյութերը կարող են լինել տարբեր ֆիզիկական վիճակներում:

Պարզ նյութի՝ ծծմբի ագրեգացման վիճակը սովորական պայմաններում պինդ է։ Ծծմբի երկօքսիդը գազ է, ծծմբաթթուն՝ ջրից ծանր յուղային հեղուկ։ Ի տարբերություն աղի և ազոտական ​​թթուներայն ցնդող չէ, մոլեկուլները չեն գոլորշիանում նրա մակերեսից։ Ի՞նչ ագրեգացման վիճակ ունի պլաստիկ ծծումբը, որը ստացվում է բյուրեղների տաքացման արդյունքում։

Իր ամորֆ տեսքով նյութն ունի հեղուկի կառուցվածք՝ աննշան հոսունությամբ։ Բայց պլաստիկ ծծումբը միաժամանակ պահպանում է իր ձևը (որպես պինդ): Կան հեղուկ բյուրեղներ, որոնք ունեն պինդ մարմիններին բնորոշ մի շարք հատկություններ։ Այսպիսով, նյութի վիճակը տարբեր պայմաններում կախված է նրա բնույթից, ջերմաստիճանից, ճնշումից և այլն արտաքին պայմաններ.

Ի՞նչ հատկանիշներ կան պինդ մարմինների կառուցվածքում:

Նյութի հիմնական ագրեգատային վիճակների միջև գոյություն ունեցող տարբերությունները բացատրվում են ատոմների, իոնների և մոլեկուլների փոխազդեցությամբ: Օրինակ՝ ինչո՞ւ է նյութի պինդ վիճակը հանգեցնում մարմինների ծավալն ու ձևը պահպանելու կարողությանը։ Մետաղի կամ աղի բյուրեղային ցանցում կառուցվածքային մասնիկները ձգվում են միմյանց: Մետաղներում դրական լիցքավորված իոնները փոխազդում են այն բանի հետ, որը կոչվում է «էլեկտրոնային գազ»՝ ազատ էլեկտրոնների հավաքածու մետաղի կտորում։ Աղի բյուրեղները առաջանում են հակառակ լիցքավորված մասնիկների՝ իոնների ձգման շնորհիվ։ Պինդ մարմինների վերը նշված կառուցվածքային միավորների միջև հեռավորությունը շատ ավելի փոքր է, քան բուն մասնիկների չափերը: Այս դեպքում գործում է էլեկտրաստատիկ ձգողականությունը, այն ուժ է հաղորդում, բայց վանումը բավականաչափ ուժեղ չէ։

Նյութի ագրեգացման պինդ վիճակը ոչնչացնելու համար պետք է ջանքեր գործադրել: Մետաղները, աղերը և ատոմային բյուրեղները հալվում են շատ բարձր ջերմաստիճանում։ Օրինակ՝ երկաթը հեղուկ է դառնում 1538 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում։ Վոլֆրամը հրակայուն է և օգտագործվում է լամպերի համար շիկացած թելեր պատրաստելու համար: Կան համաձուլվածքներ, որոնք հեղուկ են դառնում 3000 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում։ Երկրի վրա շատերը գտնվում են ամուր վիճակում: Այս հումքը արդյունահանվում է հանքերում և քարհանքերում տեխնոլոգիայի կիրառմամբ:

Բյուրեղից թեկուզ մեկ իոն առանձնացնելու համար պետք է մեծ քանակությամբ էներգիա ծախսել։ Բայց բավական է աղը լուծել ջրի մեջ, որպեսզի բյուրեղյա վանդակը քայքայվի։ Այս երեւույթը բացատրվում է ջրի որպես բևեռային լուծիչի զարմանալի հատկություններով։ H 2 O մոլեկուլները փոխազդում են աղի իոնների հետ՝ քայքայելով նրանց միջև եղած քիմիական կապը։ Այսպիսով, տարրալուծումը տարբեր նյութերի պարզ խառնուրդ չէ, այլ նրանց միջև ֆիզիկաքիմիական փոխազդեցություն:

Ինչպե՞ս են փոխազդում հեղուկի մոլեկուլները:

Ջուրը կարող է լինել հեղուկ, պինդ և գազային (գոլորշու): Սրանք են նրա ագրեգացման հիմնական վիճակները նորմալ պայմաններում: Ջրի մոլեկուլները կազմված են մեկ թթվածնի ատոմից, որին միացված են ջրածնի երկու ատոմ։ Մոլեկուլում տեղի է ունենում քիմիական կապի բևեռացում, և թթվածնի ատոմների վրա առաջանում է մասնակի բացասական լիցք։ Ջրածինը դառնում է մոլեկուլի դրական բևեռը, որը ձգվում է մեկ այլ մոլեկուլի թթվածնի ատոմով: Սա կոչվում է «ջրածնային կապ»:

Ագրեգացման հեղուկ վիճակը բնութագրվում է կառուցվածքային մասնիկների միջև հեռավորությամբ, որը համեմատելի է դրանց չափերի հետ: Գրավչությունը կա, բայց թույլ է, ուստի ջուրը չի պահպանում իր ձևը: Գոլորշիացումը տեղի է ունենում կապերի ոչնչացման պատճառով, որոնք տեղի են ունենում հեղուկի մակերեսին նույնիսկ դրա հետ սենյակային ջերմաստիճան.

Գազերի մեջ միջմոլեկուլային փոխազդեցություններ կա՞ն:

Նյութի գազային վիճակը տարբերվում է հեղուկից և պինդից մի շարք պարամետրերով։ Գազերի կառուցվածքային մասնիկների միջև կան մեծ բացեր, որոնք շատ ավելի մեծ են, քան մոլեկուլների չափերը։ Այս դեպքում ներգրավման ուժերը ընդհանրապես չեն գործում։ Ագրեգացման գազային վիճակը բնորոշ է օդում առկա նյութերին՝ ազոտ, թթվածին, ածխաթթու գազ։ Ստորև նկարում առաջին խորանարդը լցված է գազով, երկրորդում՝ հեղուկով, իսկ երրորդում՝ պինդ:

Շատ հեղուկներ ցնդող են, նյութի մոլեկուլները պոկվում են դրանց մակերեսից և գնում օդ։ Օրինակ, եթե աղաթթվի մեջ թրջված բամբակ եք բերում աղաթթվի բաց շշի բացվածքին, ամոնիակ, ապա հայտնվում է սպիտակ ծուխ։ Քիմիական ռեակցիան հիդրոքլորաթթվի և ամոնիակի միջև տեղի է ունենում հենց օդում՝ առաջացնելով ամոնիումի քլորիդ։ Ի՞նչ ագրեգացման վիճակում է այս նյութը: Նրա մասնիկները, որոնք ձևավորում են սպիտակ ծուխը, աղի փոքրիկ պինդ բյուրեղներ են: Այս փորձը պետք է կատարվի գլխարկի տակ, նյութերը թունավոր են։

Եզրակացություն

Գազի ֆիզիկական վիճակը ուսումնասիրվել է շատերի կողմից ականավոր ֆիզիկոսներև քիմիկոսներ՝ Ավոգադրո, Բոյլ, Գեյ-Լյուսակ, Կլայպերոն, Մենդելեև, Լե Շատելիե։ Գիտնականները օրենքներ են ձևակերպել, որոնք բացատրում են գազային նյութերի վարքը քիմիական ռեակցիաներում, երբ փոխվում են արտաքին պայմանները։ Բաց օրինաչափությունները ներառված էին ոչ միայն ֆիզիկայի և քիմիայի դպրոցական և համալսարանական դասագրքերում: Շատ քիմիական արդյունաբերություններ հիմնված են ագրեգացման տարբեր վիճակներում նյութերի վարքի և հատկությունների մասին գիտելիքների վրա:

Դասախոսություն 4. Նյութի ագրեգատային վիճակներ

1. Նյութի պինդ վիճակ.

2. Նյութի հեղուկ վիճակ.

3. Նյութի գազային վիճակ.

Նյութերը կարող են լինել ագրեգացման երեք վիճակում՝ պինդ, հեղուկ և գազային: Շատ բարձր ջերմաստիճաններում առաջանում է գազային վիճակի տեսակ՝ պլազմա (պլազմային վիճակ)։

1. Նյութի պինդ վիճակը բնութագրվում է նրանով, որ մասնիկների փոխազդեցության էներգիան ավելի բարձր է, քան նրանց շարժման կինետիկ էներգիան։ Պինդ վիճակում գտնվող նյութերի մեծ մասն ունի բյուրեղային կառուցվածք։ Յուրաքանչյուր նյութ ձևավորում է որոշակի ձևի բյուրեղներ: Օրինակ՝ նատրիումի քլորիդն ունի բյուրեղներ՝ խորանարդի տեսքով, շիբը՝ ութանիստ, իսկ նատրիումի նիտրատը՝ պրիզմաների տեսքով։

Նյութի բյուրեղային ձևն ամենակայունն է։ Մասնիկների դասավորությունը պինդ մարմնի մեջ պատկերված է վանդակի տեսքով, որի հանգույցներում կան որոշակի մասնիկներ՝ կապված երևակայական գծերով։ Բյուրեղային ցանցերի չորս հիմնական տեսակ կա՝ ատոմային, մոլեկուլային, իոնային և մետաղական։

Ատոմային բյուրեղյա վանդակձևավորվում են չեզոք ատոմներով, որոնք միացված են կովալենտային կապերով (ադամանդ, գրաֆիտ, սիլիցիում): Մոլեկուլային բյուրեղյա վանդակունեն նաֆթալին, սախարոզա, գլյուկոզա: Կառուցվածքային տարրերԱյս վանդակը պարունակում է բևեռային և ոչ բևեռային մոլեկուլներ: Իոնային բյուրեղյա վանդակձևավորվում է դրական և բացասական լիցքավորված իոններով (նատրիումի քլորիդ, կալիումի քլորիդ) պարբերաբար փոփոխվող տարածության մեջ։ Բոլոր մետաղներն ունեն մետաղական բյուրեղյա վանդակ: Նրա հանգույցները պարունակում են դրական լիցքավորված իոններ, որոնց միջև ազատ վիճակում էլեկտրոններ կան։

Բյուրեղային նյութերն ունեն մի շարք առանձնահատկություններ. Դրանցից մեկը անիզոտրոպությունն է՝ աննմանությունը ֆիզիկական հատկություններբյուրեղյա տարբեր ուղղություններով բյուրեղյա ներսում:

2. Նյութի հեղուկ վիճակում մասնիկների միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիան համաչափ է նրանց շարժման կինետիկ էներգիային։ Այս վիճակը միջանկյալ է գազային և բյուրեղայինի միջև: Ի տարբերություն գազերի, հեղուկ մոլեկուլների միջև գործում են մեծ ուժեր փոխադարձ գրավչություն, որը որոշում է մոլեկուլային շարժման բնույթը։ Հեղուկի մոլեկուլի ջերմային շարժումը ներառում է թրթռումային և թարգմանական: Յուրաքանչյուր մոլեկուլ որոշ ժամանակ տատանվում է որոշակի հավասարակշռության կետի շուրջ, այնուհետև շարժվում է և կրկին հավասարակշռության դիրք է գրավում: Սա որոշում է դրա հեղուկությունը: Միջմոլեկուլային ներգրավման ուժերը թույլ չեն տալիս մոլեկուլներին շարժվել միմյանցից հեռու:

Հեղուկների հատկությունները կախված են նաև մոլեկուլների ծավալից և դրանց մակերեսի ձևից։ Եթե ​​հեղուկի մոլեկուլները բևեռային են, ապա դրանք միանում են (ասոցացվում) բարդ բարդույթի մեջ։ Նման հեղուկները կոչվում են ասոցիացված (ջուր, ացետոն, ալկոհոլ): Օʜᴎ ունեն ավելի բարձր t kip, ունեն ավելի ցածր փոփոխականություն և ավելի բարձր դիէլեկտրական հաստատուն:

Ինչպես գիտեք, հեղուկներն ունեն մակերեսային լարվածություն։ Մակերեւութային լարվածություն- ϶ᴛᴏ մակերևութային էներգիա մեկ միավոր մակերեսի համար. ϭ = E/S, որտեղ ϭ մակերևութային լարվածությունն է. E - մակերեսային էներգիա; S - մակերեսի մակերեսը: Որքան ուժեղ են միջմոլեկուլային կապերը հեղուկում, այնքան մեծ է նրա մակերևութային լարվածությունը: Այն նյութերը, որոնք նվազեցնում են մակերեսային լարվածությունը, կոչվում են մակերևութային ակտիվ նյութեր:

Հեղուկների մեկ այլ հատկություն մածուցիկությունն է։ Մածուցիկությունը դիմադրություն է, որն առաջանում է, երբ հեղուկի որոշ շերտեր շարժվում են մյուսների համեմատ, երբ այն շարժվում է: Որոշ հեղուկներ ունեն բարձր մածուցիկություն (մեղր, մալա), իսկ մյուսները՝ ցածր մածուցիկություն (ջուր, էթիլային սպիրտ)։

3. Նյութի գազային վիճակում մասնիկների միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիան փոքր է նրանց կինետիկ էներգիայից։ Այդ իսկ պատճառով գազի մոլեկուլները միմյանց հետ չեն պահվում, այլ ազատորեն շարժվում են ծավալով։ Գազերը բնութագրվում են հետևյալ հատկություններով. 2) ցածր խտություն՝ համեմատած հեղուկների և պինդ մարմինների հետ. 3) հեշտ սեղմելիություն.

Գազում մոլեկուլները գտնվում են միմյանցից շատ մեծ հեռավորության վրա, նրանց միջև ձգողական ուժերը փոքր են։ Մոլեկուլների միջև մեծ հեռավորությունների վրա այդ ուժերը գործնականում բացակայում են: Այս վիճակում գտնվող գազը սովորաբար կոչվում է իդեալական: Իրական գազեր ժամը բարձր ճնշումներիսկ ցածր ջերմաստիճանները չեն ենթարկվում վիճակի հավասարմանը իդեալական գազ(Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարում), քանի որ այս պայմաններում սկսում են առաջանալ մոլեկուլների միջև փոխազդեցության ուժեր։

Բոլոր նյութերը կարող են լինել ագրեգացման տարբեր վիճակներում՝ պինդ, հեղուկ, գազային և պլազմա։ Հին ժամանակներում կարծում էին, որ աշխարհը բաղկացած է հողից, ջրից, օդից և կրակից: Նյութերի ագրեգատային վիճակները համապատասխանում են այս տեսողական բաժանմանը։ Փորձը ցույց է տալիս, որ ագրեգացման վիճակների միջև սահմանները շատ կամայական են: Գազեր ժամը ցածր ճնշումներիսկ ցածր ջերմաստիճանները համարվում են իդեալական, դրանցում պարունակվող մոլեկուլները համապատասխանում են նյութական կետերին, որոնք կարող են բախվել միայն առաձգական ազդեցության օրենքների համաձայն։ Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը հարվածի պահին աննշան են, և բախումները ինքնին տեղի են ունենում առանց մեխանիկական էներգիայի կորստի: Բայց քանի որ մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մեծանում է, պետք է հաշվի առնել նաև մոլեկուլների փոխազդեցությունը։ Այս փոխազդեցությունները սկսում են ազդել գազային վիճակից հեղուկի կամ պինդի անցման վրա: Մոլեկուլների միջև կարող է լինել տարբեր տեսակներփոխազդեցություններ.

Միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը հագեցված չեն, տարբերվում են ատոմների քիմիական փոխազդեցության ուժերից՝ հանգեցնելով մոլեկուլների առաջացման։ Նրանք կարող են լինել էլեկտրաստատիկ լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության պատճառով: Փորձը ցույց է տվել, որ քվանտային մեխանիկական փոխազդեցությունը, որը կախված է մոլեկուլների հեռավորությունից և փոխադարձ կողմնորոշումից, աննշան է 10-9 մ-ից ավելի մոլեկուլների միջև: Հազվագյուտ գազերում այն ​​կարող է անտեսվել կամ կարելի է ենթադրել, որ փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան գործնականում հավասար է զրոյի։ Փոքր հեռավորությունների վրա այս էներգիան փոքր է, և գործում են փոխադարձ գրավիչ ուժեր

at - փոխադարձ վանում և ուժ

մոլեկուլների ներգրավումն ու վանումը հավասարակշռված են և F= 0. Այստեղ ուժերը որոշվում են պոտենցիալ էներգիայի հետ նրանց կապով, բայց մասնիկները շարժվում են՝ ունենալով կինետիկ էներգիայի որոշակի պաշար։

gii. Թող մի մոլեկուլ անշարժ լինի, իսկ մյուսը բախվի նրան՝ ունենալով էներգիայի նման պաշար։ Երբ մոլեկուլները մոտենում են միմյանց, գրավիչ ուժերը դրական աշխատանք են կատարում, և դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան փոքրանում է հեռավորության վրա, միևնույն ժամանակ մեծանում է կինետիկ էներգիան (և արագությունը): Երբ հեռավորությունը փոքրանում է, գրավիչ ուժերը կփոխարինվեն վանող ուժերով։ Այս ուժերի դեմ մոլեկուլի կատարած աշխատանքը բացասական է։

Մոլեկուլը կմոտենա անշարժ մոլեկուլին, քանի դեռ նրա կինետիկ էներգիան ամբողջությամբ չի վերածվել պոտենցիալի: Նվազագույն հեռավորություն դ,այն հեռավորությունը, որին կարող են մոտենալ մոլեկուլները, կոչվում է մոլեկուլի արդյունավետ տրամագիծը.Կանգ առնելուց հետո մոլեկուլը կսկսի հեռանալ վանող ուժերի ազդեցության տակ աճող արագությամբ։ Կրկին անցնելով տարածությունը՝ մոլեկուլը կընկնի գրավիչ ուժերի շրջան, ինչը կդանդաղեցնի դրա հեռացումը։ Արդյունավետ տրամագիծը կախված է կինետիկ էներգիայի սկզբնական պահուստից, այսինքն. այս արժեքը հաստատուն չէ: Իրար հավասար հեռավորությունների վրա փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան անսահման է մեծ նշանակությունկամ «պատնեշ», որը թույլ չի տալիս մոլեկուլների կենտրոններին մոտենալ ավելի փոքր հեռավորության։ Միջին պոտենցիալ փոխազդեցության էներգիայի և միջին կինետիկ էներգիայի հարաբերակցությունը որոշում է նյութի ագրեգացման վիճակը՝ գազերի, հեղուկների, պինդ մարմինների համար։

Խտացրած նյութը ներառում է հեղուկներ և պինդ նյութեր: Դրանցում ատոմներն ու մոլեկուլները գտնվում են մոտ, գրեթե շոշափելի։ Հեղուկների և պինդ մարմինների մոլեկուլների կենտրոնների միջև միջին հեռավորությունը (2 -5) 10 -10 մ է, դրանց խտությունները նույնպես մոտավորապես նույնն են։ Միջատոմային հեռավորությունները գերազանցում են այն հեռավորությունները, որոնցով էլեկտրոնային ամպերը այնքան են թափանցում միմյանց, որ առաջանում են վանող ուժեր։ Համեմատության համար նշենք, որ գազերում նորմալ պայմաններում միջին հեռավորությունը մոլեկուլների միջև կազմում է մոտ 33 10 -10 մ:

IN հեղուկներմիջմոլեկուլային փոխազդեցությունն ավելի ուժեղ ազդեցություն ունի, մոլեկուլների ջերմային շարժումը դրսևորվում է հավասարակշռության դիրքի շուրջ թույլ թրթռումներով և նույնիսկ ցատկում մի դիրքից մյուսը: Հետևաբար, դրանք մասնիկների դասավորության մեջ ունեն միայն փոքր հեռահարության կարգ, այսինքն՝ հետևողականություն միայն մոտակա մասնիկների դասավորության մեջ և բնորոշ հոսունություն։

Պինդ նյութերԴրանք բնութագրվում են կառուցվածքային կոշտությամբ, ունեն հստակ սահմանված ծավալ և ձև, որոնք շատ ավելի քիչ են փոխվում ջերմաստիճանի և ճնշման ազդեցության տակ։ Պինդ մարմիններում հնարավոր են ամորֆ և բյուրեղային վիճակներ։ Կան նաև միջանկյալ նյութեր՝ հեղուկ բյուրեղներ։ Բայց պինդ մարմիններում ատոմները բոլորովին անշարժ չեն, ինչպես կարելի է մտածել: Նրանցից յուրաքանչյուրը մշտապես տատանվում է իր հարևանների միջև առաջացող առաձգական ուժերի ազդեցության տակ: Տարրերի և միացությունների մեծ մասը մանրադիտակի տակ ունեն բյուրեղային կառուցվածք:

Այո, ձավարեղեն սեղանի աղՆրանք նման են կատարյալ խորանարդի: Բյուրեղներում ատոմները ամրագրված են բյուրեղային ցանցի տեղերում և կարող են թրթռալ միայն վանդակավոր տեղամասերի մոտ։ Բյուրեղները իրական պինդ մարմիններ են կազմում, իսկ պինդները, ինչպիսիք են պլաստիկը կամ ասֆալտը, միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում պինդ և հեղուկների միջև: Ամորֆ մարմինը, ինչպես հեղուկը, ունի կարճ հեռահարության կարգ, սակայն թռիչքների հավանականությունը փոքր է։ Այսպիսով, ապակին կարելի է համարել գերսառեցված հեղուկ՝ բարձրացված մածուցիկությամբ։ Հեղուկ բյուրեղներն ունեն հեղուկների հեղուկություն, բայց պահպանում են ատոմների դասավորվածությունը և ունեն հատկությունների անիզոտրոպություն։

Քիմիական կապերատոմները (իոնները) բյուրեղներում նույնն են, ինչ մոլեկուլներում: Պինդ մարմինների կառուցվածքը և կոշտությունը որոշվում են էլեկտրաստատիկ ուժերի տարբերություններով, որոնք իրար են կապում մարմինը կազմող ատոմները։ Ատոմները մոլեկուլների հետ կապող մեխանիզմը կարող է հանգեցնել պինդ պարբերական կառուցվածքների առաջացմանը, որոնք կարող են դիտվել որպես մակրոմոլեկուլներ։ Ինչպես իոնային և կովալենտային մոլեկուլները, կան իոնային և կովալենտ բյուրեղներ: Բյուրեղներում իոնային վանդակները պահվում են միասին իոնային կապեր(տես նկ. 7.1): Սեղանի աղի կառուցվածքն այնպիսին է, որ յուրաքանչյուր նատրիումի իոն ունի վեց հարեւան՝ քլորի իոններ։ Այս բաշխումը համապատասխանում է նվազագույն էներգիայի, այսինքն, երբ ձևավորվում է նման կոնֆիգուրացիա, առավելագույն էներգիան ազատվում է: Հետեւաբար, քանի որ ջերմաստիճանը իջնում ​​է հալման կետից ցածր, նկատվում է մաքուր բյուրեղներ առաջացնելու միտում: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, ջերմային կինետիկ էներգիան բավարար է կապը կոտրելու համար, բյուրեղը կսկսի հալվել, և կառուցվածքը կսկսի փլուզվել: Բյուրեղային պոլիմորֆիզմը տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներով վիճակներ ձևավորելու ունակություն է:

Երբ բաշխումը էլեկտրական լիցքչեզոք ատոմների փոփոխություններ, հարևանների միջև թույլ փոխազդեցություններ կարող են առաջանալ: Այս կապը կոչվում է մոլեկուլային կամ վան դեր Վալս (ինչպես ջրածնի մոլեկուլում): Բայց էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերը կարող են առաջանալ նաև չեզոք ատոմների միջև, այնուհետև ատոմների էլեկտրոնային թաղանթներում վերադասավորումներ չեն լինում։ Փոխադարձ վանումը, երբ էլեկտրոնային թաղանթները մոտենում են միմյանց, փոխում է բացասական լիցքերի ծանրության կենտրոնը դրական լիցքերի համեմատ: Ատոմներից յուրաքանչյուրը մյուսի մեջ առաջացնում է էլեկտրական դիպոլ, և դա հանգեցնում է նրանց ձգողության: Սա միջմոլեկուլային ուժերի կամ վան դեր Վալսի ուժերի գործողությունն է, որոնք ունեն գործողության մեծ շառավիղ։

Քանի որ ջրածնի ատոմն այնքան փոքր է, և նրա էլեկտրոնը կարող է հեշտությամբ տեղահանվել, այն հաճախ ձգվում է դեպի երկու ատոմ՝ ձևավորելով ջրածնային կապ։ Ջրածնային կապը նույնպես պատասխանատու է ջրի մոլեկուլների փոխազդեցության համար: Այն բացատրում է ջրի և սառույցի եզակի հատկություններից շատերը (նկ. 7.4):

Կովալենտային կապ(կամ ատոմային) ձեռք է բերվում չեզոք ատոմների ներքին փոխազդեցության շնորհիվ։ Նման կապի օրինակ է կապը մեթանի մոլեկուլում։ Ածխածնի բարձր կապակցված բազմազանությունը ադամանդն է (ջրածնի չորս ատոմները փոխարինվում են չորս ածխածնի ատոմներով):

Այսպիսով, ածխածինը, որը կառուցված է կովալենտային կապի վրա, կազմում է ադամանդի տեսքով բյուրեղ։ Յուրաքանչյուր ատոմ շրջապատված է չորս ատոմներով՝ կազմելով կանոնավոր քառաեդրոն։ Բայց նրանցից յուրաքանչյուրը նաև հարևան քառանիստի գագաթն է։ Այլ պայմաններում նույն ածխածնի ատոմները բյուրեղանում են գրաֆիտ.Գրաֆիտում դրանք նույնպես միացված են ատոմային կապեր, բայց ձևավորում են վեցանկյուն մեղրախորիսխ բջիջներից, որոնք կարող են կտրվել։ Վեցանկյունների գագաթներում գտնվող ատոմների միջև հեռավորությունը 0,142 նմ է։ Շերտերը գտնվում են 0,335 նմ հեռավորության վրա, այսինքն. թույլ են կապված, ուստի գրաֆիտը պլաստիկ է և փափուկ (նկ. 7.5): 1990-ին բում եղավ հետազոտական ​​աշխատանքպայմանավորված է նոր նյութի ստացման մասին հաղորդագրությամբ. ֆուլերիտ,կազմված ածխածնի մոլեկուլներից՝ ֆուլերեններից։ Ածխածնի այս ձևը մոլեկուլային է, այսինքն. Նվազագույն տարրը ատոմ չէ, այլ մոլեկուլ: Այն անվանվել է ի պատիվ ճարտարապետ Ռ.Ֆուլերի, ով 1954 թվականին արտոնագիր է ստացել կիսագնդը կազմող վեցանկյուններից և հնգանկյուններից պատրաստված կառույցներ կառուցելու համար։ Մոլեկուլը 60 1985 թվականին հայտնաբերվել են 0,71 նմ տրամագծով ածխածնի ատոմներ, այնուհետև հայտնաբերվել են մոլեկուլներ և այլն։ Նրանք բոլորն ունեին կայուն մակերեսներ,

բայց ամենակայուն մոլեկուլներն էին C 60 և ՀԵՏ 70 . Տրամաբանական է ենթադրել, որ գրաֆիտը օգտագործվում է որպես սկզբնական նյութ ֆուլլերենների սինթեզի համար։ Եթե ​​դա այդպես է, ապա վեցանկյուն հատվածի շառավիղը պետք է լինի 0,37 նմ։ Բայց պարզվեց, որ այն հավասար է 0,357 նմ-ի։ Այս 2% տարբերությունը պայմանավորված է նրանով, որ ածխածնի ատոմները գտնվում են գնդաձև մակերեսի վրա գրաֆիտից ժառանգված 20 կանոնավոր վեցանկյունների և 12 կանոնավոր հնգաթևերի գագաթներում, այսինքն. Դիզայնը հիշեցնում է ֆուտբոլի գնդակ։ Պարզվում է, որ փակ գնդիկի մեջ «կարվելիս» հարթ վեցանիստներից մի քանիսը վերածվել են հնգամյակների։ Սենյակային ջերմաստիճանում C60 մոլեկուլները խտանում են մի կառուցվածքի, որտեղ յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի 12 հարևան՝ միմյանցից 0,3 նմ հեռավորության վրա: ժամը Տ= 349 K, տեղի է ունենում առաջին կարգի փուլային անցում - վանդակը վերադասավորվում է խորանարդի մեջ: Բյուրեղն ինքնին կիսահաղորդիչ է, բայց երբ C 60 բյուրեղային թաղանթին ավելացվում է ալկալիական մետաղ, գերհաղորդականությունը տեղի է ունենում 19 Կ ջերմաստիճանում: Եթե այս կամ այն ​​ատոմը մտցվի այս խոռոչ մոլեկուլի մեջ, այն կարող է հիմք ծառայել: ստեղծելով տեղեկատվության գերբարձր խտությամբ պահեստային միջավայր. ձայնագրման խտությունը կհասնի 4-10 12 բիթ/սմ 2: Համեմատության համար, ֆերոմագնիսական նյութի թաղանթը տալիս է 10 7 բիթ/սմ 2 կարգի ձայնագրման խտություն, իսկ օպտիկական սկավառակները, այսինքն. լազերային տեխնոլոգիա, - 10 8 բիթ/սմ 2: Այս ածխածինը ունի նաև այլ եզակի հատկություններ, հատկապես կարևոր է բժշկության և դեղագիտության մեջ։

Դրսեւորվում է մետաղական բյուրեղներում մետաղական միացում,երբ մետաղի բոլոր ատոմները հրաժարվում են իրենց վալենտային էլեկտրոններից «կոլեկտիվ օգտագործման համար»: Նրանք թույլ կապված են ատոմային կմախքների հետ և կարող են ազատորեն շարժվել բյուրեղային ցանցի երկայնքով: Մոտ 2/5 քիմիական տարրերկազմված են մետաղներից։ Մետաղներում (բացառությամբ սնդիկի) կապ է առաջանում, երբ մետաղի ատոմների դատարկ ուղեծրերը համընկնում են, և էլեկտրոնները հեռացվում են բյուրեղային ցանցի առաջացման պատճառով։ Պարզվում է, որ վանդակավոր կատիոնները պարուրված են էլեկտրոնային գազով։ Մետաղական կապն առաջանում է, երբ ատոմները միանում են արտաքին էլեկտրոնների ամպի չափից փոքր հեռավորության վրա։ Այս կոնֆիգուրացիայով (Պաուլիի սկզբունքով) արտաքին էլեկտրոնների էներգիան մեծանում է, և հարևան միջուկները սկսում են գրավել այդ արտաքին էլեկտրոնները՝ պղտորելով էլեկտրոնային ամպերը, հավասարաչափ բաշխելով դրանք մետաղի վրա և վերածելով դրանք էլեկտրոնային գազի։ Ահա թե ինչպես են առաջանում հաղորդական էլեկտրոնները, որոնք բացատրում են մետաղների բարձր էլեկտրական հաղորդունակությունը։ Իոնային և կովալենտային բյուրեղներում արտաքին էլեկտրոնները գործնականում կապված են, և այդ պինդ մարմինների հաղորդունակությունը շատ փոքր է, դրանք կոչվում են. մեկուսիչներ.

Հեղուկների ներքին էներգիան որոշվում է մակրոսկոպիկ ենթահամակարգերի ներքին էներգիաների գումարով, որոնց այն կարելի է մտավոր բաժանել, և այդ ենթահամակարգերի փոխազդեցության էներգիաները։ Փոխազդեցությունն իրականացվում է մոլեկուլային ուժերի միջոցով, որոնց գործողության շառավիղը 10-9 մ է: Մակրոհամակարգերի համար փոխազդեցության էներգիան համաչափ է շփման մակերեսին, ուստի այն փոքր է, ինչպես մակերեսային շերտի բաժինը, բայց սա անհրաժեշտ չէ. Այն կոչվում է մակերեսային էներգիա և պետք է հաշվի առնել մակերևութային լարվածության հետ կապված խնդիրներում: Որպես կանոն, հեղուկները ավելի մեծ ծավալ են զբաղեցնում հավասար քաշով, այսինքն, նրանք ունեն ավելի ցածր խտություն: Բայց ինչո՞ւ են սառույցի և բիսմութի ծավալները հալման ժամանակ նվազում և նույնիսկ հալման կետից հետո որոշ ժամանակ պահպանում են այդ միտումը։ Պարզվում է, որ հեղուկ վիճակում այդ նյութերն ավելի խիտ են։

Հեղուկի մեջ յուրաքանչյուր ատոմի վրա ազդում են իր հարևանները, և այն տատանվում է անիզոտրոպ պոտենցիալ ջրհորի ներսում, որը նրանք ստեղծում են: Ի տարբերություն պինդ մարմնի՝ այս անցքը մակերեսային է, քանի որ հեռավոր հարևանները գրեթե ազդեցություն չունեն։ Հեղուկի մեջ մասնիկների անմիջական միջավայրը փոխվում է, այսինքն՝ հեղուկը հոսում է: Որոշակի ջերմաստիճանի հասնելու դեպքում հեղուկը եռում է, եռման ժամանակ ջերմաստիճանը մնում է հաստատուն։ Մուտքային էներգիան ծախսվում է կապերը խզելու վրա, իսկ հեղուկն ամբողջությամբ կոտրվելով՝ վերածվում է գազի։

Հեղուկների խտությունը շատ ավելի մեծ է, քան գազերի խտությունը նույն ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում: Այսպիսով, ջրի ծավալը եռման ժամանակ կազմում է ջրի գոլորշու նույն զանգվածի ծավալի միայն 1/1600-ը։ Հեղուկի ծավալը քիչ է կախված ճնշումից և ջերմաստիճանից։ Նորմալ պայմաններում (20 °C և ճնշում 1,013 10 5 Պա) ջուրը զբաղեցնում է 1 լիտր ծավալ։ Երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է մինչև 10 °C, ծավալը նվազում է միայն 0,0021-ով, իսկ երբ ճնշումը մեծանում է, ծավալը նվազում է կիսով չափ։

Չնայած դեռ չկա հեղուկի պարզ իդեալական մոդել, դրա միկրոկառուցվածքը բավականաչափ ուսումնասիրված է և հնարավորություն է տալիս որակապես բացատրել նրա մակրոսկոպիկ հատկությունների մեծ մասը: Այն փաստը, որ հեղուկներում մոլեկուլների միաձուլումը ավելի թույլ է, քան պինդ մարմնում, նշել է Գալիլեոն. Նա զարմացավ, որ ջրի մեծ կաթիլները կուտակվել են կաղամբի տերեւների վրա ու չեն տարածվել տերեւի վրա։ Յուղոտ մակերեսի վրա թափված սնդիկը կամ ջրի կաթիլները կպչունության պատճառով ստանում են փոքրիկ գնդիկների տեսք։ Եթե ​​մի նյութի մոլեկուլները ձգվում են մեկ այլ նյութի մոլեկուլներով, մենք խոսում ենք դրա մասին թրջվելը,օրինակ սոսինձ և փայտ, յուղ և մետաղ (չնայած ահռելի ճնշմանը, յուղը պահվում է առանցքակալների մեջ): Բայց ջուրը բարձրանում է բարակ խողովակներ, կոչվում է մազանոթ և բարձրանում է ավելի բարձր, այնքան բարակ է խողովակը: Այլ բացատրություն, բացի ջրի ու ապակու թրջման ազդեցությունից, չի կարող լինել։ Ապակու և ջրի միջև թրջող ուժերը ավելի մեծ են, քան ջրի մոլեկուլների միջև: Սնդիկի դեպքում ազդեցությունը հակառակն է՝ սնդիկի և ապակու թրջումը ավելի թույլ է, քան սնդիկի ատոմների միջև սոսնձման ուժերը: Գալիլեոն նկատեց, որ ճարպով յուղված ասեղը կարող է լողալ ջրի վրա, թեև դա հակասում է Արքիմեդի օրենքին։ Երբ ասեղը լողում է, կարող եք

բայց նկատեք ջրի մակերևույթի մի փոքր շեղում, փորձելով ուղղվել, կարծես թե: Ջրի մոլեկուլների միջև սոսնձման ուժերը բավարար են, որպեսզի ասեղը չընկնի ջրի մեջ: Մակերեւութային շերտինչպես է ֆիլմը պաշտպանում ջուրը, սա է մակերեսային լարվածություն,որը ձգտում է ջրի ձևին տալ ամենափոքր մակերեսը՝ գնդաձև։ Բայց ասեղն այլևս չի լողանա ալկոհոլի մակերեսի վրա, քանի որ երբ սպիրտ են ավելացնում ջրին, մակերեսային լարվածությունը նվազում է, և ասեղը խորտակվում է։ Օճառը նաև նվազեցնում է մակերևութային լարվածությունը, ուստի տաք օճառի փրփուրը, թափանցելով ճաքերի և ճեղքերի մեջ, ավելի լավ է լվանում կեղտը, հատկապես քսուք պարունակողները, մինչդեռ. մաքուր ջուրԱյն պարզապես կծկվեր կաթիլների տեսքով:

Պլազման նյութի չորրորդ վիճակն է, որը գազ է, որը կազմված է լիցքավորված մասնիկների հավաքածուից, որոնք փոխազդում են երկար հեռավորությունների վրա։ Այս դեպքում դրական և բացասական լիցքերի թիվը մոտավորապես հավասար է, այնպես որ պլազման էլեկտրականորեն չեզոք է: Չորս տարրերից պլազման համապատասխանում է կրակին։ Գազը պլազմային վիճակի վերածելու համար այն պետք է լինի իոնացնել,հեռացնել էլեկտրոնները ատոմներից. Իոնացումը կարող է իրականացվել ջեռուցման, էլեկտրական լիցքաթափման կամ կոշտ ճառագայթման միջոցով: Տիեզերքում նյութը հիմնականում իոնացված վիճակում է։ Աստղերում իոնացումն առաջանում է ջերմային ճանապարհով, հազվագյուտ միգամածություններում և միջաստղային գազերում՝ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումաստղեր Մեր Արևը նույնպես բաղկացած է պլազմայից, նրա ճառագայթումը իոնացնում է երկրագնդի մթնոլորտի վերին շերտերը, որը կոչվում է. իոնոսֆերա,հեռավոր ռադիոկապի հնարավորությունը կախված է դրա վիճակից։ Ցամաքային պայմաններում պլազման հազվադեպ է՝ լամպերի մեջ ցերեկային լույսկամ էլեկտրական եռակցման աղեղում: Լաբորատորիաներում և տեխնոլոգիաներում պլազման առավել հաճախ ստացվում է էլեկտրական լիցքաթափման միջոցով: Բնության մեջ կայծակն անում է դա։ Լիցքաթափման միջոցով իոնացման ժամանակ տեղի են ունենում էլեկտրոնային ավալանշներ, որոնք նման են շղթայական ռեակցիայի գործընթացին: Ջերմամիջուկային էներգիա ստանալու համար կիրառվում է ներարկման մեթոդը՝ շատ մեծ արագությամբ արագացված գազի իոնները ներարկվում են մագնիսական թակարդների մեջ՝ ներգրավելով էլեկտրոնները շրջակա միջավայրից, ձևավորելով պլազմա։ Օգտագործվում է նաև ճնշման իոնացում՝ հարվածային ալիքներ։ Իոնացման այս մեթոդը տեղի է ունենում գերխիտ աստղերում և, հնարավոր է, Երկրի միջուկում:

Իոնների և էլեկտրոնների վրա ազդող ցանկացած ուժ առաջացնում է էլեկտրական հոսանք: Եթե ​​դա կապված չէ արտաքին դաշտերև փակված չէ պլազմայի ներսում, այն բևեռացված է: Պլազման ենթարկվում է գազի օրենքները, բայց երբ կիրառվում է մագնիսական դաշտ, որը կարգավորում է լիցքավորված մասնիկների շարժումը, այն ցուցադրում է գազի համար բոլորովին անսովոր հատկություններ։ Ուժեղ մագնիսական դաշտում մասնիկները սկսում են պտտվել դաշտի գծերի շուրջ, և նրանք ազատորեն շարժվում են մագնիսական դաշտի երկայնքով: Նրանք ասում են, որ այս պարուրաձև շարժումը փոխում է դաշտային գծերի կառուցվածքը և դաշտը «սառեցնում» է պլազմայի մեջ։ Հազվագյուտ պլազման նկարագրվում է մասնիկների համակարգով, մինչդեռ ավելի խիտ պլազման նկարագրվում է հեղուկ մոդելով:

Պլազմայի բարձր էլեկտրական հաղորդունակությունը նրա հիմնական տարբերությունն է գազից: Հաղորդունակություն սառը պլազմաԱրեգակի մակերեսը (0,8 10 -19 Ջ) հասնում է մետաղների հաղորդունակությանը, իսկ ջերմամիջուկային ջերմաստիճանում (1,6 10 -15 Ջ) ջրածնի պլազման նորմալ պայմաններում 20 անգամ ավելի լավ է վարում հոսանք, քան պղնձը: Քանի որ պլազման ունակ է հոսանք անցկացնել, դրա վրա հաճախ կիրառվում է հաղորդիչ հեղուկի մոդելը: Այն համարվում է շարունակական միջավայր, թեև նրա սեղմելիությունը տարբերում է սովորական հեղուկից, սակայն այդ տարբերությունն ի հայտ է գալիս միայն այն հոսքերում, որոնց արագությունը ավելի մեծ է, քան ձայնի արագությունը։ Հաղորդող հեղուկի վարքագիծը ուսումնասիրվում է գիտության մեջ, որը կոչվում է մագնիսական հիդրոդինամիկա.Տիեզերքում ցանկացած պլազմա իդեալական հաղորդիչ է, իսկ սառեցված դաշտի օրենքները լայն կիրառություն ունեն։ Հաղորդող հեղուկի մոդելը թույլ է տալիս հասկանալ մագնիսական դաշտի միջոցով պլազմայի սահմանափակման մեխանիզմը: Այսպիսով, պլազմային հոսքերը արտանետվում են Արևից, որոնք ազդում են Երկրի մթնոլորտի վրա: Հոսքն ինքնին չունի մագնիսական դաշտ, բայց կողմնակի դաշտը չի կարող ներթափանցել դրա մեջ՝ համաձայն սառեցման օրենքի։ Արեգակնային պլազմային հոսքերը արտաքին միջմոլորակային մագնիսական դաշտերը դուրս են մղում Արեգակի շրջակայքից: Այնտեղ, որտեղ դաշտն ավելի թույլ է, հայտնվում է մագնիսական խոռոչ: Երբ այս կորպուսկուլյար պլազմայի հոսքերը մոտենում են Երկրին, նրանք բախվում են Երկրի մագնիսական դաշտին և ստիպված են լինում հոսել նրա շուրջը նույն օրենքի համաձայն։ Պարզվում է, որ դա մի տեսակ խոռոչ է, որտեղ հավաքվում է մագնիսական դաշտը, և որտեղ պլազմայի հոսքերը չեն ներթափանցում։ Լիցքավորված մասնիկները, որոնք հայտնաբերվել են հրթիռների և արբանյակների կողմից, կուտակվում են դրա մակերեսին. սա Երկրի արտաքին ճառագայթային գոտին է: Այս գաղափարները օգտագործվել են նաև մագնիսական դաշտի միջոցով պլազմայի սահմանափակման խնդիրները լուծելու համար հատուկ սարքեր- tokamak (բառերի հապավումից. toroidal chamber, magnet). Այս և այլ համակարգերում պարունակվող լիովին իոնացված պլազմայի հետ հույսեր են կապվում Երկրի վրա վերահսկվող ջերմամիջուկային ռեակցիայի ստացման վրա: Սա էներգիայի մաքուր և էժան աղբյուր կապահովի ( ծովի ջուր) Աշխատանքներ են տարվում նաև կենտրոնացված լազերային ճառագայթման միջոցով պլազմայի արտադրության և պահպանման ուղղությամբ: